Všeobecný princíp fungovania ADC

Poďme sa pozrieť na hlavné rade otázok, ktoré možno pripísať na princípe z analógovo-digitálne prevodníky (ADC) rôznych typov. Sekvenčné účet, po sebe idúcich vyvažovanie - čo sa skrýva za týmito slovami? Aký je pracovný princíp ADC mikrokontroléru? Tieto a ďalšie otázky budú diskutované v rámci článku. Prvé tri bude venovaný všeobecnej teórii, a štvrtý titulkov bude skúmať, ako fungujú. Sa môžete stretnúť rôzne literatúre ADC a DAC podmienky. Princíp fungovania týchto zariadení je mierne odlišná, takže sa ich miasť. Tak, tento článok považuje za konverziu signálov z analógového na digitálne, zatiaľ čo DAC pracuje v opačnom smere.

definícia

Pred zvážením princíp ADC, poďme zistiť, čo je prístroj. Analógovo digitálne prevodníky sú zariadenia, ktoré veličina sa prevedie na zodpovedajúce číselné znázornenie. Počiatočná parameter môže pôsobiť takmer čokoľvek - prúd, napätie, kapacita, odpor, rotáciu hriadeľa, tepovú frekvenciu a tak ďalej. Ale aby mal istotu, budeme pracovať iba s jednou konverziou. Tento "kód napätia". Voľba tohto pracovného formátu nie je náhodná. Po ADC (princíp fungovania tohto zariadenia) a jeho funkcie sú do značnej miery závislé na druhu meranie poňatie je použitý. To sa vzťahuje k procesu porovnaní určitú hodnotu s vopred stanoveného štandardu.

charakteristiky ADC

Hlavné bit možno nazvať, a prepočítacieho koeficientu. Najprv v bitoch, a druhá - vo vzorkách za sekundu. Moderné analógovo-digitálne prevodníky môžu mať 24-bit alebo rýchlosť konverzie, ktorý príde do GSP jednotiek. Všimnite si, že ADC môže súčasne poskytnúť vám s využitím iba jedného zo svojich vlastností. Čím väčší je ich výkon, tým ťažšie pre prácu so zariadením, a to je viac sama drahšie. Ale výhoda je možné získať potrebnú hĺbku bit výkon tým, že obetuje rýchlosť prístroja.

typy ADC

Princíp činnosti sa líšia medzi rôznymi skupinami zariadení. Domnievame sa, že tieto typy:

1. Vzhľadom k tomu, priamu konverziu.
2. S postupnou aproximáciou.
3. S paralelným transformácie.
4. Analógovo-digitálny prevodník s vyvažovacím poplatok (delta-sigma).
5. Integrácia ADC.

Existuje mnoho ďalších typov dopravníkom a v kombinácii, ktoré majú svoje vlastné špecifiká inú architektúru. Ale tie vzorky, ktoré budú považované v rámci článkov sú zaujímavé, pretože hrať príkladnú úlohu vo svojich špecializovaných zariadeniach, ako špecifickosť. Takže poďme preskúmať princíp ADC, rovnako ako jej závislosť na fyzickom zariadení.

Priamy analógovo digitálne prevodníky

Tie sa stali veľmi populárne v 60-70-tych rokov minulého storočia. Vo forme integrovaných obvodov sú vyrábané s 80s. Je to veľmi jednoduché, až primitívne zariadenia, ktoré nemôže pochváliť významných osobností. Ich kapacita je typicky 6-8 bitov, a rýchlosť len zriedka prekročí 1 SVP.

Princíp fungovania tohto typu je, že ADC na znamienko plus vstupy komparátorov vstupného signálu súčasne. Na negatívne svorkového napätia je určitá hodnota. A potom prístroj určí jeho prevádzku. To sa deje vďaka referenčnému napätiu. Predpokladajme, že máme zariadenie, kde 8 komparátorov. Pri kŕmení ½ referenčným napätím je povolené len štyri z nich. Prioritou kodér vytvorený binárny kód, ktorý je výstupný register a západky. Relatívna klady a zápory možno povedať, že tento princíp operácia umožňuje vytvoriť vysokorýchlostné zariadenie. Avšak aby sa dosiahlo požadovanej dĺžky slovo má potiť ťažko.

Všeobecný vzorec pre počet komparátorov je nasledovné: 2 ^ N. Pod N je nutné vyradiť počet číslic. Zobrazenie predchádzajúci príklad môžu byť znovu použité: 2 ^ 3 = 8. Medzisúčet za tretie vypúšťanie musí byť 8 komparátory. To je princíp ADC, ktoré boli vytvorené ako prvý. Sťažené, takže následne existovali iné architektúry.

Analógovo-digitálne prevodníky s postupnou aproximáciou

Algoritmus "vážení" je tu použitý. Skracujú prístrojov pracujúcich pri takomto postupe, odvolával sa na jednoducho ako ADC po sebe idúce účty. Princíp činnosti je nasledovný: zariadenie sa meria pomocou vstupného signálu, a potom sa v porovnaní s číslami, ktoré sú generované podľa určitého konania:

1. Sady možného polovicu referenčné napätie.
2. V prípade, že limitné signál veľkosť prekonať cestu №1, je v porovnaní s množstvom, ktoré leží na polceste medzi zostávajúce hodnoty. Takže v našom prípade to bude ¾ referenčného napätia. V prípade, že referenčný signál nedosahuje tomto obrázku, sa porovnanie robí sa ďalšej časti intervale od rovnakého princípu. V tomto príklade, ¼ referenčného napätia.
3. Krok 2 sa musí opakovať n-krát, čo nám dá bitov n o výsledku. To je vzhľadom k vykonávaniu N počet porovnanie.

Tento princíp zariadenie umožňuje získať pomerne vysokú mieru konverzie, ktoré sú s postupnou aproximáciou ADC. Princíp fungovania, ako môžete vidieť, jednoduchý, a tieto zariadenia sú ideálne pre rôzne príležitosti.

Paralelné analógovo-digitálne prevodníky

Pracujú ako sériové zariadenie. Vzorec pre výpočet - (2 ^ n) -1. Pre prípad považovaný skôr, potrebujeme (2 ^ 3) -1 komparátory. Pre prevádzku za použitia špecifickej rad týchto zariadení, z ktorých každá môže porovnávať vstupné a individuálne referenčné napätie. Paralelné analógovo-digitálne prevodníky sú pomerne rýchle zariadenie. Ale princíp výstavby týchto zariadení je, že podporuje ich účinnosť vyžaduje značné množstvo energie. Preto je ich použitie v batériovo napájaný nevhodné.

Analógovo-digitálny prevodník s postupnou vyrovnávanie

To operuje podobným spôsobom ako predchádzajúce zariadenie. Preto, aby vysvetlil činnosť za sebou vyvažovanie ADC, princíp činnosti pre začiatočníkov bude považovaná doslova na prstoch. V týchto zariadeniach založených na fenomén dichotómie. Inými slovami, je sériové porovnaní sa vykonáva nameranú hodnotu s určitú časť maximálnej hodnoty. Môže nadobúdať hodnoty ½, 1/8, 1/16 a tak ďalej. Z tohto dôvodu, analógovo-digitálny prevodník môže vykonať proces pre N iterácií (postupných krokov). Ak N je bit ADC (pozrite sa na vyššie uvedených vzorkách). Tak, máme značný zisk v čase, keď je to obzvlášť dôležité predstavenie techniky. Aj napriek značnej rýchlosťou, tieto zariadenia sú tiež charakteristické nízkym statickým chyby.

Analógovo-digitálne prevodníky s vyrovnávajúci náboj (delta-sigma)

Je to najzaujímavejšie typ zariadenia, v neposlednom rade vďaka svojej prevádzkovej princíp. To spočíva v tom, že vstupné napätie sú porovnané tak, aby sa nahromadené integrátor. Sú vstupné impulzy s negatívnym alebo kladnou polaritou (to závisí od výsledku predchádzajúceho prevádzky). Môžeme teda povedať, že taký konvertor analógového signálu na digitálne je jednoduchý sledovací systém. Ale to je len príklad pre porovnanie, takže môžete pochopiť , čo znamená delta-sigma ADC. Princíp fungovania systému, ale aj pre efektívne fungovanie prevodníka analógového signálu na digitálne nestačí. Konečným výsledkom je nekonečný prúd jednotiek a núl, ktoré prechádza digitálny low-pass filtra. Tvorí určité bitové sekvencie. Rozlišovať ADC prevodníky prvého a druhého rádu.

Integrácia analógovo-digitálny prevodník

Ide o osobitný prípad druhej, ktorá bude považovaná za súčasť predmetu. Ďalej popíšeme prevádzku týchto zariadení, ale vo všeobecnej rovine. To ADC je analógovo-digitálny prevodník s integráciou push-pull. Pre splnenie takéhoto zariadenia môže byť digitálny multimeter. A to nie je prekvapujúce, pretože poskytujú vysokú presnosť a zároveň dobre potlačiť rušenie.

Teraz sa poďme zamerať na jeho princíp činnosti. To spočíva v tom, že vstupné kondenzátor je účtovaná po stanovenú dobu. Obvykle táto doba je jedna z frekvencii siete, ktorý napája zariadenie (50 Hz alebo 60 Hz). To môže tiež byť násobkom. Tak, vysokofrekvenčné šum je potlačený. Súčasne vyrovnal vplyv nestabilné napätie napájacieho zdroja elektrickej energie na presnosť výsledku.

Keď je doba nabíjania skončí analógové-digitálny prevodník, kondenzátor sa začne vybíjať s určitou pevnou rýchlosťou. Vnútorné merací prístroj počíta počet hodinových impulzov, ktoré vznikajú v priebehu tohto procesu. To znamená, že dlhší časový interval, tým väčšia je výkon.

ADC integrácia twostroke majú vysokú presnosť a rozlíšenie. Vzhľadom k tomu, rovnako ako konštrukcia s relatívne jednoduchou štruktúrou, ktoré sú vykonané ako čip. Hlavnou nevýhodou takéhoto princípu práce - v závislosti na sieti výkonu. Uvedomte si, že jeho schopnosti sú viazané na dobu trvania kmitočtu napájanie.

Tu je návod, ako double integráciu ADC. Princíp fungovania zariadenia, aj keď je to celkom zložité, ale poskytuje akostných ukazovateľov. V niektorých prípadoch, to je jednoducho nenahraditeľný.

Zvoliť APC nám nevyhnutnou zásadou

Povedzme, že máme čo do činenia s konkrétnu úlohu. Ktorý si vybrať zariadenie, aby bolo možné splniť všetky naše potreby? Po prvé, poďme hovoriť o rozlíšenie a presnosť. Veľmi často sa stáva, že sú zmätení, hoci v praxi oni sú veľmi slabo závislá na druhej. Všimnite si, že 12-bitový analógovo-digitálny prevodník môže byť menej presné ako 8-bit. V tomto prípade je riešenie - je miera množstvo segmentov môže byť pridelená k meranému vstupného signálu rozsah. Tak, 8-bit ADC majú augusta ² = 256 týchto jednotiek.

Presnosť - je celkový výsledok konverzie získané odchýlky od ideálnych hodnôt, ktoré by mali byť v danej vstupné napätie. To znamená, že prvý parameter charakterizuje potenciál, ktorý má ADC, a druhý ukazuje, čo máme v praxi. Preto môžeme urýchliť a jednoduchší typ (napríklad priame analógovo-digitálne konvertory), ktorá bude spĺňať požiadavky vďaka svojej vysokej presnosti.

Ak chcete mať predstavu o tom, čo to znamená začať výpočet fyzikálnych parametrov a postaviť matematický vzorec interakcie. Dôležité informácie sú statické a dynamické chyby, pretože pri použití rôznych zložiek a princípy výstavby zariadenia, ktoré bude mať iný vplyv na jeho výkon. Podrobnejšie informácie možno nájsť v technickej dokumentácii, ktorú ponúka výrobca každého konkrétneho zariadenia.

príklad

Pozrime sa na ADC SC9711. Princíp fungovania tohto zariadenia je zložité, pretože jeho veľkosti a kapacity. Keď už hovoríme o druhej, je potrebné poznamenať, že sú naozaj rôznorodé. Tak, napríklad, možné prevádzkové kmitočet sa pohybuje od 10 Hz do 10 MHz. Inými slovami, môže to robiť 10 miliónov vzoriek za sekundu! A prístroj sám o sebe nie je niečo tuhý a má modulárnu konštrukciu stavby. Ale to sa zvyčajne používa v zložitých aplikáciách, kde je potrebné pracovať s veľkým počtom signálov.

záver

Ako môžete vidieť, ADCS zo svojej podstaty majú odlišné princípy činnosti. To nám umožňuje vybrať zariadenie, ktoré uspokoja potreby vyplývajúce, a tým umožniť primerané využitie dostupných zdrojov.