Ogólna zasada działania ADC

Spójrzmy na głównego zakresu zagadnień, które mogą być przypisane do zasady analogowo-cyfrowe (ADC) różnych typów. Sekwencyjny konto, kolejna równoważenie – co kryje się za tymi słowami? Jaka jest zasada działania ADC mikrokontrolera? Te i inne kwestie zostaną omówione w ramach art. Pierwsze trzy będą poświęcone ogólnej teorii, a czwarty podtytuł będzie badać, jak one działają. Można spotkać różne ADC i DAC literatura warunki. Zasada działania tych urządzeń jest nieco inny, więc nie należy ich mylić. Tak więc, artykuł będzie uważany za konwersję sygnału analogowego na cyfrowy, przy czym przetwornik cyfrowo-analogowy pracuje w odwrotnej kolejności.

definicja

Przed podjęciem decyzji o zasadę ADC, dowiedzmy się, jakie urządzenie jest. Przetworniki analogowo-cyfrowe są urządzenia, które, gdy wielkością fizyczną jest przekształcone do odpowiedniego Liczbowa. Początkowy parametr może działać prawie wszystko – prąd, napięcie, pojemność, odporność na obrót wału, tętno i tak dalej. Jednak, aby mieć pewność, będziemy pracować tylko z jednym konwersji. Ten „Napięcie code”. Wybór tego formatu praca nie jest przypadkowy. Po ADC (zasada działania tego urządzenia), a jego funkcje są w dużej mierze zależy od rodzaju koncepcji pomiaru jest używany. Odnosi się to do procesu porównywania pewną wartość z wcześniej ustalonego standardu.

Charakterystyka ADC

Głównym nieco można nazwać, a współczynnik konwersji. Po pierwsze w bitach, a drugi – w przypadku próbek na sekundę. Nowoczesne analogowo-cyfrowe przetworniki może mieć 24-bitowy lub szybkość konwersji, który przychodzi do jednostek GSPS. Zauważ, że ADC może jednocześnie dostarczy Ci z wykorzystaniem tylko jednej z jego cech. Im większa ich wydajność, tym trudniejsze do pracy z urządzeniem, a ona sama jest droższa. Ale korzyści mogą być uzyskanie niezbędnej wydajności głębokości nieco poświęcając prędkość instrumentu.

typy ADC

Zasada działania różni się pomiędzy różnymi grupami urządzeń. Uważamy następujące typy:

1. Od bezpośredniej konwersji.
2. Z kolejnych zbliżenia.
3. Dzięki przekształceniu równoległego.
4. Konwerter równoważący ładunek (Delta-Sigma), przetwornik analogowo-cyfrowy.
5. Integracja ADC.

Istnieje wiele innych rodzajów przenośnika i łączone, które mają swoje szczególne właściwości, o różnej architekturze. Ale te próbki, które będą brane pod uwagę w ramach artykułów są interesujące, ponieważ odgrywają one wzorcową rolę w jego urządzeń niszowych takich swoistości. Więc zbadajmy zasadę ADC, a także uzależnienia od urządzenia wskazującego.

Bezpośredni przetwornik analogowo-cyfrowy

Stały się one bardzo popularne w latach 60-70-tych ubiegłego wieku. W postaci układów scalonych są produkowane z lat 80-tych. To bardzo proste, a nawet prymitywne urządzenia, które nie mogą pochwalić się znaczącymi postaciami. Ich ilość jest na ogół 6-8 kawałki, a prędkość rzadko przekracza 1 GSPS.

Zasada działania tego typu ADC jest to, że na plus wejść komparatorów sygnału wejściowego jednocześnie. Na negatywne napięcia na zaciskach jest pewna wartość. A następnie urządzenie determinuje jego działanie. Odbywa się to dzięki napięcia odniesienia. Załóżmy, że mamy urządzenia, na którym 8 porównawczej. W przypadku podawania ½ napięcia odniesienia jest włączony tylko cztery z nich. Priorytetem koder tworzą kod binarny, który jest rejestr wyjściowy i zatrzaski. mocne i słabe strony względne można powiedzieć , że ta zasada działania pozwala na stworzenie urządzeń o wysokiej prędkości. Jednak aby uzyskać wymaganą długość słowa ma się pocić ciężko.

Ogólny wzór na liczbę porównawczych są następujące: 2 ^ N. Pod N należy umieścić liczbę cyfr. Oglądany Powyższy przykład można stosować jeszcze: 2 ^ 3 = 8. Razem dla trzeciego zrzutu musi być 8 komparatorów. Jest to zasada ADC, które zostały utworzone wcześniej. Nie bardzo wygodne, więc później były inne architektury.

Analogowo-cyfrowe, kolejne przybliżenie

Algorytm „waga” jest tu użyte. Skrócenie urządzeń pracujących w takim postępowaniu, określane po prostu jako ADC kolejne rachunki. Zasada działania jest następująca: Urządzenie mierzy się sygnał wejściowy, a następnie porównuje się z liczb, które są generowane według pewnej procedury:

1. Zestawy możliwym połowie napięcia odniesienia.
2. Jeśli limit wielkości sygnału przezwyciężyć podróż №1, to jest w porównaniu z liczbą, która leży w połowie drogi między pozostałej wartości. Tak, w naszym przypadku będzie to ¾ napięcia odniesienia. Jeżeli sygnał odniesienia jest mniejszy od tej liczby, porównania będą prowadzone z innej części przedziału według tej samej zasady. W tym przykładzie, ¼ napięcia odniesienia.
3. Etap 2 musi być powtarzane n razy, które dadzą nam N bitów wyniku. Wynika to z prowadzeniem liczby N porównań.

Ta zasada urządzenie pozwala na uzyskanie stosunkowo wysokiego współczynnika konwersji, które stanowią przetworniki analogowo-cyfrowe kolejne przybliżenia. Zasada działania, jak widać, proste, a urządzenia te są idealne dla różnych okazjach.

Równolegle analogowo-cyfrowe

Działają one podobnie jak urządzenia szeregowego. Wzór obliczeniowy – (2 ^ n) -1. W przypadku, przedstawiono poprzednio, musimy (2 ^ 3) -1 porównawczych. W przypadku pracy z użyciem określony układ tych urządzeń, z których każdy może porównywać dane wejściowe i indywidualny napięcia odniesienia. Równoległe analogowo-cyfrowe przetworniki są dość szybko urządzeń. Ale zasada budowy tych urządzeń jest to, że w celu wspierania ich skuteczność wymaga znacznej mocy. Dlatego ich stosowanie w zasilany baterią niewłaściwe.

Przetwornik analogowo-cyfrowy z kolejnymi równoważenia

To działa na podobnej zasadzie jak w poprzednim urządzeniu. Dlatego też, w celu wyjaśnienia działania kolejnych bilansującego ADC, zasada działania dla początkujących będą traktowane dosłownie na palcach. W tych urządzeniach opartych na zjawisku dychotomii. Innymi słowy, porównanie seryjnego odbywa się wartość zmierzoną z pewną część wartości maksymalnej. Może przyjmować wartości ½, 1/8, 1/16 i tak dalej. Dlatego, przetwornik analogowo-cyfrowy może wykonywać proces iteracji N (seria etapów). W którym n równa się bit ADC (patrz na uprzednio powyższych wzorach). Tak więc, mamy znaczną oszczędność czasu, jeśli jest ona szczególnie ważna technika wydajność. Pomimo znacznej prędkości, urządzenia te charakteryzują się również niskim błędu statycznego.

Przetworniki analogowo-cyfrowe z równoważącym ładunek (Delta-Sigma)

Jest to najbardziej interesujący typ urządzenia, nie tylko ze względu na jego zasady działania. Polega ona na tym, że napięcia wejściowe są porównywane tak, że zebrane integrator. Impulsy wejściowe są z negatywnej lub pozytywnej polaryzacji (to zależy od wyniku poprzedniej operacji). Tak więc, można powiedzieć, że taki konwerter analogowo-cyfrowy jest prosty system śledzenia. Ale to tylko przykład dla porównania, więc można zrozumieć, na czym polega delta-sigma ADC. Zasada działania systemu, ale dla skutecznego działania przetwornika analogowo-cyfrowego nie jest wystarczające. Efektem końcowym jest niekończący się strumień zer i jedynek, które przechodzi przez cyfrowy filtr dolnoprzepustowy. Tworzą one pewną sekwencję bitową. Odróżnić przetworniki ADC pierwszego i drugiego rzędu.

Integracja przetwornik analogowo-cyfrowy

Ten szczególny przypadek ostatnie, które będą traktowane jako część wyrobu. Następnie opiszemy działanie tych urządzeń, ale na poziomie ogólnym. Ten ADC jest przetwornik analogowo-cyfrowy z integracji push-pull. Aby spełnić takiego urządzenia może być multimetr cyfrowy. I nie jest to zaskakujące, ponieważ zapewniają one wysoką dokładność i jednocześnie dobrze tłumić zakłócenia.

Teraz skupmy się na jego zasady działania. To polega na tym, że kondensator wejściowy jest pobierana przez określony czas. Zwykle taki okres jest jednym z częstotliwością, która zasila urządzenia (50 Hz lub 60 Hz) sieci elektrycznej. Może to być również wielokrotność. W ten sposób, szum o wysokiej częstotliwości są tłumione. Jednocześnie wyrównać wpływają na niestabilne napięcia źródła zasilania energii elektrycznej na dokładność wyniku.

Gdy czas ładowania kończy konwerter analogowo-cyfrowy, kondensator zaczyna się rozładowywać ze szczególnym prędkości stałej. Wewnętrzne urządzenie licznik zlicza liczbę impulsów zegarowych, które są generowane w trakcie tego procesu. Tak więc, im dłuższy przedział czasu, tym większa wydajność.

ADC integracja twostroke mają wysoką dokładność i rozdzielczość. Z tego powodu, jak również budowę stosunkowo prostej konstrukcji, są one wykonywane jako chip. Główną wadą takiej zasady pracy – w zależności od sieci wydajności. Pamiętaj, że jego możliwości są związane z czasem trwania okresu częstotliwości zasilania.

Oto jak podwójna integracja ADC. Zasada działania urządzenia, mimo że jest dość skomplikowane, ale zapewnia wskaźniki jakościowe. W niektórych przypadkach jest to po prostu niezbędne.

Wybierz APC nam niezbędną zasadą

Powiedzmy, że mamy do czynienia z konkretnym zadaniem. Jakie wybrać urządzenie, tak aby mógł on spełniać wszystkie nasze potrzeby? Najpierw porozmawiajmy o rozdzielczości i dokładności. Bardzo często są one mylone, choć w praktyce są one bardzo słabo zależne od drugiego. Należy pamiętać, że 12-bitowy przetwornik analogowo-cyfrowy może być mniej dokładne niż 8-bitowe. W tym przypadku rozdzielczość – jest miarą ilości segmenty mogą być przypisane do zmierzonej zakresu wejściowego. Zatem 8-bitowa ADC posiadają ² sierpnia = 256 takich jednostek.

Dokładność – jest całkowity wynik konwersji uzyskuje się odchylenie od idealnej wartości, która powinna być w danym napięciu wejściowym. Oznacza to, że pierwszy parametr charakteryzuje potencjał, który ma ADC, a drugi pokazuje, co mamy w praktyce. Można zatem zwiększyć bardziej prosty rodzaj (na przykład, bezpośrednie analogowo-cyfrowe), które spełniają wymagania ze względu na jego wysoką dokładność.

Aby mieć wyobrażenie o tym, co trzeba, aby zacząć obliczać parametry fizyczne i konstruować matematyczny wzór interakcji. Ważne są błędy statyczne i dynamiczne, dlatego podczas korzystania z różnych elementów i zasad konstrukcji urządzenia będą miały różny wpływ na jego wydajność. Bardziej szczegółowe informacje można znaleźć w dokumentacji technicznej oferowanej przez producenta każdego konkretnego urządzenia.

przykład

Spójrzmy na SC9711 ADC. Zasada działania tego urządzenia jest skomplikowana z powodu swojej wielkości i pojemności. Mówiąc o tych ostatnich, należy zauważyć, że są one naprawdę zróżnicowane. Tak więc, na przykład, możliwe częstotliwość pracy zmienia się od 10 Hz do 10 MHz. Innymi słowy, może to zrobić 10 milionów próbek na sekundę! A samo urządzenie nie jest czymś stałym, i ma modułową budowę konstrukcji. Ale to jest zwykle stosowany w złożonych aplikacji, gdzie trzeba pracować z dużej liczby sygnałów.

wniosek

Jak widać, ADC z natury mają różne zasady działania. To pozwala nam wybrać urządzenie, które zaspokoi potrzeby wynikające, a tym samym umożliwić rozsądne wykorzystanie dostępnych zasobów.