Nguyên tắc chung của hoạt động của ADC

Chúng ta hãy nhìn vào phạm vi chính của vấn đề có thể là do nguyên tắc của analog-to-kỹ thuật số chuyển đổi (ADC) của các loại khác nhau. tài khoản liên tục, cân bằng liên tiếp - những gì nằm đằng sau những lời này? nguyên tắc làm việc của ADC của vi điều khiển là gì? Những điều này và các vấn đề khác sẽ được thảo luận trong khuôn khổ của bài báo. Ba đầu tiên sẽ được dành cho các lý thuyết nói chung và phụ đề thứ tư sẽ nghiên cứu cách họ làm việc. Bạn có thể gặp nhiều tài liệu ADC và DAC về. Nguyên tắc hoạt động của các thiết bị này là hơi khác nhau, do đó, không nhầm lẫn giữa chúng. Do đó, bài viết sẽ được xem xét việc chuyển đổi tín hiệu từ analog sang kỹ thuật số, trong khi DAC tác dụng ngược lại.

định nghĩa

Trước khi xem xét các nguyên tắc của ADC, chúng ta hãy tìm hiểu những gì các thiết bị. Analog để chuyển đổi kỹ thuật số là các thiết bị mà các đại lượng vật lý được chuyển thành một số đại diện tương ứng. Các thông số ban đầu có thể hoạt động gần như bất cứ điều gì - hiện tại, điện áp, điện dung, điện trở, vòng quay của trục, tốc độ xung và vân vân. Nhưng để có sự chắc chắn, chúng tôi sẽ làm việc chỉ với một chuyển đổi. Này "điện áp mã". Sự lựa chọn của định dạng công việc này không phải là ngẫu nhiên. Sau khi ADC (nguyên tắc hoạt động của thiết bị này) và các tính năng của nó là phần lớn phụ thuộc vào loại khái niệm đo lường được sử dụng. Điều này nói đến quá trình so sánh một giá trị nhất định với một tiêu chuẩn thành lập trước đó.

đặc ADC

Bit chính có thể được gọi, và tỷ lệ chuyển đổi. Đầu tiên thể hiện bằng bit, và lần thứ hai - trong các mẫu một giây. analog-to-kỹ thuật số chuyển đổi hiện đại có thể có 24-bit hoặc tốc độ chuyển đổi, mà đi kèm với các đơn vị GSP. Lưu ý rằng ADC có thể đồng thời cung cấp cho bạn với việc sử dụng duy nhất một trong các đặc điểm của mình. Việc lớn hơn hiệu suất của chúng, các khó khăn hơn để làm việc với các thiết bị, và nó là tốn kém hơn chính nó. Nhưng lợi ích có thể đạt được hiệu suất chút chiều sâu cần thiết bằng cách hy sinh tốc độ của thiết bị.

loại ADC

Nguyên tắc hoạt động khác nhau giữa các nhóm khác nhau của thiết bị. Chúng tôi coi các loại sau đây:

1. Kể từ khi chuyển đổi trực tiếp.
2. Với xấp xỉ liên tiếp.
3. Với sự chuyển đổi song song.
4. Analog-to-kỹ thuật số chuyển đổi với một lần sạc cân bằng (delta-sigma).
5. Lồng ghép ADC.

Có rất nhiều loại khác của băng tải và kết hợp, trong đó có những đặc điểm đặc biệt của riêng của họ về kiến trúc khác nhau. Nhưng những mẫu này sẽ được xem xét trong khuôn khổ của bài viết được quan tâm vì họ đóng một vai trò gương mẫu trong các thiết bị thích hợp của nó đặc hiệu như vậy. Vì vậy, chúng ta hãy xem xét các nguyên tắc của ADC, cũng như sự phụ thuộc vào các thiết bị vật lý.

analog trực tiếp đến bộ chuyển đổi kỹ thuật số

Họ đã trở nên khá phổ biến ở 60-70-tệ của thế kỷ trước. Trong hình thức của mạch tích hợp được sản xuất với 80s. Nó rất đơn giản, thậm chí các thiết bị thô sơ mà không thể tự hào về con số đáng kể. năng lực của họ thường là 6-8 bit, và tốc độ hiếm khi vượt quá 1 GSP.

Nguyên tắc hoạt động của loại hình này của ADC là trên đầu vào cộng với các bộ so sánh tín hiệu đầu vào cùng một lúc. Trên điện áp cực âm là một giá trị nhất định. Và sau đó thiết bị sẽ quyết định hoạt động của nó. Này được thực hiện nhờ vào điện áp tham chiếu. Chúng ta hãy giả sử rằng chúng ta có một thiết bị mà 8 bộ so sánh. Khi ăn ½ của điện áp tham chiếu chỉ có 4 trong số họ được kích hoạt. Các bộ mã hóa ưu tiên hình thành mã nhị phân, đó là sản lượng đăng ký và chốt. mạnh và điểm yếu tương đối có thể nói rằng nguyên tắc này của hoạt động cho phép bạn tạo các thiết bị tốc độ cao. Nhưng để có được độ dài từ cần thiết phải đổ mồ hôi rất nhiều.

Công thức chung cho số bộ so sánh như sau: 2 ^ N. Dưới N là cần thiết để đưa số lượng chữ số. Xem ví dụ trước có thể được sử dụng lại: 2 ^ 3 = 8. Subtotal xả thứ ba phải được 8 bộ so sánh. Đây là nguyên tắc của ADC, mà đã được tạo ra đầu tiên. Không phải là rất thuận tiện, vì vậy sau đó có kiến trúc khác.

Analog-to-kỹ thuật số chuyển đổi, xấp xỉ liên tiếp

thuật toán "trọng số" được sử dụng ở đây. Rút ngắn các thiết bị hoạt động ở một thủ tục như vậy, gọi đơn giản là ADC hóa đơn liên tiếp. Nguyên tắc hoạt động như sau: thiết bị được đo bằng tín hiệu đầu vào, và sau đó nó được so sánh với những con số, được tạo ra theo một quy trình nhất định:

1. Bộ nửa có thể tham chiếu điện áp.
2. Nếu giới hạn tín hiệu cường độ vượt qua chuyến đi №1, nó được so sánh với một số nằm giữa chừng lệch giữa giá trị còn lại. Vì vậy, trong trường hợp của chúng tôi nó sẽ là ¾ của điện áp tham chiếu. Nếu tín hiệu tham chiếu rơi ngắn của con số này, việc so sánh sẽ được tiến hành với các phần khác trong khoảng thời gian bởi cùng một nguyên tắc. Trong ví dụ này, ¼ của điện áp tham chiếu.
3. Bước 2 phải được lặp đi lặp lại lần n, mà sẽ cung cấp cho chúng tôi các bit N của kết quả. Điều này là do việc thực hiện của số N của so sánh.

Nguyên tắc này của bộ máy cho phép để có được với tỷ lệ chuyển đổi cao tương đối, đó là ADCs xấp xỉ liên tiếp. Nguyên tắc hoạt động, như bạn có thể thấy, đơn giản, và những thiết bị này rất lý tưởng cho một loạt các dịp.

Song song analog-to-kỹ thuật số chuyển đổi

Họ làm việc như một thiết bị nối tiếp. công thức tính - (2 ^ n) -1. Đối với trường hợp xem xét trước đó, chúng ta cần (2 ^ 3) -1 bộ so sánh. Đối với hoạt động sử dụng một mảng cụ thể của những thiết bị này, mỗi trong số đó có thể so sánh các đầu vào và điện áp tham chiếu cá nhân. Song song analog-to-kỹ thuật số chuyển đổi là các thiết bị khá nhanh. Tuy nhiên, nguyên tắc xây dựng của những thiết bị này là để hỗ trợ hiệu quả của họ đòi hỏi sức mạnh đáng kể. Do đó, việc sử dụng chúng trong pin-powered không phù hợp.

Analog-to-kỹ thuật số chuyển đổi với cân bằng liên tiếp

Nó hoạt động trên một cách tương tự như các thiết bị trước. Do đó, để giải thích sự hoạt động của kế cân bằng ADC, nguyên tắc hoạt động cho người mới bắt đầu sẽ được xem xét theo nghĩa đen trên đầu ngón tay. Trong các thiết bị dựa trên hiện tượng sự phân đôi. Nói cách khác, sự so sánh nối tiếp được thực hiện giá trị đo bằng một phần nhất định của giá trị lớn nhất. Có thể mất giá trị ½, 1/8, 1/16 và vân vân. Do đó, analog-to-kỹ thuật số chuyển đổi có thể thực hiện quá trình cho N lặp (bước kế tiếp). Trong đó N bằng các bit ADC (nhìn vào các công thức trước đây ở trên). Do đó, chúng tôi có một lợi ích đáng kể trong thời gian, nếu nó là kỹ thuật hiệu suất đặc biệt quan trọng. Mặc dù tốc độ đáng kể, những thiết bị này cũng được đặc trưng bởi lỗi tĩnh thấp.

Analog-to-kỹ thuật số chuyển đổi với phụ trách cân bằng (delta-sigma)

Đây là loại thú vị nhất của thiết bị, không kém phần quan do nguyên lý hoạt động của nó. Nó bao gồm trong đó các điện áp đầu vào được so sánh để các nhà tích hợp lũy kế. Là xung đầu vào với một cực tiêu cực hay tích cực (nó phụ thuộc vào kết quả của các hoạt động trước đó). Do đó, chúng ta có thể nói rằng một bộ chuyển đổi analog-to-kỹ thuật số như là một hệ thống theo dõi đơn giản. Nhưng đây chỉ là một ví dụ để so sánh, vì vậy bạn có thể hiểu những gì delta-sigma ADC. Nguyên tắc của hệ thống hoạt động, nhưng đối với các hoạt động có hiệu quả của bộ chuyển đổi analog-to-kỹ thuật số là không đủ. Kết quả cuối cùng là một dòng bất tận của những người thân và số không, mà đi qua một bộ lọc thông thấp kỹ thuật số. Họ tạo thành một chuỗi bit nhất định. Phân biệt bộ chuyển đổi ADC của lệnh đầu tiên và thứ hai.

Lồng ghép analog-to-kỹ thuật số chuyển đổi

Đây là một trường hợp đặc biệt của thứ hai, sẽ được coi là một phần của bài báo. Tiếp theo, chúng ta sẽ mô tả các hoạt động của những thiết bị này, nhưng về mặt kĩ nói chung. ADC Đây là analog-to-kỹ thuật số chuyển đổi với hội nhập push-pull. Để đáp ứng một thiết bị như vậy có thể một Multimeter kỹ thuật số. Và đây là không đáng ngạc nhiên, bởi vì họ cung cấp độ chính xác cao và đồng thời cũng ngăn chặn sự can thiệp.

Bây giờ chúng ta hãy tập trung vào nguyên tắc hoạt động của nó. Nó nằm trong thực tế là các tụ điện đầu vào được tính trong một thời gian cố định. Thông thường, giai đoạn này là một trong những tần số nguồn điện mà quyền hạn của thiết bị (50 Hz hoặc 60 Hz). Nó cũng có thể là một bội. Như vậy, tiếng ồn tần số cao được dập tắt. Đồng thời san bằng ảnh hưởng không ổn định nguồn điện điện áp điện về tính chính xác của kết quả.

Khi thời gian phụ trách kết thúc chuyển đổi analog-kỹ thuật số, các tụ điện bắt đầu xả với một tốc độ cố định cụ thể. thiết bị truy cập nội bộ đếm số xung đồng hồ được tạo ra trong quá trình này. Như vậy, còn khoảng thời gian, càng có hiệu suất.

ADC twostroke tích hợp có độ chính xác cao và độ phân giải. Do đó, cũng như việc xây dựng một cấu trúc tương đối đơn giản, họ đang thực hiện như một con chip. Hạn chế chính của một nguyên tắc như vậy công việc - tùy thuộc vào mạng hiệu suất. Hãy nhớ rằng khả năng của mình được gắn với thời gian của giai đoạn cung cấp điện tần số.

Đây là cách ADC tích hợp kép. Nguyên tắc hoạt động của thiết bị mặc dù nó là khá phức tạp, nhưng nó cung cấp các chỉ số chất lượng. Trong một số trường hợp, điều này chỉ đơn giản là không thể thiếu.

Chọn APC chúng tôi với các nguyên tắc cần thiết của

Hãy nói rằng, chúng ta đang phải đối mặt với một nhiệm vụ cụ thể. Những lựa chọn thiết bị để nó có thể đáp ứng tất cả các nhu cầu của chúng tôi? Trước tiên, hãy nói về độ phân giải và độ chính xác. Rất thường họ bối rối, mặc dù trong thực tế họ rất yếu phụ thuộc vào một giây. Lưu ý rằng 12-bit analog-to-kỹ thuật số chuyển đổi thể ít chính xác hơn so với 8-bit. Trong trường hợp này, độ phân giải - là một thước đo về số lượng các phân đoạn có thể được phân bổ cho các phạm vi tín hiệu đầu vào đo. Như vậy, 8-bit ADC có 02 ^tháng 8 = 256 đơn vị như vậy.

Độ chính xác - là tổng kết quả chuyển đổi thu được sai lệch so với giá trị lý tưởng, mà nên có một điện áp đầu vào nhất định. Đó là, các tham số đầu tiên đặc trưng cho tiềm năng mà có ADC, và lần thứ hai cho thấy những gì chúng tôi có trong thực tế. Do đó, chúng ta có thể đẩy mạnh và kiểu đơn giản hơn (ví dụ, chỉ đạo analog-to-kỹ thuật số chuyển đổi), mà sẽ đáp ứng các yêu cầu do độ chính xác cao của nó.

Để có một ý tưởng về những gì nó cần để bắt đầu để tính toán các thông số vật lý và xây dựng một công thức toán học tương tác. Quan trọng họ là lỗi tĩnh và năng động, vì khi sử dụng các thành phần và nguyên tắc xây dựng các thiết bị khác nhau mà họ sẽ có tác động khác nhau trên hiệu quả của nó. Biết thêm thông tin chi tiết có thể được tìm thấy trong các tài liệu kỹ thuật được cung cấp bởi nhà sản xuất của từng thiết bị cụ thể.

thí dụ

Chúng ta hãy nhìn vào SC9711 ADC. Nguyên tắc hoạt động của thiết bị này là phức tạp bởi vì kích thước và dung lượng của nó. Nói về sau này, cần lưu ý rằng họ đang thực sự đa dạng. Vì vậy, ví dụ, tần số hoạt động có thể thay đổi từ 10 Hz đến 10 MHz. Nói cách khác, nó có thể làm cho 10 triệu mẫu trong một giây! Và thiết bị chính nó không phải là một cái gì đó vững chắc, và có một cấu trúc môđun của cấu trúc. Nhưng nó thường được sử dụng trong các ứng dụng phức tạp khi bạn cần phải làm việc với một số lượng lớn các tín hiệu.

phần kết luận

Như bạn có thể thấy, ADCs vốn có nguyên tắc hoạt động khác nhau. Điều này cho phép chúng tôi để chọn thiết bị mà sẽ đáp ứng nhu cầu phát sinh và do đó cho phép sử dụng hợp lý các nguồn lực sẵn có.