Obecný princip fungování ADC

Pojďme se podívat na hlavní řadě otázek, které lze připsat na principu z analogově-digitální převodníky (ADC) různých typů. Sekvenční účet, po sobě jdoucích vyvažování - co se skrývá za těmito slovy? Jaký je pracovní princip ADC mikrokontroléru? Tyto a další otázky budou diskutovány v rámci článku. První tři bude věnován obecné teorii, a čtvrtý titulků bude zkoumat, jak fungují. Se můžete setkat různé literatuře ADC a DAC podmínky. Princip fungování těchto zařízení je mírně odlišná, takže se jich mást. Tak, tento článek považuje za konverzi signálů z analogového na digitální, zatímco DAC pracuje v opačném směru.

definice

Před zvažováním princip ADC, pojďme zjistit, co je přístroj. Analogově digitální převodníky jsou zařízení, která veličina se převede na odpovídající číselné znázornění. Počáteční parametr může působit téměř cokoliv - proud, napětí, kapacita, odpor, rotaci hřídele, tepovou frekvenci a tak dále. Ale aby měl jistotu, budeme pracovat pouze s jednou konverzí. Tento „kód napětí“. Volba tohoto pracovního formátu není náhodná. Po ADC (princip fungování tohoto zařízení) a jeho funkce jsou do značné míry závislé na druhu měření pojetí je použit. To se vztahuje k procesu porovnání určitou hodnotu s předem stanoveného standardu.

charakteristiky ADC

Hlavní bit lze nazvat, a přepočítacího koeficientu. Nejprve v bitech, a druhá - ve vzorcích za sekundu. Moderní analogově-digitální převodníky mohou mít 24-bit nebo rychlost konverze, který přijde do GSP jednotek. Všimněte si, že ADC může současně poskytnout vám s využitím pouze jednoho ze svých vlastností. Čím větší je jejich výkon, tím obtížnější pro práci se zařízením, a to je více sama dražší. Ale výhoda je možné získat potřebnou hloubku bit výkon tím, že obětuje rychlost přístroje.

typy ADC

Princip činnosti se liší mezi různými skupinami zařízení. Domníváme se, že tyto typy:

1. Vzhledem k tomu, přímou konverzi.
2. S postupnou aproximací.
3. S paralelním transformace.
4. Analogově-digitální převodník s vyvažovacím poplatek (delta-sigma).
5. Integrace ADC.

Existuje mnoho dalších typů dopravníkem a v kombinaci, které mají své vlastní specifika jinou architekturu. Ale ty vzorky, které budou považovány v rámci článků jsou zajímavé, protože hrát příkladnou úlohu ve svých specializovaných zařízeních, jako specifičnost. Takže pojďme prozkoumat princip ADC, stejně jako její závislost na fyzickém zařízení.

Přímý analogově digitální převodníky

Ty se staly velmi populární v 60-70-tých let minulého století. Ve formě integrovaných obvodů jsou vyráběny s 80s. Je to velmi jednoduché, až primitivní zařízení, která nemůže pochlubit významných osobností. Jejich kapacita je typicky 6-8 bitů, a rychlost jen zřídka překročí 1 GSP.

Princip fungování tohoto typu je, že ADC na znaménko plus vstupy komparátorů vstupního signálu současně. Na negativní svorkového napětí je určitá hodnota. A pak přístroj určí jeho provoz. To se děje díky referenčnímu napětí. Předpokládejme, že máme zařízení, kde 8 komparátorů. Při krmení ½ referenčním napětím je povoleno jen čtyři z nich. Prioritou kodér vytvořen binární kód, který je výstupní registr a západky. Relativní klady a zápory lze říci, že tento princip operace umožňuje vytvořit vysokorychlostní zařízení. Avšak aby se dosáhlo požadované délky slovo má potit těžce.

Obecný vzorec pro počet komparátorů je následující: 2 ^ N. Pod N je nutné vyřadit počet číslic. Zobrazení předchozí příklad mohou být znovu použity: 2 ^ 3 = 8. Mezisoučet pro třetí vypouštění musí být 8 komparátory. To je princip ADC, které byly vytvořeny jako první. Ztížené, takže následně existovaly jiné architektury.

Analogově-digitální převodníky s postupnou aproximací

Algoritmus „vážení“ je zde použit. Zkracují přístrojů pracujících při takovém postupu, odkazoval se na jednoduše jako ADC po sobě jdoucí účty. Princip činnosti je následující: zařízení se měří pomocí vstupního signálu, a potom se ve srovnání s čísly, které jsou generovány podle určitého postupu:

1. Sady možného polovinu referenční napětí.
2. V případě, že mezní signál velikost překonat cestu №1, je ve srovnání s množstvím, které leží na půli cesty mezi zbývající hodnoty. Takže v našem případě to bude ¾ referenčního napětí. V případě, že referenční signál nedosahuje tomto obrázku, se srovnání provádí se další části intervalu od stejného principu. V tomto příkladu, ¼ referenčního napětí.
3. Krok 2 se musí opakovat n-krát, což nám dá bitů n o výsledku. To je vzhledem k provádění N počet srovnání.

Tento princip zařízení umožňuje získat poměrně vysokou míru konverze, které jsou s postupnou aproximací ADC. Princip fungování, jak můžete vidět, jednoduchý, a tato zařízení jsou ideální pro různé příležitosti.

Paralelní analogově-digitální převodníky

Pracují jako sériové zařízení. Vzorec pro výpočet - (2 ^ n) -1. Pro případ považován dříve, potřebujeme (2 ^ 3) -1 komparátory. Pro provoz za použití specifické řadu těchto zařízení, z nichž každá může porovnávat vstupní a individuální referenční napětí. Paralelní analogově-digitální převodníky jsou poměrně rychlé zařízení. Ale princip výstavby těchto zařízení je, že podporuje jejich účinnost vyžaduje značné množství energie. Proto je jejich použití v bateriově napájený nevhodné.

Analogově-digitální převodník s postupnou vyrovnávání

To operuje podobným způsobem jako předchozí zařízení. Proto, aby vysvětlil činnost za sebou vyvažování ADC, princip činnosti pro začátečníky bude považována doslova na prstech. V těchto zařízeních založených na fenomén dichotomie. Jinými slovy, je sériové porovnání se provádí naměřenou hodnotu s určitou část maximální hodnoty. Může nabývat hodnot ½, 1/8, 1/16 a tak dále. Z tohoto důvodu, analogově-digitální převodník může provést proces pro N iterací (postupných kroků). Kde N se rovná bit ADC (podívejte se na výše uvedených vzorcích). Tak, máme značný zisk v čase, pokud je to obzvláště důležité představení techniky. I přes značnou rychlostí, tato zařízení jsou rovněž charakteristické nízkým statickým chyby.

Analogově-digitální převodníky s vyrovnávající náboj (delta-sigma)

Je to nejzajímavější typ zařízení, v neposlední řadě díky své provozní princip. To spočívá v tom, že vstupní napětí jsou porovnány tak, aby se nahromaděné integrátor. Jsou vstupní impulzy s negativním nebo kladnou polaritou (to závisí na výsledku předchozího provozu). Můžeme tedy říci, že takový konvertor analogového signálu na digitální je jednoduchý sledovací systém. Ale to je jen příklad pro srovnání, takže můžete pochopit , co znamená delta-sigma ADC. Princip fungování systému, ale i pro efektivní fungování převodníku analogového signálu na digitální nestačí. Konečným výsledkem je nekonečný proud jedniček a nul, které prochází digitální low-pass filtru. Tvoří určité bitové sekvence. Rozlišovat ADC převodníky prvního a druhého řádu.

Integrace analogově-digitální převodník

Jedná se o zvláštní případ druhé, která bude považována za součást předmětu. Dále popíšeme provoz těchto zařízení, ale v obecné rovině. To ADC je analogově-digitální převodník s integrací push-pull. Pro splnění takového zařízení může být digitální multimetr. A to není překvapující, protože poskytují vysokou přesnost a zároveň dobře potlačit rušení.

Nyní se pojďme zaměřit na jeho princip činnosti. To spočívá v tom, že vstupní kondenzátor je účtována po stanovenou dobu. Obvykle tato doba je jedna z frekvencí sítě, který napájí zařízení (50 Hz nebo 60 Hz). To může také být násobkem. Tak, vysokofrekvenční šum je potlačen. Současně vyrovnal vliv nestabilní napětí napájecího zdroje elektrické energie na přesnost výsledku.

Když je doba nabíjení skončí analogové-digitální převodník, kondenzátor se začne vybíjet s určitou pevnou rychlostí. Vnitřní měřicí přístroj počítá počet hodinových pulsů, které vznikají v průběhu tohoto procesu. To znamená, že delší časový interval, tím větší je výkon.

ADC integrace twostroke mají vysokou přesnost a rozlišení. Vzhledem k tomu, stejně jako konstrukce s relativně jednoduchou strukturou, které jsou provedeny jako čip. Hlavní nevýhodou takového principu práce - v závislosti na síti výkonu. Uvědomte si, že jeho schopnosti jsou vázány na dobu trvání kmitočtu napájení.

Zde je návod, jak double integraci ADC. Princip fungování zařízení, i když je to docela složité, ale poskytuje jakostních ukazatelů. V některých případech, to je prostě nepostradatelný.

Zvolit APC nám nezbytnou zásadou

Řekněme, že máme co do činění s konkrétní úkol. Který si vybrat zařízení, aby bylo možné splnit všechny naše potřeby? Za prvé, pojďme mluvit o rozlišení a přesnost. Velmi často se stává, že jsou zmatení, ačkoli v praxi oni jsou velmi slabě závislá na druhé. Všimněte si, že 12-bitový analogově-digitální převodník může být méně přesné než 8-bit. V tomto případě je řešení - je míra množství segmentů může být přidělena k měřenému vstupního signálu rozsah. Tak, 8-bit ADC mají srpna ² = 256 těchto jednotek.

Přesnost - je celkový výsledek konverze získané odchylky od ideálních hodnot, které by měly být v dané vstupní napětí. To znamená, že první parametr charakterizuje potenciál, který má ADC, a druhý ukazuje, co máme v praxi. Proto můžeme urychlit a jednodušší typ (například přímé analogově-digitální konvertory), která bude splňovat požadavky díky své vysoké přesnosti.

Chcete-li mít představu o tom, co to znamená začít výpočet fyzikálních parametrů a postavit matematický vzorec interakce. Důležité informace jsou statické a dynamické chyby, protože při použití různých složek a principy výstavby zařízení, které bude mít jiný vliv na jeho výkon. Podrobnější informace lze nalézt v technické dokumentaci, kterou nabízí výrobce každého konkrétního zařízení.

příklad

Podívejme se na ADC SC9711. Princip fungování tohoto zařízení je složité, protože jeho velikosti a kapacity. Když už mluvíme o druhé, je třeba poznamenat, že jsou opravdu různorodé. Tak, například, možné provozní kmitočet se pohybuje od 10 Hz do 10 MHz. Jinými slovy, může to dělat 10 milionů vzorků za sekundu! A přístroj sám o sobě není něco tuhý a má modulární konstrukci stavby. Ale to se obvykle používá ve složitých aplikacích, kde je třeba pracovat s velkým počtem signálů.

závěr

Jak můžete vidět, ADCs ze své podstaty mají odlišné principy činnosti. To nám umožňuje vybrat zařízení, které uspokojí potřeby vyplývající, a tím umožnit přiměřené využití dostupných zdrojů.