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Principio generale di funzionamento di ADC

Diamo un'occhiata alla gamma principale dei problemi che può essere attribuito al principio delle analogico-digitali (ADC) di tipo diverso. conto sequenziale, bilanciamento successiva – cosa si cela dietro queste parole? Qual è il principio di funzionamento del ADC del microcontrollore? Queste e altre questioni saranno discusse nel quadro di questo articolo. I primi tre sarà dedicata alla teoria generale, e il quarto sottotitolo studierà come funzionano. Si possono incontrare vari termini letteratura ADC e DAC. Il principio di funzionamento di questi dispositivi è leggermente diverso, in modo da non confondere. Così, l'articolo sarà considerata la conversione dei segnali da analogico a digitale, mentre il DAC funziona al contrario.

definizione

Prima di considerare il principio di ADC, cerchiamo di scoprire ciò che il dispositivo è. Convertitori analogico digitali sono dispositivi che la quantità fisica viene convertito in un corrispondente rappresentazione numerica. Il parametro iniziale può agire quasi tutto – corrente, tensione, capacità, resistenza, la rotazione dell'albero, la frequenza degli impulsi e così via. Ma al fine di avere la certezza, lavoreremo con una sola conversione. Questa "tensione codice". La scelta di questo formato lavoro non è casuale. Dopo l'ADC (il principio di funzionamento di questo dispositivo) e le sue caratteristiche sono largamente dipendenti dal tipo di concetto di misura viene utilizzato. Questo si riferisce al processo di confronto di un certo valore con uno standard precedentemente stabilito.

caratteristiche ADC

Il bit principale può essere chiamato, e il tasso di conversione. Prima espressa in bit, e il secondo – in campioni un secondo. convertitori moderni analogico-digitali possono avere 24 bit o la velocità di conversione, che viene a unità GSPS. Si noti che l'ADC può contemporaneamente fornire con l'uso di una sola delle sue caratteristiche. Maggiore è la loro prestazione, il più difficile da lavorare con il dispositivo, ed è più costoso stessa. Ma il beneficio può essere quello di ottenere le necessarie prestazioni profondità di bit sacrificando la velocità dello strumento.

tipi di ADC

Principio di funzionamento varia tra i diversi gruppi di dispositivi. Consideriamo i seguenti tipi:

  1. Dal momento che la conversione diretta.
  2. Con approssimazioni successive.
  3. Con una trasformazione parallela.
  4. Convertitore analogico-digitale con una carica di bilanciamento (delta-sigma).
  5. L'integrazione di ADC.

Ci sono molti altri tipi di trasportatore e combinato, che hanno le proprie caratteristiche particolari di diversa architettura. Ma quei campioni, che saranno considerati nel quadro di articoli sono di interesse perché svolgono un ruolo esemplare nei suoi dispositivi di nicchia come specificità. Esaminiamo il principio della ADC, così come la sua dipendenza dal dispositivo fisico.

analogico diretto a convertitori digitali

Essi sono diventati molto popolari nelle 60-70-zioni del secolo scorso. Sotto forma di circuiti integrati sono prodotti con 80s. E 'molto semplice, anche i dispositivi primitive che non possono vantare cifre significative. La loro capacità è tipicamente 6-8 bit, e la velocità supera raramente 1 GSPS.

Il principio di funzionamento di questo tipo di ADC è che sulle più ingressi del segnale di ingresso comparatori simultaneamente. Sulla tensione terminale negativo è un certo valore. E poi il dispositivo determina il suo funzionamento. Ciò avviene grazie alla tensione di riferimento. Supponiamo che abbiamo un dispositivo dove 8 comparatori. Quando si alimenta ½ della tensione di riferimento è abilitato solo 4 di loro. Il codificatore di priorità formata codice binario, che è registro di uscita e fermi. forza e di debolezza relativi si può dire che questo principio di funzionamento consente di creare dispositivi ad alta velocità. Ma per ottenere la lunghezza parola desiderata deve sudare pesantemente.

La formula generale per il numero di comparatori è il seguente: 2 ^ N. Sotto N è necessario inserire il numero di cifre. Visto esempio precedente può essere riutilizzato: 2 ^ 3 = 8. Subtotale per terzi scarico deve essere di 8 comparatori. Questo è il principio della ADC, che sono stati creati prima. Abbastanza difficile, quindi successivamente c'erano altre architetture.

Analog-to-Digital Converters, approssimazione successiva

algoritmo "ponderazione" è qui utilizzato. Abbreviare dispositivi che funzionano su tale procedura, chiamato semplicemente fatture successive ADC. Il principio di funzionamento è il seguente: il dispositivo è misurata dal segnale di ingresso, e quindi viene confrontato con i numeri, generati secondo una determinata procedura:

  1. Insiemi di possibili metà della tensione di riferimento.
  2. Se il limite di segnale della grandezza superare viaggio №1, viene confrontato con un numero che si trova a metà strada tra il valore residuo. Così, nel nostro caso sarà ¾ della tensione di riferimento. Se il segnale di riferimento è inferiore di questa figura, il confronto viene effettuato con un'altra porzione dell'intervallo dallo stesso principio. In questo esempio, ¼ della tensione di riferimento.
  3. Fase 2 deve essere ripetuta n volte, che ci darà i bit N del risultato. Ciò è dovuto al comportamento del numero N di confronti.

Questo principio della apparecchiatura consente di ottenere con relativa alto tasso di conversione, che sono successivi ADC di approssimazione. Il principio di funzionamento, come si può vedere, semplice, e questi dispositivi sono ideali per una varietà di occasioni.

Parallela analogico-digitale convertitori

Funzionano come un dispositivo seriale. Calcolo formula – (2 ^ n) -1. Per il caso esaminato in precedenza, dobbiamo (2 ^ 3) -1 comparatori. Per il funzionamento utilizzando una matrice specifica di questi dispositivi, ognuno dei quali può confrontare l'ingresso e tensione di riferimento individuale. convertitori analogico-digitali parallele sono dispositivi abbastanza veloci. Ma il principio di costruzione di questi dispositivi è quello di sostenere la loro efficienza richiede potenza significativa. Pertanto, il loro utilizzo in batteria alimentata inappropriato.

Convertitore analogico-digitale con bilanciamento successiva

Esso opera su un modo simile al dispositivo precedente. Pertanto, al fine di spiegare il funzionamento di una successione di ADC di bilanciamento, il principio di funzionamento per i principianti sarà considerata letteralmente sulle dita. In questi dispositivi basati sul fenomeno della dicotomia. In altre parole, il confronto seriale avviene valore misurato con una certa parte del valore massimo. Può assumere valori ½, 1/8, 1/16 e così via. Pertanto, convertitore analogico-digitale può eseguire il processo per N iterazioni (passi successivi). In cui N è uguale al ADC bit (guardare le formule in precedenza di cui sopra). Così, abbiamo un notevole guadagno di tempo, se è particolarmente importante tecnica di prestazioni. Nonostante la notevole velocità, questi dispositivi sono caratterizzati anche da errore statico bassa.

Analog-to-Digital Converters con bilanciamento di carica (delta-sigma)

È il tipo più interessante di dispositivo, non da ultimo grazie al suo principio di funzionamento. Esso consiste nel fatto che le tensioni di ingresso vengono confrontati in modo che l'integratore accumulato. Sono impulsi di ingresso con una polarità negativa o positiva (dipende dal risultato dell'operazione precedente). Pertanto, si può dire che un tale convertitore analogico-digitale è un sistema di tracciamento semplice. Ma questo è solo un esempio di confronto, in modo da poter capire ciò che il delta-sigma ADC. Principio di funzionamento del sistema, ma per il funzionamento efficace del convertitore analogico-digitale non è sufficiente. Il risultato finale è un flusso infinito di uno e zero, che passa attraverso un filtro passa-basso digitale. Essi formano una certa sequenza di bit. Distinguere convertitori ADC del primo e del secondo ordine.

Integrando convertitore analogico-digitale

Questo è un caso speciale di quest'ultima, che sarà considerata come parte dell'articolo. Successivamente, descriveremo il funzionamento di questi dispositivi, ma a livello generale. Questo è ADC convertitore analogico-digitale con l'integrazione push-pull. Per soddisfare tale dispositivo può essere un multimetro digitale. E questo non è sorprendente, perché forniscono elevata precisione e allo stesso tempo ben sopprimere interferenze.

Ora concentriamoci sul suo principio di funzionamento. Esso consiste nel fatto che il condensatore di ingresso viene addebitato per un tempo fisso. Tipicamente, questo periodo è una frequenza di rete che alimenta il dispositivo (50 Hz o 60 Hz). Può anche essere un multiplo. Pertanto, il rumore ad alta frequenza viene soppressa. Contemporaneamente livellato influenza instabile sorgente di alimentazione di tensione elettrica sulla precisione del risultato.

Quando il tempo di carica termina convertitore analogico-digitale, il condensatore inizia a scaricarsi con una particolare velocità fissa. Dispositivo contatore interno conta il numero di impulsi di orologio che si generano durante questo processo. Pertanto, maggiore è l'intervallo di tempo, maggiore è il rendimento.

ADC integrazione TwoStroke hanno elevata precisione e risoluzione. A causa di questo, così come la costruzione di una struttura relativamente semplice, vengono eseguiti come un chip. L'inconveniente principale di tale principio di lavoro – a seconda della rete prestazioni. Ricordate che le sue capacità sono legati alla durata del periodo di frequenza di alimentazione.

Ecco come l'ADC doppia integrazione. Il principio di funzionamento del dispositivo, anche se è abbastanza complessa, ma fornisce gli indicatori di qualità. In alcuni casi, questo è semplicemente indispensabile.

Scegli APC noi con il principio della necessaria

Diciamo, siamo di fronte a un compito specifico. Quale scegliere il dispositivo in modo che possa soddisfare tutte le nostre esigenze? In primo luogo, parliamo di risoluzione e precisione. Molto spesso sono confusi, anche se in pratica sono molto debolmente dipendente dalla seconda. Si noti che a 12 bit convertitore analogico-digitale può essere meno accurato del 8 bit. In questo caso, la risoluzione – è una misura della quantità di segmenti può essere assegnata all'area di ingresso del segnale misurato. Pertanto, 8-bit ADC possiedono Agosto 2 = 256 tali unità.

Precisione – è il risultato della conversione totale ottenuto scostamento dai valori ideali, che dovrebbe essere ad una data tensione di ingresso. Cioè, il primo parametro che caratterizza il potenziale che ha l'ADC, e la seconda mostra ciò che abbiamo in pratica. Pertanto, si può intensificare e tipo più semplice (per esempio, direttamente analogico-digitale convertitori), che soddisfi le esigenze grazie alla sua elevata accuratezza.

Per avere un'idea di quello che serve per iniziare a calcolare i parametri fisici e costruire una formula matematica di interazione. Sono importanti errori statici e dinamici, perché quando si utilizzano i vari componenti e principi di costruzione del dispositivo avranno un impatto diverso sulle sue prestazioni. Informazioni più dettagliate si possono trovare nella documentazione tecnica offerta dal produttore di ogni dispositivo specifico.

esempio

Diamo un'occhiata alla SC9711 ADC. Il funzionamento di questo dispositivo è complesso a causa della sua dimensione e capacità. Parlando di quest'ultimo, si precisa che essi sono veramente diversa. Così, ad esempio, possibile frequenza di funzionamento varia da 10 Hz a 10 MHz. In altre parole, si può fare 10 milioni di campioni al secondo! E il dispositivo stesso non è qualcosa di solido, e ha una struttura modulare della struttura. Ma di solito è usato in applicazioni complesse in cui è necessario lavorare con un gran numero di segnali.

conclusione

Come si può vedere, ADC hanno intrinsecamente differenti principi di funzionamento. Questo ci permette di selezionare il dispositivo in grado di soddisfare le esigenze derivanti e consentire in tal modo un uso ragionevole delle risorse disponibili.