Principio xeral de funcionamento do ADC

Imos ollar para a principal serie de cuestións que poden ser asignados ao principio das analóxico-dixital conversores (ADCs) de distintos tipos. conta, sucesivamente, balance de sucesivos - o que está detrás destas palabras? Cal é o principio de funcionamento do ADC do microcontrolador? Estas e outras cuestións serán discutidas no marco do artigo. Os tres primeiros serán dedicados á teoría xeral, ea cuarta Títulos vai estudar como funcionan. Podes atopar varios termos ADC literatura e DAC. O principio de funcionamento destes dispositivos é lixeiramente diferente, por iso non confundir-los. Así, o artigo considerarase a conversión de sinais de analóxico a dixital, mentres que o DAC funciona en sentido inverso.

definición

Antes de considerar o principio de ADC, imos descubrir o que é o dispositivo. Conversores de analóxico a dixital son os dispositivos que a cantidade física se converter nunha representación numérica correspondente. O parámetro de inicio pode actuar case nada - corrente, a tensión, a capacidade, a resistencia, a rotación do eixe, o tipo de pulsación e así por diante. Pero para estar seguro, imos traballar con só unha conversão. Esta "tensión código". A elección deste formato de traballo non é accidental. Tras a ADC (o principio de funcionamento deste dispositivo) e as súas características dependen en gran medida do tipo de concepto de medida se usa. Este refírese ao proceso de comparación de un determinado valor, cun patrón previamente establecido.

características ADC

A principal bit pode ser chamado, ea taxa de conversión. Primeiro expresada en bits, eo segundo - en mostras dun segundo. conversores modernos analóxico-para-dixital pode ter 24 bits ou a velocidade de conversión, o cal trata de unidades GSPS. Teña en conta que o ADC pode, á vez, proporcionar-lle co uso de só unha das súas características. Canto maior sexa o seu funcionamento, o máis difícil traballar co dispositivo, e é a máis cara. Pero o beneficio pode ser para o desempeño profundidade de bits é necesario, sacrificar a velocidade do instrumento.

tipo ADC

Modo de traballo varía entre diferentes grupos de dispositivos. Consideramos os seguintes tipos:

1. Dende a conversión directa.
2. Con aproximación sucesiva.
3. Cunha transformación paralelo.
4. conversor analóxico-dixital cunha carga balance (delta-sigma).
5. Integración ADC.

Existen moitos outros tipos de transporte combinado, que teñen as súas propias características especiais de arquitectura diferente. Pero estas mostras, que serán consideradas no ámbito de artigos de interese porque xogan un papel exemplar nos seus dispositivos de nicho, especificidade. Por iso, imos examinar o principio de ADC, así como a súa dependencia do dispositivo físico.

analóxica directa aos conversores dixitais

Eles tornáronse bastante popular nos 60-70-s do século pasado. Baixo a forma de circuítos integrados son producidos con 80s. É moi sinxelo, incluso dispositivos primitivos que non poden gabar-se de números significativos. A súa capacidade é tipicamente 6-8 anacos, ea velocidade raramente supera 1 GSPS.

O principio de funcionamento deste tipo de ADC é que nas entradas de sinal de entrada, máis comparadores simultaneamente. Pola tensión no terminal negativo é un determinado valor. E, a continuación, o seu dispositivo determina o seu funcionamento. Isto faise grazas á tensión de referencia. Supoñamos que temos un dispositivo onde 8 comparadores. Ao alimentaria ½ da tensión de referencia é só 4 delas activada. O codificador de prioridade formada código binario, que é rexistro de saída e trabas. puntos fortes e débiles se pode dicir que este principio de funcionamento permite crear dispositivos de alta velocidade. Pero para obter a lonxitude palabra desexada ten que suar moito.

A fórmula xeral para o número de comparadores é como segue: 2 ^ N. Baixo N é necesaria para poñer o número de díxitos. Visto exemplo anterior pode ser utilizado de novo: 2 ^ 3 = 8. Subtotal para terceira descarga debe ser de 8 comparadores. Este é principio de ADC, que foron creados en primeiro lugar. Non moi cómodo, entón, posteriormente, houbo outra arquitectura.

Analóxico-dixital conversores, aproximación sucesiva

algoritmo "ponderación" é usado aquí. Acurtar equipos que funcionen a tal procedemento, referido simplemente como ADC contas sucesivas. O principio de funcionamento é o seguinte: o dispositivo é medida polo sinal de entrada, e, a continuación, el é comparado cos números, que son xeradas segundo un determinado procedemento:

1. Conxuntos de posibles metade da tensión de referencia.
2. Se o límite de magnitude do sinal superar viaxes №1, é comparado cun número que está a medio camiño entre o valor restante. Entón, no noso caso será ¾ da tensión de referencia. Se o sinal de referencia é inferior desta figura, a comparación será conducido con outra porción do intervalo polo mesmo principio. Neste exemplo, ¼ da tensión de referencia.
3. Paso 2 debe repetirse n veces, o que nos dan os bits de N do resultado. Isto é debido á conduta de número N de comparacións.

Este principio do aparello permite a obtención, con alta taxa de conversión relativa, que son sucesivas ADCs de aproximación. O principio de funcionamento, como se pode ver, simple, e estes dispositivos son ideais para unha variedade de ocasións.

Paralelo analóxico-dixital conversores

Funcionan como un dispositivo serial. fórmula de cálculo - (2 ^ n) -1. Para o caso anteriormente considerado, necesitamos (2 ^ 3) -1 comparadores. Para operación mediante unha matriz específica destes dispositivos, cada un dos cales pode comparar a entrada e tensión de referencia individual. conversores paralelas analóxico-dixital son dispositivos moi rápido. Pero o principio de construción destes dispositivos é que para soportar a súa eficiencia require un poder significativo. Por tanto, o seu uso na batería potencia inadecuada.

Analóxico-dixital conversor con balance sucesiva

Ela opera dun xeito similar como o dispositivo anterior. Polo tanto, a fin de explicar o funcionamento do sucesiva ADC equilibrio, o principio de funcionamento para principiantes considerarase literalmente nos dedos. Nestes dispositivos baseados no fenómeno da dicotomía. Noutras palabras, a comparación en serie é levada a cabo valor medida cunha determinada parte do valor máximo. Pode asumir os valores ½, 1/8, 1/16 e así por diante. Por iso, o conversor analóxico-para-dixital pode realizar o proceso de iteracións N (pasos sucesivos). En que n é igual a ADC bit (ollar para as fórmulas anteriormente arriba). Así, temos unha ganancia considerable de tempo, se é técnica de execución especialmente importante. A pesar da velocidade considerable, estes dispositivos son tamén caracterízanse pola baixa erro estático.

Analóxico-dixital conversores con balance de cargas (delta-sigma)

É o tipo máis interesante de dispositivo, non menos importante debido ao seu principio de funcionamento. Consiste no feito das tensións de entrada son comparados para que o integrador acumulado. Son impulsos entrada cunha polaridade negativa ou positiva (que depende do resultado da operación anterior). Así, podemos dicir que un conversor tales analóxico-dixital é un sistema de seguimento simple. Pero este é só un exemplo para comparación, para que poida entender o que o delta-sigma ADC. Principio do sistema de operación, pero para o funcionamento eficaz do conversor analóxico-dixital non é suficiente. O resultado final é unha corrente sen fin de uns e ceros, que pasa por un filtro pasa-baixo dixital. Forman unha secuencia de bits determinada. Distinguir conversores ADC da primeira e segunda orde.

Integrando analóxico-dixital conversor

Este é un caso especial deste último, que será considerado como parte do artigo. Logo imos describir o funcionamento destes dispositivos, pero nun nivel xeral. Este ADC é analóxico-dixital convertidor con integración push-pull. Para atender a un tal dispositivo pode ser un multímetro dixital. E iso non é sorprendente, porque eles proporcionan alta precisión e á vez ben suprimir a interferencia.

Agora imos concentrar no seu principio de funcionamento. Atópase no feito que o capacitor de entrada cobra por un tempo fixo. Tipicamente, este período é unha da frecuencia da rede que alimenta o dispositivo (50 Hz ou 60 Hz). Tamén pode ser un múltiplo. Deste xeito, o ruído de alta frecuencia é suprimida. Simultaneamente nivelado influencia inestable fonte de tensión de enerxía eléctrica na precisión do resultado.

Cando o tempo de carga remata conversor analóxico-dixital, o condensador comeza a descargar a unha velocidade fixa en particular. dispositivo contador interno conta o número de impulsos de reloxo que se xeran durante este proceso. Así, canto maior sexa o período de tempo, maior será o desempeño.

integración dous tempos ADC ten alta precisión e resolución. Debido a iso, así como a construción dunha estrutura relativamente simple, son executados como un chip. A principal desvantaxe de tal principio do traballo - dependendo do rendemento da rede. Lembre que as súas capacidades están ligadas á duración do período de subministración de enerxía de frecuencia.

Vexa como o dúo integración ADC. O principio de funcionamento do dispositivo aínda que é moi complexo, pero ofrece indicadores de calidade. Nalgúns casos, isto é simplemente indispensable.

Escolla APC-nos co principio necesario de

Digamos, somos confrontados con unha tarefa específica. Que para escoller o dispositivo para que poida atender as nosas necesidades? En primeiro lugar, imos falar sobre a resolución e precisión. Moitas veces están confusos, aínda que na práctica son moi feblemente dependente do segundo. Nótese que 12 bits analóxico-dixital conversor pode ser menos que do que o 8 bits. Neste caso, a resolución - é unha medida da cantidade de segmentos pode ser asignado á gama de entrada de sinal medida. Así, 8 bits ADC posúen agosto ^2, = 256 de tales unidades.

Precisión - é o resultado da conversión total obtido desvío en relación aos valores ideais, que deben estar a unha determinada tensión de entrada. É dicir, o primeiro parámetro caracteriza o potencial que ten o ADC, ea segunda mostra o que temos en práctica. Polo tanto, podemos acelerar e tipo máis simples (por exemplo, analóxico-dixital conversores directos), que vai atender aos requirimentos debido á súa alta precisión.

Para se ter unha idea do que fai falta para comezar a calcular os parámetros físicos e construír unha fórmula matemática de interacción. Son importantes erros estáticos e dinámicos, porque ao usar os distintos compoñentes e principios de construción do dispositivo terán un impacto diferente sobre o seu funcionamento. Máis información pódense atopar na documentación técnica ofrecida polo fabricante de cada dispositivo específico.

exemplo

Imos ollar para o SC9711 ADC. O principio de funcionamento deste dispositivo é complexa polo seu tamaño e capacidade. Falando deste último, débese notar que son verdadeiramente diverso. Así, por exemplo, é posible frecuencia de operación varía de 10 Hz a 10 MHz. Noutras palabras, pode facer 10 millóns de mostras por segundo! E o propio dispositivo non é algo sólido, e ten unha construción modular da estrutura. Pero é xeralmente usado en aplicacións complexas en que precisa para traballar con un gran número de sinais.

conclusión

Como poden ver, ADCs inherentemente teñen diferentes principios de funcionamento. Isto nos permite seleccionar o dispositivo que ha satisfacer as necesidades resultantes e, así, permitir o uso razoable dos recursos dispoñibles.