Algemeen principe van de werking van ADC

Laten we eens kijken naar de belangrijkste bereik van de problemen die kunnen worden toegeschreven aan het principe van de analoog-naar-digitaal-omzetters (ADC's) van verschillende types. Sequential account opeenvolgende balancing - wat er achter deze woorden? Wat is het werkingsprincipe van de ADC van de microcontroller? Deze en andere kwesties zullen in het kader van het artikel worden besproken. De eerste drie zal worden besteed aan de algemene theorie, en de vierde ondertitel zal bestuderen hoe ze werken. U kunt voldoen aan verschillende literatuur ADC en DAC voorwaarden. Het principe van de werking van deze apparaten is iets anders, zodat ze niet te verwarren. Aldus wordt het artikel als het omzetten van signalen van analoog naar digitaal, terwijl de DAC werkt omgekeerd.

definitie

Voordat wordt ingegaan op het principe van de ADC, laten we eens kijken wat het apparaat is. Analoog-digitaalomzetters zijn apparaten die de fysische grootheid wordt omgezet in een overeenkomstige numerieke weergave. stroom, spanning, capaciteit, weerstand tegen rotatie van de as, de hartslag, enzovoort - de eerste parameter kan bijna alles optreden. Maar om zekerheid te hebben, zullen wij samen met slechts een conversie. Deze "code spanning". De keuze van deze werkvorm is niet toevallig. Na de ADC (het werkingsprincipe van het apparaat) en de kenmerken zijn grotendeels afhankelijk van het soort meetconcept wordt gebruikt. Dit verwijst naar het proces van het vergelijken van een bepaalde waarde met een eerder vastgestelde standaard.

kenmerken ADC

De belangrijkste bit kan worden genoemd en het succespercentage. Eerst uitgedrukt in bits, en de tweede - in monsters per seconde. Modern analoog naar digitaal converters 24-bits of omzettingssnelheid, wat neerkomt op GSPS eenheden. Merk op dat de ADC u tegelijkertijd kunnen voorzien van het gebruik van slechts één van zijn kenmerken. Hoe groter hun prestaties, des te moeilijker om mee te werken met het apparaat, en het is duurder zelf. Maar het voordeel kan zijn om de nodige bitdiepte prestatie te verkrijgen door het opofferen van de snelheid van het instrument.

types ADC

Principe van de werking varieert tussen verschillende groepen apparaten. We beschouwen de volgende types:

1. Aangezien directe conversie.
2. Opeenvolgende benadering.
3. Met een parallelle transformatie.
4. Analoog-naar-digitaal converter met het in evenwicht brengen lading (delta-sigma).
5. Het integreren van ADC.

Er zijn vele andere soorten transporteur en gecombineerd, waarbij de specifieke eigenschappen van verschillende architectuur hebben. Maar die monsters, die in het kader van de artikelen zullen worden overwogen zijn van belang omdat zij een voorbeeldfunctie vervullen in zijn niche apparaten zoals specificiteit. Dus laten we het principe van de ADC, evenals de afhankelijkheid van het fysieke apparaat te onderzoeken.

Direct analoog naar digitaal converters

Ze zijn erg populair in de 60-70-er jaren van de vorige eeuw geworden. In de vorm van geïntegreerde schakelingen worden met 80. Het is heel eenvoudig, zelfs primitieve apparaten die niet kan bogen op significante cijfers. De capaciteit is typisch 6-8 bits en de snelheid zelden meer dan 1 GSPS.

Het werkingsprincipe van een dergelijke ADC is dat aan de positieve ingangen van comparatoren ingangssignaal tegelijk. Aan de negatieve pool spanning een bepaalde waarde. En dan bepaalt het apparaat de werking. Dit gebeurt door de referentiespanning. Laten we aannemen dat we een apparaat waarop 8 vergelijkers. Bij het voederen van ½ van de referentiespanning slechts 4 daarvan mogelijk. De prioriteit codeerinrichting gevormde binaire code, die uitgangsregister en vergrendelingen. Relatief sterke en zwakke punten kan worden gezegd dat dit beginsel van de operatie kunt u high-speed apparaten. Maar om het gewenste woord lengte te verkrijgen moet zwaar zweten.

De algemene formule voor het aantal comparators als volgt: 2 ^ N. Onder stikstof noodzakelijk is het aantal cijfers zetten. Bekeken vorige voorbeeld kan opnieuw worden gebruikt: 2 ^ 3 = 8. Subtotaal voor derde lozing moet 8 comparatoren. Dit is het principe van de ADC, die voor het eerst werden gecreëerd. Niet erg handig, dus later waren er ook andere architectuur.

Analoog-naar-digitaal omzetters, iteratieve benadering

algoritme "weging" wordt hier gebruikt. Verkorten toestellen die werken bij een dergelijke procedure, kortweg ADC opeenvolgende rekeningen. Het werkingsprincipe is als volgt: de inrichting wordt gemeten door het ingangssignaal, en dan vergeleken met de nummers die zijn gegenereerd volgens een bepaalde procedure:

1. Sets van mogelijke halve referentiespanning.
2. Als het signaal magnitude reis №1 overwinnen, wordt vergeleken met een getal dat halverwege de resterende waarde ligt. Dus, in ons geval zal het ¾ van de referentiespanning. Als het referentiesignaal kort van deze figuur valt, wordt de vergelijking gemaakt met een ander gedeelte van de ruimte volgens hetzelfde principe. In dit voorbeeld ¼ van de referentiespanning.
3. Stap 2 moeten n maal, waarbij wij de N bits van het resultaat te herhalen. Dit is te wijten aan het gedrag van N aantal vergelijkingen.

Dit principe van de inrichting maakt het mogelijk om te verkrijgen met relatief hoge succespercentage, waarbij opeenvolgende benadering ADC zijn. Het principe van de werking, zoals je kunt zien, eenvoudig, en deze apparaten zijn ideaal voor een verscheidenheid van gelegenheden.

Parallel analoog-digitaalomzetters

Ze werken als een serieel apparaat. Berekeningsformule - (2 ^ n) -1. Voor het geval eerder beschouwd, moeten we (2 ^ 3) -1 comparatoren. Voor bediening met een bepaalde reeks van deze inrichtingen, die elk de ingangs- en individuele referentiespanning vergelijkt. Parallel analoog-naar-digitaal-omzetters zijn vrij snel apparaten. Maar het principe van de bouw van deze apparaten is dat ter ondersteuning van hun efficiëntie vergt aanzienlijke macht. Daarom is hun gebruik in batterij-aangedreven ongepast.

Analoog-digitaalomzetter opeenvolgende balancing

Het werkt op een soortgelijke wijze als het vorige apparaat. Daarom, met het oog op de werking van opeenvolgende balancing ADC uit te leggen, het principe van de bediening voor beginners zal worden letterlijk beschouwd op de vingers. In deze apparaten gebaseerd op het fenomeen van de tweedeling. Met andere woorden, wordt de seriële vergelijking meetwaarde uitgevoerd met een bepaald gedeelte van de maximumwaarde. Kan nemen waarden ½, 1/8, 1/16 en ga zo maar door. Derhalve kan analoog-digitaalomzetter het proces van N iteraties (achtereenvolgende stappen) verricht. Waarbij N gelijk is aan het bit ADC (zie de eerder bovenstaande formules). Zo hebben we een aanzienlijke tijdwinst, als is het vooral belangrijk prestatie-techniek. Ondanks de aanzienlijke snelheid, worden deze inrichtingen ook gekenmerkt door lage statische fouten.

Analoog-digitaalomzetters met lading in balans (delta-sigma)

Het is de meest interessante type apparaat, vooral vanwege zijn werkingsprincipe. Bestaat, dat de ingangsspanningen vergeleken zodat de opgebouwde integrator. Zijn ingangspulsen met een negatieve of positieve polariteit (afhankelijk van het resultaat van de vorige bewerking). Zo kunnen we zeggen dat een dergelijke analoog-digitaalomzetter is een eenvoudig volgsysteem. Maar dit is slechts een voorbeeld ter vergelijking, zodat u kunt begrijpen wat de delta-sigma ADC. Principe van de werking systeem, maar voor de effectieve werking van de analoog-naar-digitaal converter is niet genoeg. Het eindresultaat is een eindeloze stroom van enen en nullen, die gaat door een digitaal laagdoorlaatfilter. Zij in een bepaalde bitreeks. Onderscheid ADC omzetters van de eerste en tweede orde.

Integratie van analoog-naar-digitaal converter

Dit is een speciaal geval van de laatste, welke als deel van het voorwerp worden beschouwd. Vervolgens zullen we de werking van deze apparaten te beschrijven, maar op een algemeen niveau. Dit ADC analoog-digitaalomzetter met push-pull integratie. Om een dergelijk apparaat te voldoen kan een digitale multimeter. En dit is niet verwonderlijk, omdat ze hoge nauwkeurigheid en tegelijkertijd goed te onderdrukken interferentie.

Laten we nu focussen op het principe van de exploitatie. Het ligt in het feit dat de ingangscondensator opgeladen gedurende een vaste tijd. Kenmerkend is deze periode een van de netfrequentie welke bevoegdheden de inrichting (50 Hz of 60 Hz). Het kan ook een meervoudig zijn. Aldus wordt hoogfrequente ruis onderdrukt. Tegelijkertijd genivelleerd invloed onstabiel voltage bron van elektriciteit op de nauwkeurigheid van het resultaat.

Wanneer de laadtijd eindigt analoog-digitaalomzetter, de condensator begint te ontladen met een bepaalde vaste snelheid. Interne teller toestel telt het aantal klokpulsen die worden gevormd tijdens dit proces. Dus, hoe langer het tijdsinterval, hoe groter de prestaties.

ADC tweetakt integratie hebben een hoge nauwkeurigheid en resolutie. Hierdoor evenals de bouw van een betrekkelijk eenvoudige structuur, worden ze uitgevoerd als een chip. Het belangrijkste nadeel van een dergelijk principe van het werk - afhankelijk van de prestaties van het netwerk. Vergeet niet dat de mogelijkheden worden gekoppeld aan de duur van de frequentie voeding.

Hier is hoe de ADC dubbele integratie. Het principe van de werking van het apparaat, zelfs al is het vrij complex, maar het biedt de kwaliteitsindicatoren. In sommige gevallen is dit gewoon onmisbaar.

Kies APC ons met de nodige principe van

Laten we zeggen, worden we geconfronteerd met een specifieke taak. Die om het apparaat te kiezen, zodat het al onze behoeften kan voldoen? Ten eerste, laten we praten over de resolutie en nauwkeurigheid. Heel vaak zijn ze in de war, hoewel ze in de praktijk zijn zeer zwak afhankelijk is van de tweede. Merk op dat de 12-bit analoog-digitaalomzetter minder nauwkeurig dan de 8-bit zijn. Daarbij resolutie - is een maat voor de hoeveelheid segmenten om het meetsignaal invoerbereik worden toegewezen. Aldus 8-bits ADC bezitten augustus ² = 256 dergelijke eenheden.

Nauwkeurigheid - is de totale omzetting verkregen resultaat afwijking van de ideale waarden, die moet worden op een gegeven ingangsspanning. Dat wil zeggen, de eerste parameter karakteriseert het potentieel dat de ADC heeft, en de tweede laat zien wat we in de praktijk. Daarom kunnen we opvoeren en eenvoudiger type (bijvoorbeeld direct analoog-digitaalomzetters), die voldoen aan de door de hoge nauwkeurigheidseisen.

Om een idee wat er nodig is om te beginnen met de fysische parameters berekenen en bouwen van een wiskundige formule interactie. Belangrijk zij zijn statische en dynamische fouten, omdat bij het gebruik van de verschillende onderdelen en beginselen van de bouw van het toestel zullen ze een verschillende invloed op de werking hebben. Meer gedetailleerde informatie is te vinden in de technische documentatie die door de fabrikant van elk specifiek apparaat.

voorbeeld

Laten we eens kijken naar de ADC SC9711. Het werkingsprincipe van deze inrichting is complex vanwege de grootte en capaciteit. Spreken van de laatste, moet worden opgemerkt dat ze zijn echt divers. Dus bijvoorbeeld mogelijk werkfrequentie varieert van 10 Hz tot 10 MHz. Met andere woorden, het kan 10 miljoen samples per seconde te maken! En het apparaat zelf niet iets solide, en een modulaire opbouw van de constructie. Maar het wordt meestal gebruikt in complexe toepassingen waar je nodig hebt om te werken met een groot aantal signalen.

conclusie

Zoals u kunt zien, ADC's hebben inherent verschillende werkingsprincipes. Dit laat ons toe om het apparaat dat zal voldoen aan behoeften die zich aandienen en dus redelijk gebruik van de beschikbare middelen mogelijk te maken te selecteren.