princípio geral de operação do ADC

Vamos olhar para a principal série de questões que podem ser atribuídos ao princípio das analógico-digitais conversores (ADCs) de diferentes tipos. conta, sucessivamente, balanceamento de sucessivos – o que está por trás dessas palavras? Qual é o princípio de funcionamento do ADC do microcontrolador? Estas e outras questões serão discutidas no âmbito do artigo. Os três primeiros serão dedicados à teoria geral, ea quarta Legendas vai estudar como eles funcionam. Você pode encontrar vários termos ADC literatura e DAC. O princípio de funcionamento destes dispositivos é ligeiramente diferente, por isso não confundi-los. Assim, o artigo será considerado a conversão de sinais de analógico para digital, enquanto o DAC funciona em sentido inverso.

definição

Antes de considerar o princípio da ADC, vamos descobrir o que é o dispositivo. Conversores de analógico para digital são dispositivos que a quantidade física é convertido em uma representação numérica correspondente. O parâmetro inicial pode actuar quase nada – corrente, a tensão, a capacitância, a resistência, a rotação do eixo, a taxa de pulsação e assim por diante. Mas para ter certeza, vamos trabalhar com apenas uma conversão. Esta "tensão código". A escolha deste formato de trabalho não é acidental. Após a ADC (o princípio de funcionamento deste dispositivo) e suas características dependem em grande medida o tipo de conceito de medição é usado. Este refere-se ao processo de comparação de um determinado valor, com um padrão previamente estabelecido.

características ADC

A principal bit pode ser chamado, e a taxa de conversão. Primeiro expressa em bits, e o segundo – em amostras de um segundo. conversores modernos analógico-para-digital pode ter 24 bits ou a velocidade de conversão, o qual trata de unidades GSPS. Note que o ADC pode, simultaneamente, fornecer-lhe com o uso de apenas uma das suas características. Quanto maior o seu desempenho, o mais difícil trabalhar com o dispositivo, e é-se mais caro. Mas o benefício pode ser para obter o desempenho profundidade de bits necessário, sacrificar a velocidade do instrumento.

tipos ADC

Modo de trabalho varia entre diferentes grupos de dispositivos. Consideramos os seguintes tipos:

1. Desde a conversão direta.
2. Com aproximação sucessiva.
3. Com uma transformação paralelo.
4. conversor analógico-digital com uma carga balanceamento (delta-sigma).
5. Integração ADC.

Existem muitos outros tipos de transporte e combinado, que têm suas próprias características especiais de arquitetura diferente. Mas essas amostras, que serão consideradas no âmbito de artigos são de interesse porque eles desempenham um papel exemplar em seus dispositivos de nicho, especificidade. Por isso, vamos examinar o princípio da ADC, bem como a sua dependência do dispositivo físico.

analógica direta aos conversores digitais

Eles tornaram-se bastante popular nos 60-70-s do século passado. Sob a forma de circuitos integrados são produzidos com 80s. É muito simples, até mesmo dispositivos primitivos que não podem gabar-se de algarismos significativos. A sua capacidade é tipicamente 6-8 pedaços, e a velocidade raramente excede 1 GSPS.

O princípio de operação deste tipo de ADC é que nas entradas de sinal de entrada, mais comparadores simultaneamente. Pela tensão no terminal negativo é um determinado valor. E, em seguida, o dispositivo determina o seu funcionamento. Isso é feito graças à tensão de referência. Vamos supor que temos um dispositivo onde 8 comparadores. Ao alimentar ½ da tensão de referência é apenas 4 delas activada. O codificador de prioridade formada código binário, que é registro de saída e travas. pontos fortes e fracos pode ser dito que este princípio de operação permite criar dispositivos de alta velocidade. Mas para obter o comprimento palavra desejada tem que suar muito.

A fórmula geral para o número de comparadores é como se segue: 2 ^ N. Sob N é necessária para colocar o número de dígitos. Visto exemplo anterior pode ser utilizado de novo: 2 ^ 3 = 8. Subtotal para terceira descarga deve ser de 8 comparadores. Este é o princípio da ADC, que foram criados em primeiro lugar. Não muito conveniente, então, posteriormente, houve outra arquitetura.

Analógico-digitais conversores, aproximação sucessiva

algoritmo "ponderação" é usado aqui. Encurtar equipamentos que funcionem a tal procedimento, referido simplesmente como ADC contas sucessivas. O princípio de funcionamento é o seguinte: o dispositivo é medida pelo sinal de entrada, e, em seguida, ele é comparado com os números, que são geradas de acordo com um determinado procedimento:

1. Conjuntos de possíveis metade da tensão de referência.
2. Se o limite de magnitude do sinal superar viagem №1, ele é comparado com um número que fica a meio caminho entre o valor restante. Então, no nosso caso será ¾ da tensão de referência. Se o sinal de referência for inferior desta figura, a comparação vai ser conduzido com uma outra porção do intervalo pelo mesmo princípio. Neste exemplo, ¼ da tensão de referência.
3. Passo 2 deve ser repetido n vezes, o que nos dão os bits de N do resultado. Isto é devido à conduta de número N de comparações.

Este princípio do aparelho permite a obtenção, com alta taxa de conversão relativa, que são sucessivas ADCs de aproximação. O princípio de funcionamento, como você pode ver, simples, e esses dispositivos são ideais para uma variedade de ocasiões.

Paralelo analógico-digitais conversores

Eles funcionam como um dispositivo serial. fórmula de cálculo – (2 ^ n) -1. Para o caso anteriormente considerado, precisamos de (2 ^ 3) -1 comparadores. Para a operação usando uma matriz específica destes dispositivos, cada um dos quais pode comparar a entrada e tensão de referência individual. conversores paralelas analógico-digitais são dispositivos bastante rápido. Mas o princípio da construção destes dispositivos é que para suportar a sua eficiência requer um poder significativo. Portanto, seu uso na bateria potência inadequada.

Analógico-digital conversor com balanceamento sucessiva

Ela opera em uma maneira similar como o dispositivo anterior. Portanto, a fim de explicar o funcionamento do sucessiva ADC equilíbrio, o princípio de funcionamento para iniciantes será considerado literalmente nos dedos. Nestes dispositivos baseados no fenômeno da dicotomia. Em outras palavras, a comparação em série é levada a cabo valor medido com uma determinada parte do valor máximo. Pode assumir valores ½, 1/8, 1/16 e assim por diante. Por isso, o conversor analógico-para-digital pode realizar o processo de iterações N (passos sucessivos). Em que n é igual a ADC bit (olhar para as fórmulas anteriormente acima). Assim, temos um ganho considerável de tempo, se é técnica de execução especialmente importante. Apesar da velocidade considerável, estes dispositivos são também caracterizados pela baixa erro estático.

Analógico-digitais conversores com balanceamento de carga (delta-sigma)

É o tipo mais interessante de dispositivo, não menos importante devido ao seu princípio de funcionamento. Ele consiste no facto das tensões de entrada são comparados para que o integrador acumulado. São impulsos de entrada com uma polaridade negativa ou positiva (que depende do resultado da operação anterior). Assim, podemos dizer que um conversor tais analógico-digital é um sistema de rastreamento simples. Mas este é apenas um exemplo para comparação, para que você possa entender o que o delta-sigma ADC. Princípio do sistema de operação, mas para o funcionamento eficaz do conversor analógico-digital não é suficiente. O resultado final é uma corrente sem fim de uns e zeros, que passa por um filtro passa-baixo digital. Eles formam uma sequência de bits determinada. Distinguir conversores ADC da primeira e segunda ordem.

Integrando analógico-digital conversor

Este é um caso especial deste último, que será considerado como parte do artigo. Em seguida, vamos descrever o funcionamento desses dispositivos, mas em um nível geral. Este ADC é analógico-digital conversor com integração push-pull. Para atender a um tal dispositivo pode ser um multímetro digital. E isso não é surpreendente, porque eles fornecem alta precisão e ao mesmo tempo bem suprimir a interferência.

Agora vamos nos concentrar em seu princípio de funcionamento. Encontra-se no fato de que o capacitor de entrada é cobrado por um tempo fixo. Tipicamente, este período é uma da frequência da rede que alimenta o dispositivo (50 Hz ou 60 Hz). Ele também pode ser um múltiplo. Deste modo, o ruído de alta frequência é suprimida. Simultaneamente nivelado influência instável fonte de tensão de energia elétrica na precisão do resultado.

Quando o tempo de carga termina conversor analógico-digital, o condensador começa a descarregar com uma velocidade fixa em particular. dispositivo contador interno conta o número de impulsos de relógio que são gerados durante este processo. Assim, quanto maior o intervalo de tempo, maior será o desempenho.

integração dois tempos ADC tem alta precisão e resolução. Devido a isso, bem como a construção de uma estrutura relativamente simples, eles são executados como um chip. A principal desvantagem de um tal princípio do trabalho – dependendo do desempenho da rede. Lembre-se que suas capacidades estão ligadas à duração do período de fornecimento de energia de frequência.

Veja como a dupla integração ADC. O princípio de funcionamento do dispositivo mesmo que ele é bastante complexo, mas fornece os indicadores de qualidade. Em alguns casos, isso é simplesmente indispensável.

Escolha APC-nos com o princípio necessário de

Vamos dizer, somos confrontados com uma tarefa específica. Que para escolher o dispositivo para que ele possa atender todas as nossas necessidades? Primeiro, vamos falar sobre a resolução e precisão. Muitas vezes eles estão confusos, embora na prática eles são muito fracamente dependente do segundo. Note-se que 12-bit analógico-digital conversor pode ser menos preciso do que o 8-bit. Neste caso, a resolução – é uma medida da quantidade de segmentos pode ser alocado para a gama de entrada de sinal medido. Assim, 8-bit ADC possuem Agosto ^2, = 256 de tais unidades.

Precisão – é o resultado da conversão total obtido desvio em relação aos valores ideais, que devem estar a uma determinada tensão de entrada. Ou seja, o primeiro parâmetro caracteriza o potencial que tem o ADC, ea segunda mostra o que temos em prática. Portanto, podemos acelerar e tipo mais simples (por exemplo, analógico-digitais conversores diretos), que vai atender aos requisitos devido à sua alta precisão.

Para se ter uma idéia do que é preciso para começar a calcular os parâmetros físicos e construir uma fórmula matemática de interação. Eles são importantes erros estáticos e dinâmicos, porque ao usar os vários componentes e princípios de construção do dispositivo terão um impacto diferente sobre o seu desempenho. Mais informações detalhadas podem ser encontradas na documentação técnica oferecida pelo fabricante de cada dispositivo específico.

exemplo

Vamos olhar para o SC9711 ADC. O princípio de funcionamento deste dispositivo é complexa por causa de seu tamanho e capacidade. Falando deste último, deve-se notar que eles são verdadeiramente diverso. Assim, por exemplo, possível frequência de operação varia de 10 Hz a 10 MHz. Em outras palavras, ele pode fazer 10 milhões de amostras por segundo! E o próprio dispositivo não é algo sólido, e tem uma construção modular da estrutura. Mas é geralmente usado em aplicações complexas em que você precisa para trabalhar com um grande número de sinais.

conclusão

Como você pode ver, ADCs inerentemente têm diferentes princípios de funcionamento. Isso nos permite selecionar o dispositivo que irá satisfazer as necessidades resultantes e, assim, permitir o uso razoável dos recursos disponíveis.