העיקרון הכללי של הפעולה של ADCs

הבה נבחן את הטווח העיקרי של בעיות שניתן לייחס לעקרון הפעולה של ממירי אנלוגי לדיגיטלי מסוגים שונים. חשבון עוקב, איזון סיביות - מה מסתתר מאחורי המילים האלה? מהו העיקרון של המיקרו ADC? אלה, כמו גם מספר נושאים אחרים, נשקול במסגרת המאמר. אנו מקדישים את שלושת החלקים הראשונים לתיאוריה הכללית, ומתוך המשנה הרביעית נלמד את עיקרון עבודתם. אתה יכול לענות על תנאי ADC ו DAC בספרות שונים. עקרון הפעולה של מכשירים אלה הוא שונה במקצת, ולכן לא לבלבל אותם. לכן, המאמר ישקול את ההמרה של אותות מ טופס אנלוגי דיגיטלי, בעוד DAC עובד בכיוון ההפוך.

הגדרה

לפני שקול את העיקרון של ADC, בואו לגלות איזה סוג של מכשיר זה. ממירי אנלוגי לדיגיטלי הם מכשירים להמיר כמות פיזית לייצוג מספריים המקביל. כפרמטר ראשוני, כמעט כל דבר יכול לפעול: זרם, מתח, קיבול, התנגדות, זווית סיבוב פיר, תדר דופק, וכן הלאה. אבל כדי להיות בטוח, אנחנו רק לעבוד עם שינוי אחד. זהו "מתח קוד". הבחירה בפורמט זה אינה מקרית. אחרי הכל, ה- ADC (עקרון הפעולה של התקן זה) ותכונותיו תלויים במידה רבה במה משמש מושג המדידה. לפי זה נועד תהליך של השוואת ערך מסוים עם תקן הוקמה בעבר.

מאפייני ה- ADC

אלה העיקריים הם עומק קצת תדירות ההמרה. הראשון בא לידי ביטוי ביטים, והשני בא לידי ביטוי בספירות לשנייה. מודרני אנלוגי לדיגיטלי הממירים יכול להיות בעל קיבולת 24 סיביות או מהירות המרה, אשר מגיע יחידות GSPS. שים לב ADC יכול בו זמנית לספק לך רק אחד המאפיינים שלה. ככל הביצועים שלהם, קשה יותר לעבוד עם המכשיר, וזה עצמו יקר יותר. אבל את היתרון ניתן להשיג על ידי הספרות הדרושות, להקריב את המהירות של המכשיר.

סוגי ADCs

עקרון הפעולה משתנה בין קבוצות שונות של מכשירים. נשקול את הסוגים הבאים:

1. עם שינוי ישיר.
2. עם קירוב רצוף.
3. עם טרנספורמציה מקבילה.
4. ממיר אנלוגי-דיגיטלי עם איזון טעינה (דלתא-סיגמא).
5. שילוב ADCs.

ישנם סוגים רבים אחרים של מסוע ומשולב שיש להם מאפיינים מיוחדים משלהם עם ארכיטקטורות שונות. אבל דגימות אלה ייחשבו במסגרת המאמר הם בעלי עניין כי הם ממלאים תפקיד אינדיקציה בנישה שלהם של מכשירים ספציפיים זה. לכן, בואו ללמוד את העיקרון של ADC, כמו גם את התלות של המכשיר הפיזי.

ממיר אנלוגי-לדיגיטלי ישיר

הם הפכו פופולריים מאוד בשנות ה -60 של המאה הקודמת. בצורה של מעגלים משולבים מיוצרים מ 80. אלה מכשירים פשוטים מאוד, אפילו פרימיטיביים, שאינם יכולים להתפאר באינדיקטורים משמעותיים. עומק הסיביות שלהם הוא בדרך כלל 6-8 סיביות, ואת המהירות לעתים רחוקות עולה 1 GSPS.

עקרון הפעולה של ADC מסוג זה הוא כדלקמן: אות קלט הוא קלט בו זמנית את תשומות פלוס של comparators. המסופים השליליים מסופקים עם מתח בעל ערך מסוים. ואז ההתקן קובע את מצב ההפעלה שלו. זה נעשה בגלל המתח התייחסות. נניח שיש לנו מכשיר שבו יש 8 משווים. כאשר מתח הייחוס ½ מוחל, רק 4 מהם ייכללו. קודאי עדיפות יפיק קוד בינארי, אשר קבוע על ידי הפלט לרשום. לגבי היתרונות ואת demerits, ניתן לומר כי עקרון כזה של המבצע מאפשר יצירת מכשירים במהירות גבוהה. אבל כדי לקבל את היכולת הנדרשת קצת אתה צריך להזיע הרבה.

הנוסחה הכללית עבור מספר comparators נראה כך: 2 ^ N. תחת N, עליך להגדיר את מספר הספרות. הדוגמה שניתנה קודם לכן יכולה לשמש שוב: 2 ^ 3 = 8. סך של 8 comparators נדרשים כדי לקבל את הספרה השלישית. זהו העיקרון של ADC, אשר נוצרו הראשון. לא נוח מאוד, כך שלאחר מכן היו ארכיטקטורות אחרות.

אנלוגי לממירים דיגיטליים

כאן אנו משתמשים באלגוריתם "ניפוח". בקיצור, התקנים באמצעות טכניקה זו נקראים פשוט ADCs עבור ספירה רציפה. עקרון הפעולה הוא כדלקמן: המכשיר מודד את הערך של אות הכניסה, ולאחר מכן הוא משווה את המספרים שנוצרו על פי טכניקה מסוימת:

1. מחצית מתח ההתייחסות האפשרי נקבעת.
2. אם האות מתגבר על מגבלת הערך מנקודה # 1, אזי הוא משווה למספר שנמצא באמצע בין הערך הנותר. לכן, במקרה שלנו זה יהיה ¾ של מתח הייחוס. אם אות הייחוס אינו מגיע למדד זה, ההשוואה תבוצע עם החלק האחר של המרווח באותו אופן. בדוגמה זו, הוא ¼ של מתח הייחוס.
3. שלב 2 חייב לחזור על N פעמים, אשר ייתן לנו תוצאה H-bit. זאת בשל מספר ההשוואות של H.

עיקרון זה של הפעולה מאפשר לך להשיג מכשירים עם מהירות המרה גבוהה יחסית, אשר ADCs של קירוב רצוף. העיקרון של המבצע, כפי שאתה יכול לראות, הוא פשוט, מכשירים אלה הם מצוינים עבור מקרים שונים.

מקבילים אנלוגיים לדיגיטליים מקבילים

הם עובדים כמו מכשירים טוריים. הנוסחה לחישוב היא (2 ^ H) -1. עבור המקרה נחשב קודם לכן, אנחנו צריכים (2 ^ 3) -1 משווה. לצורך פעולה, נעשה שימוש במערך מסוים של התקנים אלה, שכל אחד מהם יכול להשוות את המתח ואת ערכי הייחוס הייחודיים. מקבילים אנלוגי לדיגיטלי מקבילים הם התקנים די מהר. אבל העיקרון של בניית מכשירים אלה הוא כזה כדי לשמור על הביצועים שלהם דורש כוח ניכר. לכן, לא מומלץ להשתמש בהם עם סוללה.

ממיר אנלוגי לדיגיטלי עם איזון סיביות

היא פועלת על פי תכנית דומה כמו המכשיר הקודם. לכן, על מנת להסביר את הפעולה של ADC של איזון סיביות, את העיקרון של העבודה למתחילים ייחשב ממש על האצבעות. בלב התקנים אלה היא תופעת הדיכוטומיה. כלומר, השוואה עקבית של הכמות הנמדדת עם חלק מסוים מהערך המקסימלי מבוצעת. ערכים ½, 1/8, 1/16 וכן הלאה ניתן לקחת. לכן, ממיר אנלוגי לדיגיטלי יכול לבצע את כל התהליך עבור איטרציות H (צעדים עוקבים). ו - H שווה רוחב ADC קצת (להסתכל על נוסחאות שניתנו בעבר). לכן, יש לנו רווח משמעותי בזמן, אם את המהירות של הטכניקה חשובה במיוחד. למרות המהירות הניכרת, התקנים אלה מאופיינים גם בשגיאה סטטית נמוכה.

ממירי אנלוגי-דיגיטליים בעלי איזון טעינה (delta-sigma)

זהו הסוג המעניין ביותר של המכשיר, לא פחות בגלל העיקרון התפעולי שלו. זה מורכב מהעובדה כי מתח הקלט מושווה עם מה שנצבר על ידי האינטגרטור. קטניות עם קוטביות שלילית או חיובית מוזנות לקלט (הכל תלוי בתוצאה של הפעולה הקודמת). לפיכך, ניתן לומר כי ממיר אנלוגי-דיגיטלי כזה הוא מערכת מעקב פשוטה. אבל זה רק כדוגמה להשוואה, אז אתה יכול להבין מה ADC דלתא סיגמא . העיקרון של הפעולה היא מערכת, אבל הפעולה היעילה של ממיר אנלוגי זה לדיגיטלי זה לא מספיק. התוצאה הסופית היא זרם אינסופי של יחידות אפסים שעובר LPF דיגיטלי. מבין אלה, רצף מסוים מסוים נוצר. יש הבחנה בין הממירים ADC של צווי הראשון והשני.

משולבים אנלוגי ממיר דיגיטלי

זהו המקרה המיוחד האחרון שיידון במסגרת הכתבה. הבא, נתאר את הפעולה של מכשירים אלה, אבל ברמה הכללית. ADC זה הוא ממיר אנלוגי לדיגיטלי עם דחיפה למשוך אינטגרציה. אתה יכול לפגוש מכשיר דומה דיגיטלי multimeter. וזה לא מפתיע, כי הם מספקים דיוק גבוהה באותו זמן לדכא רעש טוב.

עכשיו בואו להתמקד בעקרון העבודה שלו. זה מורכב כי קלט קלט את הקבל עבור זמן קבוע. בדרך כלל, תקופה זו היא יחידת תדר הרשת המפעילה את ההתקן (50 הרץ או 60 הרץ). זה יכול להיות גם מספר. לכן, רעש בתדר גבוה הוא מדוכא. יחד עם זאת, את ההשפעה של המתח הבלתי יציב של מקור הרשת של ייצור חשמל על דיוק של התוצאה הוא מפולס.

כאשר הזמן הטעינה של ממיר אנלוגי לדיגיטלי מסתיים, הקבל מתחיל לפרוק בקצב קבוע מסוים. הדלפק הפנימי של המכשיר סופר את מספר פעימות השעון שנוצרו במהלך תהליך זה. לפיכך, ככל שהזמן ארוך יותר, כך האינדיקטורים משמעותיים יותר.

ADCs של דחיפה למשוך אינטגרציה יש דיוק גבוהה ופתרון כוח. בשל כך, כמו גם מבנה פשוט יחסית של הבנייה, הם מבוצעים כמו שבבים. החיסרון העיקרי של עיקרון זה של העבודה הוא התלות במדד הרשת. זכור כי היכולות שלה קשורות למשך תקופת תדירות אספקת החשמל.

הנה איך ADC כפול אינטגרציה עובד. העיקרון של המבצע של המכשיר הזה, למרות שזה מורכב למדי, אבל זה מספק אינדיקטורים איכותיים. במקרים מסוימים, זה פשוט הכרחי.

בחר APC עם עיקרון העבודה שאנחנו צריכים

נניח שאנחנו עומדים בפני משימה מסוימת. כיצד לבחור מכשיר כך שהוא יכול לספק את כל הבקשות שלנו? ראשית, בואו לדבר על רזולוציה ודיוק. לעתים קרובות הם מבולבלים, אם כי בפועל הם תלויים מאוד חלש אחד מן השני. זכור כי 12-bit אנלוגי ל-ממיר דיגיטלי יכול להיות פחות דיוק מאשר 8 סיביות. במקרה זה, הרזולוציה היא מדד של כמה מקטעים ניתן לחלץ מתוך טווח הקלט של האות נמדד. אז, 8-bit ADCs יש 2 ⁸ = 256 יחידות כאלה.

הדיוק הוא הסטייה הכוללת של ההמרה הנובעת מהערך האידיאלי, שאמור להיות עבור מתח קלט נתון. כלומר, הפרמטר הראשון מאפיין את היכולות הפוטנציאליות של ה- ADC, והשני מראה את מה שיש לנו בפועל. לכן, אנו יכולים לגשת סוג פשוט (למשל, ישיר אנלוגי לדיגיטלי הממירים), אשר יספק את הצרכים בשל דיוק גבוהה.

על מנת לקבל מושג על מה שנדרש, תחילה עלינו לחשב את הפרמטרים הפיזיים ולבנות נוסחה מתמטית לאינטראקציה. חשוב בהם שגיאות סטטי ודינמי, כי בעת שימוש רכיבים שונים ועקרונות של בניית המכשיר, הם יהיו השפעות שונות על המאפיינים שלו. מידע מפורט יותר ניתן למצוא בתיעוד הטכני כי היצרן של כל מכשיר מסוים מציע.

דוגמה:

בואו נסתכל על ADC SC9711. עקרון הפעולה של מכשיר זה מסובך בשל גודלו ויכולותיו. אגב, מדברים על האחרון, יש לציין כי הם באמת מגוונים. כך, למשל, התדירות של טווחי עבודה אפשריים מ 10 הרץ עד 10 מגהרץ. במילים אחרות, הוא יכול לעשות 10 מיליון סעיפים לשנייה! וגם את המכשיר עצמו הוא לא משהו אינטגרלי, אבל יש מבנה מודולרי של הבנייה. אבל הוא משמש, ככלל, בטכניקה מורכבת, שבה יש צורך לעבוד עם מספר רב של אותות.

מסקנה

כפי שאתה יכול לראות, ADCs בעצם יש עקרונות שונים של עבודה. זה מאפשר לנו לבחור התקנים המספקים את הבקשות המתעוררות, ובמקביל לאפשר לנו להשתמש באמצעים זמינים בתבונה.