- Kas yra nuoseklus priartinimo ADC?
- Eilinio artinimo ADC darbas
- Konversijos laikas, greitis ir nuoseklaus artinimo ADC skiriamoji geba
- Sėkmingo aproksimavimo ADC pranašumai ir trūkumai
- SAR ADC programos
„ Analog to Digital Converter“ (ADC) yra tam tikro tipo prietaisas, padedantis apdoroti chaotiškus realaus pasaulio duomenis skaitmeniniu požiūriu. Norint suprasti realaus pasaulio duomenis, tokius kaip temperatūra, drėgmė, slėgis, padėtis, mums reikia keitiklių, kurie visi matuoja tam tikrus parametrus ir suteikia mums atgalinį elektros signalą įtampos ir srovės pavidalu. Kadangi dauguma mūsų prietaisų šiais laikais yra skaitmeniniai, būtina juos paversti skaitmeniniais signalais. Čia yra ADC, nors ten yra daug įvairių ADC tipų, tačiau šiame straipsnyje mes kalbėsime apie vieną iš dažniausiai naudojamų ADC tipų, kurie yra žinomi kaip nuoseklus apytikslis ADC. Ankstyvame straipsnyje mes kalbėjome apie ADC pagrindą, pasitelkdami „Arduino“, galite tai patikrinti, jei esate naujokas elektronikoje ir norite sužinoti daugiau apie ADC.
Kas yra nuoseklus priartinimo ADC?
Sėkmingas apytikslis ADC yra pasirinktas ADC pigių vidutinės ir didelės skiriamosios gebos programoms, SAR ADC skiriamoji geba svyruoja nuo 8 iki 18 bitų, o mėginių greitis siekia iki 5 mega mėginių per sekundę (Msps). Be to, jis gali būti sukonstruotas mažu formos koeficientu su mažu energijos suvartojimu, todėl šio tipo ADC naudojamas nešiojamiesiems su baterijomis varomiems instrumentams.
Kaip galima suprasti iš pavadinimo, ši ADC taiko dvejetainį paieškos algoritmą reikšmėms konvertuoti, todėl vidinė grandinė gali veikti keliais MHZ, tačiau tikrasis atrankos dažnis yra daug mažesnis dėl nuoseklaus aproksimavimo algoritmo. Apie tai plačiau aptarsime vėliau šiame straipsnyje.
Eilinio artinimo ADC darbas
Viršelio paveikslėlyje parodyta pagrindinė nuosekli ADC grandinė. Tačiau norėdami šiek tiek geriau suprasti darbo principą, naudosime 4 bitų versiją. Žemiau pateiktame paveikslėlyje tiksliai parodyta.
Kaip matote, šį ADC sudaro lygintuvas, skaitmeninis į analoginį keitiklį ir nuoseklus aproksimacijos registras kartu su valdymo grandine. Dabar, kai tik prasideda naujas pokalbis, imties ir palaikymo grandinė ima įvesties signalą. Tas signalas lyginamas su specifiniu DAC išėjimo signalu.
Tarkime, atrinktas įvesties signalas yra 5,8 V. ADC nuoroda yra 10V. Prasidėjus konvertavimui, nuoseklus aproksimacijos registras nustato reikšmingiausią bitą į 1, o visi kiti bitai - į nulį. Tai reiškia, kad vertė tampa 1, 0, 0, 0, o tai reiškia, kad esant 10 V etaloninei įtampai, DAC sukurs 5 V vertę, kuri yra pusė etaloninės įtampos. Dabar ši įtampa bus lyginama su įėjimo įtampa ir, remiantis palyginamuoju išėjimu, bus pakeista nuoseklaus aproksimavimo registro išvestis. Žemiau pateiktas paveikslėlis tai paaiškins labiau. Be to, galite ieškoti bendros nuorodų lentelės, kad gautumėte daugiau informacijos apie DAC. Anksčiau mes sukūrėme daug ADC ir DAC projektų. Jei norite gauti daugiau informacijos, galite juos patikrinti.
Tai reiškia, kad jei „Vin“ yra didesnis nei DAC išvestis, reikšmingiausias bitas liks toks, koks yra, ir kitas bitas bus nustatytas naujam palyginimui. Priešingu atveju, jei įėjimo įtampa yra mažesnė už DAC vertę, reikšmingiausias bitas bus nustatytas į nulį, o kitas bitas bus nustatytas į 1 naujam palyginimui. Dabar, jei matote žemiau esantį vaizdą, DAC įtampa yra 5 V, o kadangi ji yra mažesnė už įėjimo įtampą, kitas bitas prieš svarbiausią bitą bus nustatytas į vieną, o kiti bitai bus nustatyti į nulį, šis procesas tęsis tol, kol arčiausiai įėjimo įtampos pasiekiama vertė.
Štai kaip vienas po kito einantis artinimas ADC keičia po 1 bitą, kad nustatytų įėjimo įtampą ir gautų išėjimo vertę. Nepaisant to, kokia reikšmė gali būti keturiuose pasikartojimuose, išvesties skaitmeninį kodą gausime iš įvesties vertės. Galiausiai, žemiau parodytas visų galimų derinių, skirtų keturių bitų nuosekliam apytiksliam ADC deriniui, sąrašas.
Konversijos laikas, greitis ir nuoseklaus artinimo ADC skiriamoji geba
Konversijos laikas:
Apskritai galime sakyti, kad N bitų ADC atveju reikės N laikrodžio ciklų, o tai reiškia, kad šio ADC konversijos laikas
Tc = N x Tclk
* Tc yra trumpas konversijos laikas.
Skirtingai nuo kitų ADC, šio ADC konversijos laikas nepriklauso nuo įėjimo įtampos.
Kadangi mes naudojame 4 bitų ADC, kad išvengtume pabloginimo efektų, turime paimti mėginį po 4 paeiliui einančio laikrodžio impulsų.
Konversijos greitis:
Tipiškas tokio tipo ADC konversijos greitis yra maždaug 2–5 mega mėginiai per sekundę (MSPS), tačiau yra keli, kurie gali pasiekti iki 10 (MSPS). Pavyzdys galėtų būti „Linear Technologies“ LTC2378.
Rezoliucija:
Šio tipo ADC skiriamoji geba gali būti maždaug 8 - 16 bitų, tačiau kai kurie tipai gali siekti iki 20 bitų, pavyzdžiui, „Analog Devices“ gali būti ADS8900B.
Sėkmingo aproksimavimo ADC pranašumai ir trūkumai
Šio tipo ADC turi daug pranašumų prieš kitus. Jis pasižymi dideliu tikslumu ir mažu energijos suvartojimu, tuo tarpu jį lengva naudoti ir mažas delsos laikas. Delsos laikas yra signalo gavimo pradžios laikas ir laikas, kai duomenis galima gauti iš ADC, paprastai šis delsos laikas apibrėžiamas sekundėmis. Tačiau kai kurie duomenų lapai šį parametrą nurodo kaip konversijos ciklus, konkrečiame ADC, jei duomenis galima gauti per vieną konversijos ciklą, galime sakyti, kad jis turi vieną pokalbio ciklo vėlavimą. Ir jei duomenys pasiekiami po N ciklų, galime sakyti, kad jie turi vieną konversijos ciklo vėlavimą. Pagrindinis SAR ADC trūkumas yra jo sudėtingumas ir gamybos sąnaudos.
SAR ADC programos
Kadangi tai yra dažniausiai naudojamas ADC, jis naudojamas daugeliui programų, pavyzdžiui, biomedicinos prietaisų, kuriuos galima implantuoti pacientui, naudojimui, tokio tipo ADC yra naudojami, nes jis sunaudoja labai mažai energijos. Be to, daugelis išmaniųjų laikrodžių ir jutiklių naudojo tokio tipo ADC.
Apibendrinant galime pasakyti, kad pagrindiniai šio tipo ADC privalumai yra mažas energijos suvartojimas, didelė skiriamoji geba, mažas formos koeficientas ir tikslumas. Dėl tokio tipo simbolių jis tinka integruotoms sistemoms. Pagrindinis apribojimas gali būti jo mažas mėginių ėmimo dažnis ir dalys, reikalingos šiam ADC, kuris yra DAC, ir palyginimo, sukūrimui, kad abu tikslūs rezultatai turėtų veikti labai tiksliai.