Egwyddor gyffredinol o weithrediad ADC

Gadewch i ni edrych ar y prif amrywiaeth o faterion y gellir eu priodoli i egwyddor y converters analog-i-ddigidol (ADC) o wahanol fathau. cyfrif Dilyniannol, cydbwyso olynol - beth sydd wrth wraidd y geiriau hyn? Beth yw'r egwyddor sy'n gweithio o ADC y microcontroller? Bydd y rhain a materion eraill yn cael eu trafod yn y fframwaith yr erthygl. Mae'r tri cyntaf yn cael ei neilltuo ar gyfer y theori gyffredinol, a bydd y pedwerydd is-deitl yn astudio sut maent yn gweithio. Gallwch gwrdd amrywiol dermau ADC llenyddiaeth a DAC. Mae'r egwyddor o weithredu o'r dyfeisiadau hyn ychydig yn wahanol, felly peidiwch â'u drysu. Felly, bydd yr erthygl yn cael ei ystyried trosi signalau o analog i ddigidol, tra bod y DAC yn gweithio o chwith.

diffiniad

Cyn ystyried yr egwyddor y ADC, gadewch i ni gael gwybod beth y ddyfais yn. Analog i converters digidol yn ddyfeisiau fod y maint corfforol yn cael ei drawsnewid i mewn i gynrychiolaeth rhifol cyfatebol. Gall y paramedr cyntaf yn gweithredu bron unrhyw beth - cerrynt, foltedd, cynhwysiant, gwrthwynebiad, a cylchdroi y siafft, y gyfradd curiad y galon ac yn y blaen. Ond er mwyn cael sicrwydd, byddwn yn gweithio gyda dim ond un trosi. Mae hyn yn "cod foltedd". Nid yw'r dewis o fformat y gwaith hwn yn ddamweiniol. Ar ôl y ADC (yr egwyddor o weithredu o ddyfais hon) a'i nodweddion yn dibynnu i raddau helaeth ar ba fath o gysyniad mesur yn cael ei ddefnyddio. Mae hyn yn cyfeirio at y broses o gymharu werth penodol gyda safon a sefydlwyd eisoes.

nodweddion ADC

Gall y prif bit yn cael eu galw, ac mae'r gyfradd trosi. a fynegir yn Gyntaf yn ddarnau, a'r ail - yn y samplau eiliad. Gall converters analog-i-ddigidol modern 24-bit neu gyflymder trosi, sy'n dod ag unedau GSPS. Noder y gall y ADC ar yr un pryd yn rhoi i chi ddefnyddio dim ond un o'i nodweddion. Po fwyaf eu perfformiad, y mwyaf anodd i weithio gyda'r ddyfais, ac mae'n ddrutach ei hun. Ond efallai y bydd y budd-dal fydd i gael y perfformiad bit dyfnder angenrheidiol drwy aberthu cyflymder yr offeryn.

mathau o ADC

Egwyddor o weithredu yn amrywio ymhlith gwahanol grwpiau o ddyfeisiau. Rydym yn ystyried y mathau canlynol:

1. Ers trosi uniongyrchol.
2. Gyda brasamcan olynol.
3. Gyda trawsnewid cyfochrog.
4. trawsnewidydd analog-i-ddigidol gydag dâl mantoli (delta-sigma).
5. Integreiddio ADC.

Mae llawer o fathau eraill o cludo a gyda'i gilydd, oedd yn cael eu nodweddion arbennig eu hunain o bensaernïaeth gwahanol. Ond y samplau hynny, a fydd yn cael eu hystyried yn y fframwaith o erthyglau o ddiddordeb am eu bod yn chwarae rhan rhagorol yn ei dyfeisiau arbenigol penodoldeb o'r fath. Felly, gadewch i ni edrych ar yr egwyddor y ADC, yn ogystal â'i ddibyniaeth ar y ddyfais gorfforol.

analog uniongyrchol i converters digidol

Maent wedi dod yn eithaf poblogaidd yn y 60-70-au y ganrif ddiwethaf. Ar ffurf cylchedau integredig yn cael eu cynhyrchu gyda 80au. Mae'n syml iawn, hyd yn oed dyfeisiau cyntefig na ellir brolio o ffigurau ystyrlon. Mae eu gallu yn nodweddiadol 6-8 darnau, ac yn anaml iawn y cyflymder yn uwch na 1 GSPS.

Mae'r egwyddor o weithredu o'r math hwn o ADC yw bod ar y mewnbynnau a mwy o gymaryddion signal mewnbwn ar yr un pryd. Ar y foltedd derfynell negatif yn werth penodol. Ac yna y ddyfais yn penderfynu ei weithrediad. Gwneir hyn diolch i'r cyfeiriad foltedd. Gadewch i ni dybio bod gennym dyfais lle 8 cymaryddion. Wrth fwydo ½ o'r cyfeiriad foltedd ei alluogi dim ond 4 ohonynt. Mae'r encoder blaenoriaeth a ffurfiwyd cod deuaidd, sef cofrestr allbwn a gliciedau. Gall cryfderau a gwendidau cymharol fod yn dweud bod yr egwyddor hon o weithredu yn eich galluogi i greu dyfeisiau cyflym. Ond i gael hyd geiriau gofynnol wedi i chwysu drwm.

Mae'r fformiwla gyffredinol ar gyfer y nifer o gymaryddion fel a ganlyn: 2 ^ N. Dan N yn angenrheidiol i roi'r nifer o ddigidau. Gall enghraifft flaenorol weld yn cael ei ddefnyddio unwaith eto: 2 ^ 3 = 8. Mae'n rhaid i Is-gyfanswm ar gyfer trydydd rhyddhau fod yn 8 gymaryddion. Mae hyn yn egwyddor yr ADC, a grëwyd yn gyntaf. Ddim yn gyfleus iawn, felly ar ôl hynny, roedd pensaernïaeth eraill.

Analog-i-ddigidol converters, brasamcan olynol

algorithm "pwysoliad" yn cael ei ddefnyddio yma. Cwtogi dyfeisiau sy'n gweithredu ar gweithdrefn o'r fath, y cyfeirir ato yn syml fel ADC biliau olynol. Mae'r egwyddor o weithredu fel a ganlyn: y ddyfais yn cael ei fesur gan y signal mewnbwn, ac yna mae'n cael ei gymharu â'r niferoedd, sy'n cael eu cynhyrchu yn unol â gweithdrefn benodol:

1. Setiau o hanner posibl cyfeirnod foltedd.
2. Os bydd y terfyn maint signal oresgyn daith №1, mae'n cael ei gymharu gyda nifer sy'n gorwedd hanner ffordd rhwng y gwerth sy'n weddill. Felly, yn ein hachos ni, bydd yn ¾ y cyfeiriad foltedd. Os bydd y signal cyfeirio yn cyrraedd y ffigur hwn, bydd y gymhariaeth yn cael ei gynnal gyda dogn arall y cyfwng gan yr un egwyddor. Yn yr enghraifft hon, ¼ cyfeirnod foltedd.
3. Rhaid Cam 2 yn cael ei ailadrodd amseroedd n, a fydd yn rhoi N darnau y canlyniad ni. Mae hyn yn ganlyniad i ymddygiad N nifer o gymariaethau.

Mae'r egwyddor hon o'r cyfarpar caniatáu i gael gyda chyfradd trosi uchel cymharol, sef ADC brasamcan olynol. Mae'r egwyddor o weithredu, fel y gwelwch, yn syml, a dyfeisiau hyn yn ddelfrydol ar gyfer amrywiaeth o achlysuron.

Cyfochrog analog-i-ddigidol converters

Maent yn gweithio fel dyfais cyfresol. fformiwla Cyfrifo - (2 ^ n) -1. Ar gyfer yr achos a ystyriwyd yn flaenorol, mae angen (2 ^ 3) -1 cymaryddion. I gael llawdriniaeth gan ddefnyddio amrywiaeth penodol o dyfeisiau hyn, gall pob un ohonynt cymharu mewnbwn a foltedd cyfeirio unigol. converters Paralel analog-i-ddigidol yn ddyfeisiau eithaf cyflym. Ond mae'r egwyddor o adeiladu o'r dyfeisiadau hyn yw bod i gefnogi ei gwneud yn ofynnol eu heffeithlonrwydd ynni sylweddol. Felly, mae eu defnydd mewn batri-powered amhriodol.

Analog-i-ddigidol trawsnewidydd gyda gydbwyso olynol

Mae'n gweithredu ar ffordd debyg fel y ddyfais blaenorol. Felly, er mwyn egluro gweithrediad ADC gydbwyso olynol, mae'r egwyddor o weithredu ar gyfer dechreuwyr yn cael eu hystyried yn llythrennol ar y bysedd. Yn y dyfeisiau hyn yn seiliedig ar y ffenomen y ddeuoliaeth. Mewn geiriau eraill, mae'r gymhariaeth cyfresol yn cael ei wneud werth fesur gyda rhan benodol o'r gwerth mwyaf posibl. A all gymryd gwerthoedd ½, 1/8, 1/16 ac yn y blaen. Felly, gall analog-i-ddigidol trawsnewidydd perfformio y broses ar gyfer N iteriadau (camau olynol). Wherein N hafal i bit ADC (edrychwch ar y fformiwlâu uchod yn flaenorol). Felly, mae gennym ennill sylweddol o ran amser, os yw'n dechneg perfformiad arbennig o bwysig. Er gwaethaf y cyflymder sylweddol, dyfeisiau hyn hefyd yn cael eu nodweddu gan gamgymeriad sefydlog isel.

Analog-i-ddigidol converters gyda dâl mantoli (delta-sigma)

Dyma'r math mwyaf diddorol o ddyfais, nid lleiaf oherwydd ei egwyddor gweithredu. Mae'n cynnwys gan fod y folteddau mewnbwn yn cael eu cymharu er mwyn i'r integreiddiwr cronedig. A yw corbys mewnbwn gyda polaredd negyddol neu gadarnhaol (mae'n dibynnu ar ganlyniad y llawdriniaeth flaenorol). Felly, gallwn ddweud bod trawsnewidydd fath analog-i-ddigidol yn system tracio syml. Ond mae hyn yn unig yw enghraifft ar gyfer cymharu, er mwyn i chi ddeall yr hyn y mae'r delta-sigma ADC. Egwyddor system weithredu, ond ar gyfer gweithrediad effeithiol y trawsnewidydd analog-i-ddigidol yn ddigon. Y canlyniad yw llif diddiwedd o rai a zeros, sy'n mynd drwy hidlydd isel osgoi digidol. Maent yn ffurfio ychydig dilyniant penodol. Gwahaniaethu converters ADC y gorchymyn cyntaf a'r ail.

Integreiddio analog-i-ddigidol trawsnewidydd

Mae hwn yn achos arbennig yr olaf, a fydd yn cael eu hystyried fel rhan o'r erthygl. Nesaf, byddwn yn disgrifio gweithrediad dyfeisiau hyn, ond ar lefel gyffredinol. Mae'r ADC yn analog-i-ddigidol trawsnewidydd gyda integreiddio gwthio-tynnu. I gwrdd dyfais o'r fath yn gallu bod yn amlfesurydd digidol. Ac nid yw hyn yn syndod, oherwydd eu bod yn darparu chywirdeb uchel ac ar yr un pryd yn dda atal ymyrraeth.

Nawr, gadewch i ni ganolbwyntio ar ei egwyddor o weithredu. Mae'n gorwedd yn y ffaith bod y cynhwysydd mewnbwn yn cael ei godi am gyfnod penodedig. Yn nodweddiadol, y cyfnod hwn yn un o'r prif gyflenwad mor aml pa bwerau y ddyfais (50 Hz neu 60 Hz). Gall hefyd fod yn lluosog. Felly, sŵn amledd uchel yn cael ei hatal. lefelu ar yr un pryd dylanwad ansefydlog ffynhonnell pŵer foltedd o drydan ar gywirdeb y canlyniad.

Pan fydd yr amser yn dod i ben ac am ddim trawsnewidydd analog-digidol, y cynhwysydd yn dechrau arllwys gyda chyflymder sefydlog penodol. dyfais cownter Mewnol yn cyfrif nifer yr curiadau cloc a gynhyrchir yn ystod y broses hon. Felly, po hiraf y cyfnod amser, y mwyaf yw'r perfformiad.

integreiddio twostroke ADC wedi chywirdeb uchel a datrys. Oherwydd hyn, yn ogystal â strwythur gymharol syml adeiladu, maent yn cael eu gweithredu fel sglodion. Y brif anfantais o egwyddor o'r fath o waith - yn dibynnu ar y rhwydwaith perfformiad. Cofiwch fod ei galluoedd yn cael eu clymu i hyd y cyfnod amlder cyflenwad pŵer.

Dyma sut integreiddio dwbl ADC. Mae'r egwyddor o weithrediad y ddyfais er ei fod yn eithaf cymhleth, ond mae'n darparu dangosyddion ansawdd. Mewn rhai achosion, mae hyn yn syml anhepgor.

Dewiswch APC ni gyda'r egwyddor angenrheidiol

Lets 'ddeud, rydym yn wynebu tasg benodol. Pa ddewis y ddyfais fel y gall fodloni pob un o'n hanghenion? Yn gyntaf, gadewch i ni siarad am y penderfyniad a chywirdeb. Yn aml iawn, maent yn cael eu drysu, er yn ymarferol eu bod yn wan iawn yn ddibynnol ar yr ail un. Sylwer y gall 12-bit analog-i-ddigidol trawsnewidydd fod yn llai cywir na'r 8-bit. Yn yr achos hwn, datrys - yn fesur o faint o segmentau y gellir eu dyrannu i'r amrediad mewnbwn signal mesuredig. Felly, 8-bit ADC meddu ² Awst = 256 o unedau o'r fath.

Cywirdeb - yw cyfanswm y canlyniad trosi gafwyd wyro oddi wrth y gwerthoedd delfrydol, a ddylai fod ar foltedd mewnbwn a roddir. Hynny yw, y paramedr cyntaf nodweddu'r potensial sydd â'r ADC, ac mae'r ail yn dangos yr hyn sydd gennym yn ymarferol. Felly, gallwn gamu i fyny a math mwy syml (er enghraifft, converters uniongyrchol analog-i-ddigidol), a fydd yn bodloni'r gofynion oherwydd ei chywirdeb uchel.

I gael syniad o'r hyn y mae'n ei gymryd i ddechrau i gyfrifo'r paramedrau ffisegol a llunio fformiwla fathemategol o ryngweithio. Bwysig ydynt gwallau statig a deinamig, oherwydd pan defnyddio'r gwahanol gydrannau ac egwyddorion adeiladu'r ddyfais byddant yn cael effaith wahanol ar ei berfformiad. Mwy o wybodaeth fanwl ar gael yn y dogfennau technegol a gynigir gan y gwneuthurwr pob dyfais benodol.

enghraifft

Gadewch i ni edrych ar y SC9711 ADC. Yr egwyddor sy'n gweithredu o ddyfais hon yn gymhleth oherwydd ei faint a chynhwysedd. Wrth siarad am yr olaf, dylid nodi eu bod yn wirioneddol amrywiol. Felly, er enghraifft, yn bosibl gweithredu amlder yn amrywio o 10 Hz i 10 MHz. Mewn geiriau eraill, gall wneud 10 miliwn o samplau yr eiliad! Ac nid y ddyfais ei hun yn rhywbeth solet, ac mae ganddo adeiladu modiwlaidd y strwythur. Ond mae'n cael ei ddefnyddio fel arfer mewn ceisiadau cymhleth lle mae angen i chi weithio gyda nifer fawr o signalau.

casgliad

Fel y gwelwch, ADC gynhenid wahanol egwyddorion gweithredu. Mae hyn yn ein galluogi i ddewis y ddyfais a fydd yn bodloni anghenion sy'n codi a thrwy hynny caniatáu defnydd rhesymol o adnoddau sydd ar gael.