Kom ons kyk na die hoofreeks kwessies wat toegeskryf kan word aan die werkingsbeginsel van analoog-na-digitaal-omsetters (ADC's) van verskillende tipes. Opeenvolgende telling, stukkies balansering - wat skuil agter hierdie woorde? Wat is die werkingsbeginsel van die ADC-mikrobeheerder? Hierdie, sowel as 'n aantal ander vrae, sal ons in die raamwerk van die artikel oorweeg. Ons sal die eerste drie dele aan die algemene teorie wy, en vanaf die vierde subopskrif sal ons die beginsel van hul werk bestudeer. Jy kan die terme ADC en DAC in verskeie literatuur ontmoet. Die beginsel van werking van hierdie toestelle is effens anders, so moenie hulle verwar nie. Dus, die artikel sal die omskakeling van seine van analoog na digitale vorm oorweeg, terwyl die DAC andersom werk.
Definisie
Voordat ons die beginsel van werking van die ADC oorweeg, laat ons uitvind watter soort toestel dit is. Analoog-na-digitaal-omsetters is toestelle wat 'n fisiese hoeveelheid in 'n ooreenstemmende numeriese voorstelling omskakel. Byna enigiets kan as 'n aanvanklike parameter optree - stroom, spanning, kapasitansie,weerstand, ashoek, polsfrekwensie ensovoorts. Maar om seker te wees, sal ons met net een transformasie werk. Dit is "spanningskode". Die keuse van hierdie werkformaat is nie toevallig nie. Die ADC (die beginsel van werking van hierdie toestel) en sy kenmerke hang immers grootliks af van watter konsep van meting gebruik word. Dit word verstaan as die proses om 'n sekere waarde met 'n voorheen gevestigde standaard te vergelyk.
ADC-spesifikasies
Die belangrikste is bisdiepte en omskakelingsfrekwensie. Eersgenoemde word in bisse uitgedruk en laasgenoemde in tellings per sekonde. Moderne analoog-na-digitaal-omsetters kan 24 bisse wyd of tot GSPS-eenhede wees. Let daarop dat 'n ADC slegs een van sy kenmerke op 'n slag aan jou kan verskaf. Hoe hoër hul werkverrigting, hoe moeiliker is dit om met die toestel te werk, en dit self kos meer. Maar die voordeel is dat jy die nodige bis-diepte-aanwysers kan kry deur die spoed van die toestel op te offer.
ADC-tipes
Die werkingsbeginsel verskil vir verskillende groepe toestelle. Ons sal na die volgende tipes kyk:
- Met direkte omskakeling.
- Met opeenvolgende benadering.
- Met parallelle omskakeling.
- A/D-omsetter met ladingbalansering (delta-sigma).
- Integrasie van ADC's.
Daar is baie ander pypleiding- en kombinasietipes wat hul eie spesiale kenmerke met verskillende argitektuur het. Maar diédie monsters wat binne die raamwerk van die artikel oorweeg sal word, is van belang as gevolg van die feit dat hulle 'n aanduidende rol speel in hul nis van toestelle van hierdie spesifisiteit. Daarom, kom ons bestudeer die beginsel van die ADC, sowel as die afhanklikheid daarvan van die fisiese toestel.
Direkte A/D-omskakelaars
Hulle het baie gewild geword in die 60's en 70's van die vorige eeu. In die vorm van geïntegreerde stroombane word hulle sedert die 80's vervaardig. Dit is baie eenvoudige, selfs primitiewe toestelle wat nie met noemenswaardige werkverrigting kan spog nie. Hulle bisdiepte is gewoonlik 6-8 bisse, en die spoed oorskry selde 1 GSPS.
Die beginsel van werking van hierdie tipe ADC is soos volg: die positiewe insette van die vergelykers ontvang gelyktydig 'n insetsein. 'n Spanning van 'n sekere grootte word op die negatiewe terminale toegepas. En dan bepaal die toestel sy werkswyse. Dit word gedoen met verwysingsspanning. Kom ons sê ons het 'n toestel met 8 vergelykers. Wanneer ½ verwysingsspanning toegepas word, sal slegs 4 van hulle aangeskakel word. Die prioriteit enkodeerder sal 'n binêre kode genereer, wat deur die uitsetregister vasgestel sal word. Met betrekking tot die voordele en nadele, kan ons sê dat hierdie beginsel van werking jou toelaat om hoëspoed-toestelle te skep. Maar om die vereiste bietjie diepte te kry, moet jy baie sweet.
Die algemene formule vir die aantal vergelykers lyk soos volg: 2^N. Onder N moet jy die aantal syfers plaas. Die voorbeeld wat vroeër oorweeg is, kan weer gebruik word: 2^3=8. In totaal, om die derde kategorie te verkry, is dit nodig8 vergelykers. Dit is die beginsel van werking van ADC's, wat eerste geskep is. Nie baie gerieflik nie, so ander argitekture het later verskyn.
Analoog-na-digitaal opeenvolgende benadering-omskakelaars
Hier word die "gewig"-algoritme gebruik. Kortom, toestelle wat volgens hierdie tegniek werk, word bloot reekstel ADC's genoem. Die werkingsbeginsel is soos volg: die toestel meet die waarde van die insetsein, en dan word dit vergelyk met getalle wat volgens 'n sekere metode gegenereer word:
- Stel die helfte van die moontlike verwysingsspanning.
- As die sein die waardelimiet vanaf punt 1 oorkom het, word dit vergelyk met die getal wat in die middel tussen die oorblywende waarde lê. Dus, in ons geval sal dit ¾ van die verwysingsspanning wees. As die verwysingsein nie hierdie aanwyser bereik nie, sal die vergelyking volgens dieselfde beginsel met die ander deel van die interval uitgevoer word. In hierdie voorbeeld is dit ¼ van die verwysingsspanning.
- Stap 2 moet N keer herhaal word, wat vir ons N stukkies van die resultaat sal gee. Dit is te wyte aan H aantal vergelykings.
Hierdie beginsel van werking maak dit moontlik om toestelle met 'n relatief hoë omskakelingskoers te verkry, wat opeenvolgende benaderde ADC's is. Die beginsel van werking, soos jy kan sien, is eenvoudig, en hierdie toestelle is wonderlik vir verskeie geleenthede.
Parallelle analoog-na-digitaal-omsetters
Hulle werk soos reekstoestelle. Die berekeningsformule is (2 ^ H) -1. VirIn die vorige geval benodig ons (2^3)-1 vergelykers. Vir werking word 'n sekere reeks van hierdie toestelle gebruik, wat elkeen die inset- en individuele verwysingsspanning kan vergelyk. Parallelle analoog-na-digitaal-omsetters is redelik vinnige toestelle. Maar die beginsel van konstruksie van hierdie toestelle is sodanig dat aansienlike krag nodig is om hul werkverrigting te ondersteun. Daarom is dit nie prakties om hulle op batterykrag te gebruik nie.
Bitwise Balanced A/D Converter
Dit werk op 'n soortgelyke manier as die vorige toestel. Daarom, om die werking van 'n bietjie-vir-bietjie balanserende ADC te verduidelik, sal die beginsel van werking vir beginners letterlik op die vingers oorweeg word. Die kern van hierdie toestelle is die verskynsel van digotomie. Met ander woorde, 'n konsekwente vergelyking van die gemete waarde met 'n sekere deel van die maksimum waarde word uitgevoer. Waardes in ½, 1/8, 1/16 en so meer kan geneem word. Daarom kan die analoog-na-digitaal-omskakelaar die hele proses in N iterasies (opeenvolgende stappe) voltooi. Verder is H gelyk aan die bisdiepte van die ADC (kyk na die voorheen gegewe formules). Dus, ons het 'n aansienlike wins in tyd, as die spoed van die tegniek veral belangrik is. Ten spyte van hul aansienlike spoed, het hierdie toestelle ook 'n lae statiese akkuraatheid.
A/D-omsetters met ladingbalansering (delta-sigma)
Dit is die interessantste tipe toestel, nie die minste niedanksy sy werkingsbeginsel. Dit lê in die feit dat die insetspanning vergelyk word met wat deur die integrator opgehoop is. Pulse met negatiewe of positiewe polariteit word na die inset gevoer (dit hang alles af van die resultaat van die vorige operasie). Ons kan dus sê dat so 'n analoog-na-digitaal-omsetter 'n eenvoudige servostelsel is. Maar dit is net 'n voorbeeld vir vergelyking, sodat jy kan verstaan wat 'n delta-sigma ADC is. Die werkingsbeginsel is sistemies, maar vir die effektiewe funksionering van hierdie analoog-na-digitaal-omskakelaar is dit nie genoeg nie. Die eindresultaat is 'n nimmereindigende stroom van 1'e en 0'e deur die digitale laagdeurlaatfilter. 'n Sekere bisreeks word daaruit gevorm. 'n Onderskeid word getref tussen eerste en tweede orde ADC-omsetters.
Integrasie van analoog-na-digitaal-omsetters
Dit is die laaste spesiale geval wat in die artikel oorweeg sal word. Vervolgens sal ons die beginsel van werking van hierdie toestelle beskryf, maar op 'n algemene vlak. Hierdie ADC is 'n druk-trek analoog-na-digitaal-omskakelaar. Jy kan 'n soortgelyke toestel in 'n digitale multimeter ontmoet. En dit is nie verbasend nie, want hulle bied hoë akkuraatheid en onderdruk terselfdertyd interferensie goed.
Kom ons fokus nou op hoe dit werk. Dit lê in die feit dat die insetsein die kapasitor vir 'n vasgestelde tyd laai. As 'n reël is hierdie tydperk 'n eenheid van die frekwensie van die netwerk wat die toestel aandryf (50 Hz of 60 Hz). Dit kan ook veelvuldig wees. Dus word die hoë frekwensies onderdruk.inmenging. Terselfdertyd word die invloed van die onstabiele spanning van die hoofbron van elektrisiteitsopwekking op die akkuraatheid van die resultaat gelykgemaak.
Wanneer die analoog-na-digitaal-omsetter se laaityd eindig, begin die kapasitor teen 'n sekere vaste tempo ontlaai. Die toestel se interne teller tel die aantal klokpulse wat tydens hierdie proses gegenereer word. Dus, hoe langer die tydperk, hoe meer betekenisvol is die aanwysers.
ADC druk-trek-integrasie het hoë akkuraatheid en resolusie. As gevolg hiervan, sowel as 'n relatief eenvoudige konstruksiestruktuur, word hulle as mikrobane geïmplementeer. Die grootste nadeel van hierdie werkingsbeginsel is die afhanklikheid van die netwerkaanwyser. Onthou dat sy vermoëns gekoppel is aan die frekwensieperiode van die kragtoevoer.
Dit is hoe 'n dubbele integrasie ADC werk. Die beginsel van werking van hierdie toestel, hoewel dit redelik ingewikkeld is, maar dit bied kwaliteit aanwysers. In sommige gevalle is dit eenvoudig nodig.
Kies die APC met die beginsel van werking wat ons nodig het
Kom ons sê ons het 'n sekere taak voor ons. Watter toestel om te kies sodat dit aan al ons versoeke kan voldoen? Kom ons praat eers oor resolusie en akkuraatheid. Baie dikwels is hulle verward, hoewel hulle in die praktyk baie min van mekaar afhanklik is. Wees bewus daarvan dat 'n 12-bis A/D-omsetter dalk minder akkuraat is as 'n 8-bis A/D-omsetter. DaarinIn hierdie geval is resolusie 'n maatstaf van hoeveel segmente uit die insetreeks van die gemete sein onttrek kan word. Dus, 8-bis ADC's het 28=256 sulke eenhede.
Akkuraatheid is die totale afwyking van die verkrygde omskakelingsresultaat vanaf die ideale waarde, wat by 'n gegewe insetspanning moet wees. Dit wil sê, die eerste parameter kenmerk die potensiële vermoëns wat die ADC het, en die tweede wys wat ons in die praktyk het. Daarom kan 'n eenvoudiger tipe (soos direkte analoog-na-digitaal-omsetters) dalk vir ons geskik wees, wat die behoeftes sal bevredig weens hoë akkuraatheid.
Om 'n idee te hê van wat nodig is, moet jy eers die fisiese parameters bereken en 'n wiskundige formule vir interaksie bou. Belangrik daarin is statiese en dinamiese foute, want wanneer verskillende komponente en beginsels van die bou van 'n toestel gebruik word, sal dit die eienskappe daarvan op verskillende maniere beïnvloed. Meer gedetailleerde inligting kan gevind word in die tegniese dokumentasie wat deur die vervaardiger van elke spesifieke toestel aangebied word.
Voorbeeld
Kom ons kyk na die SC9711 ADC. Die beginsel van werking van hierdie toestel is ingewikkeld as gevolg van sy grootte en vermoëns. Terloops, om van laasgenoemde te praat, moet daarop gelet word dat hulle werklik uiteenlopend is. So, byvoorbeeld, wissel die frekwensie van moontlike werking van 10 Hz tot 10 MHz. Met ander woorde, dit kan 10 miljoen monsters per sekonde neem! En die toestel self is nie iets solied nie, maarhet 'n modulêre konstruksiestruktuur. Maar dit word as 'n reël gebruik in komplekse tegnologie, waar dit nodig is om met 'n groot aantal seine te werk.
Gevolgtrekking
Soos jy kan sien, het ADC's basies verskillende beginsels van werking. Dit stel ons in staat om toestelle te kies wat sal voldoen aan die behoeftes wat ontstaan, terwyl dit ons ook in staat stel om ons beskikbare fondse verstandig te bestuur.
