principio general de funcionamiento del ADC

Veamos la cadena principal de los problemas que se pueden atribuir al principio de los convertidores de analógico a digital (ADC) de diferentes tipos. cuenta sucesivamente, balanceo sucesiva – lo que hay detrás de estas palabras? ¿Cuál es el principio de funcionamiento del ADC del microcontrolador? Estas y otras cuestiones serán discutidas en el marco del artículo. Los tres primeros se dedicarán a la teoría general, y el cuarto subtítulo estudiará cómo funcionan. Puedes conocer varios términos ADC y DAC literatura. El principio de funcionamiento de estos dispositivos es ligeramente diferente, así que no se confunda. Por lo tanto, el artículo será considerado la conversión de señales de analógico a digital, mientras que el DAC funciona a la inversa.

definición

Antes de considerar el principio de la ADC, vamos a averiguar qué es el dispositivo. Convertidores analógicos a digitales son dispositivos que la cantidad física se convierte en una representación numérica correspondiente. El parámetro inicial puede actuar casi cualquier cosa – corriente, voltaje, capacitancia, resistencia, la rotación del eje, la frecuencia del pulso y así sucesivamente. Sin embargo, con el fin de tener la certeza, vamos a trabajar con una sola conversión. Esta "tensión de código". La elección de este formato de trabajo no es accidental. Después de la ADC (el principio de funcionamiento de este dispositivo) y sus características dependen en gran medida de qué tipo de concepto de medición se utiliza. Esto se refiere al proceso de comparación de un valor determinado con un estándar previamente establecido.

características ADC

El bit principal puede ser llamado, y la tasa de conversión. Primero expresado en bits, y el segundo – en las muestras de un segundo. convertidores modernos de analógico a digital pueden tener 24 bits o la velocidad de conversión, que viene a unidades GSPS. Tenga en cuenta que el ADC al mismo tiempo le puede proporcionar el uso de una sola de sus características. Cuanto mayor sea su rendimiento, más difícil trabajar con el dispositivo, y es más caro en sí. Sin embargo, el beneficio puede ser el de obtener el rendimiento profundidad de bits necesario sacrificar la velocidad del instrumento.

tipos de ADC

Principio de operación varía entre los diferentes grupos de dispositivos. Consideramos los siguientes tipos:

1. Desde conversión directa.
2. Con la aproximación sucesiva.
3. Con una transformación paralela.
4. convertidor de analógico a digital con una carga de equilibrio (delta-sigma).
5. La integración de ADC.

Hay muchos otros tipos de transportador y combinado, que tienen sus propias características especiales de arquitectura diferente. Pero esas muestras, que serán considerados en el marco de los artículos son de interés ya que juegan un papel ejemplar en sus dispositivos de nicho tal especificidad. Así que vamos a examinar el principio de la ADC, así como su dependencia del dispositivo físico.

analógica directa a los convertidores digitales

Se han convertido en muy popular en los 60-70-s del siglo pasado. En forma de circuitos integrados se fabrican con 80. Es muy simple, incluso dispositivos primitivos que no pueden presumir de cifras significativas. Su capacidad es típicamente 6-8 trozos, y la velocidad rara vez supera 1 GSPS.

El principio de funcionamiento de este tipo de ADC es que en las entradas de más de señal de entrada comparadores simultáneamente. En la tensión del terminal negativo es un valor determinado. Y a continuación, el dispositivo determina su funcionamiento. Esto se realiza gracias a la tensión de referencia. Supongamos que tenemos un dispositivo en el que 8 comparadores. Cuando la alimentación de la mitad de la tensión de referencia sólo 4 de ellos está activado. El codificador de prioridad formó código binario, que es el registro de salida y pestillos. fortalezas y debilidades relativas se puede decir que este principio de la operación le permite crear dispositivos de alta velocidad. Pero para obtener la longitud palabra deseada tiene que sudar en exceso.

La fórmula general para el número de comparadores es como sigue: 2 ^ N. Bajo N es necesario poner el número de dígitos. Visto ejemplo anterior se puede utilizar de nuevo: 2 ^ 3 = 8. Subtotal para tercera descarga debe ser de 8 comparadores. Este es el principio de la ADC, que se crea por primera vez. No es muy conveniente, por lo que posteriormente hubo otra arquitectura.

Analógico-digital convertidores, aproximación sucesiva

algoritmo de "ponderación" se utiliza aquí. Acortar los dispositivos que funcionen a un procedimiento de este tipo, se hace referencia simplemente como facturas sucesivas ADC. El principio de funcionamiento es el siguiente: el dispositivo se mide por la señal de entrada, y luego se compara con los números, que se generan de acuerdo con un determinado procedimiento:

1. Conjuntos de posibles mitad de la tensión de referencia.
2. Si el límite de magnitud de la señal superar viaje №1, se compara con un número que se encuentra a medio camino entre el valor restante. Por lo tanto, en nuestro caso, será de ¾ de la tensión de referencia. Si la señal de referencia está a la altura de esta figura, la comparación se llevará a cabo con otra porción del intervalo por el mismo principio. En este ejemplo, ¼ de la tensión de referencia.
3. Paso 2 debe repetirse n veces, lo que nos dará los N bits del resultado. Esto se debe a la realización de un número N de comparaciones.

Este principio del aparato permite obtener con una alta tasa de conversión relativa, que son sucesivas ADCs de aproximación. El principio de funcionamiento, como se puede ver, simple, y estos dispositivos son ideales para una variedad de ocasiones.

Paralelo analógico-digitales convertidores

Funcionan como un dispositivo serie. Fórmula de cálculo – (2 ^ n) -1. Para el caso considerado anteriormente, necesitamos (2 ^ 3) -1 comparadores. Para la operación utilizando una matriz específica de estos dispositivos, cada uno de los cuales puede comparar la entrada y la tensión de referencia individual. convertidores paralelos de analógico a digital son dispositivos bastante rápido. Pero el principio de la construcción de estos dispositivos es que para apoyar su eficacia requiere un peso significativo. Por lo tanto, su uso en alimentación por batería-inapropiada.

Conversión analógica-digital con balanceo sucesiva

Funciona con una forma similar a como el dispositivo anterior. Por lo tanto, con el fin de explicar el funcionamiento del ADC equilibrio sucesiva, el principio de funcionamiento para los principiantes será considerado literalmente en los dedos. En estos dispositivos basados en el fenómeno de la dicotomía. En otras palabras, la comparación de serie se lleva a cabo valor medido con una cierta parte del valor máximo. Puede tomar valores ½, 1/8, 1/16 y así sucesivamente. Por lo tanto, el convertidor de analógico a digital puede realizar el proceso para N iteraciones (pasos sucesivos). En donde N es igual al bit ADC (ver las fórmulas anteriormente mencionadas). Por lo tanto, tenemos una ventaja considerable en el tiempo, si se trata de la técnica de ejecución especialmente importante. A pesar de la considerable velocidad, estos dispositivos también se caracterizan por un bajo error estático.

Analógico-digitales con convertidores de equilibrio de carga (delta-sigma)

Es el tipo más interesante de dispositivo, no menos importante, debido a su principio de funcionamiento. Consiste en que las tensiones de entrada se comparan para que el integrador acumulado. Son pulsos de entrada con una polaridad negativa o positiva (que depende del resultado de la operación anterior). Por lo tanto, podemos decir que un convertidor de este tipo de analógico a digital es un sistema de seguimiento sencillo. Pero esto es sólo un ejemplo de comparación, para que pueda entender lo que el delta-sigma ADC. Principio de funcionamiento del sistema, pero para el buen funcionamiento del convertidor de analógico a digital no es suficiente. El resultado final es una corriente sin fin de unos y ceros, que va a través de un filtro de paso bajo digital. Ellos forman una cierta secuencia de bits. Distinguir los convertidores ADC del primer y segundo orden.

La integración de conversión analógica-digital

Este es un caso especial de este último, que será considerado como parte del artículo. A continuación, se describirá el funcionamiento de estos dispositivos, pero en un nivel general. Esta es ADC de analógico a digital con la integración de vaivén. Para hacer frente a un dispositivo de este tipo puede ser un multímetro digital. Y esto no es sorprendente, ya que proporcionan una alta precisión y al mismo tiempo bien suprimir la interferencia.

Ahora vamos a centrarnos en su principio de funcionamiento. Se encuentra en el hecho de que el condensador de entrada se carga durante un tiempo fijo. Típicamente, este período es uno de la frecuencia de red que alimenta el dispositivo (50 Hz o 60 Hz). También puede ser un múltiplo. Por lo tanto, el ruido de alta frecuencia se suprime. Simultáneamente nivelado influencia inestable fuente de alimentación de voltaje de la electricidad en la exactitud del resultado.

Cuando el tiempo de carga finaliza convertidor analógico-digital, el condensador comienza a descargarse con una velocidad fija particular. dispositivo contador interno cuenta el número de impulsos de reloj que se generan durante este proceso. Por lo tanto, cuanto mayor sea el intervalo de tiempo, mayor será el rendimiento.

la integración de dos tiempos ADC tiene una alta precisión y resolución. Debido a esto, así como la construcción de una estructura relativamente simple, que se ejecutan como un chip. El principal inconveniente de un principio de trabajo, tales – dependiendo del rendimiento de la red. Recuerde que sus capacidades están vinculados a la duración del período de suministro de energía de frecuencia.

He aquí cómo la doble integración de ADC. El principio de funcionamiento del dispositivo a pesar de que es bastante complejo, pero proporciona a los indicadores de calidad. En algunos casos, esto es simplemente indispensable.

Elija APC nosotros con el principio de la necesaria

Digamos, nos enfrentamos a una tarea específica. Los que elegir el dispositivo de modo que pueda satisfacer todas nuestras necesidades? En primer lugar, vamos a hablar de la resolución y precisión. Muy a menudo se confunden, aunque en la práctica son muy débilmente dependiente de la segunda. Tenga en cuenta que de 12 bits conversión analógica-digital puede ser menos preciso que el de 8 bits. En este caso, la resolución – es una medida de la cantidad de segmentos puede ser asignado a la gama de entrada de señal medido. Por lo tanto, 8-bit ADC poseen AGOSTO ² = 256 tales unidades.

Precisión – es el resultado de conversión total obtenido desviación de los valores ideales, que debe estar a una tensión de entrada dada. Es decir, el primer parámetro que caracteriza el potencial que tiene el ADC, y la segunda muestra lo que tenemos en la práctica. Por lo tanto, podemos intensificar y tipo más sencillo (por ejemplo, de analógico a digital convertidores directos), que se reunirá los requisitos debido a su alta precisión.

Para tener una idea de lo que se necesita para empezar a calcular los parámetros físicos y construir una fórmula matemática de la interacción. Importantes que son los errores estáticos y dinámicos, ya que al utilizar los diversos componentes y principios de construcción del dispositivo que tendrán un impacto diferente en su rendimiento. Más información detallada se puede encontrar en la documentación técnica ofrecida por el fabricante de cada dispositivo específico.

ejemplo

Veamos el SC9711 ADC. El principio de funcionamiento de este dispositivo es complejo debido a su tamaño y capacidad. Hablando de este último, cabe señalar que son verdaderamente diversa. Así, por ejemplo, la posible frecuencia de funcionamiento varía de 10 Hz a 10 MHz. En otras palabras, puede hacer que 10 millones de muestras por segundo! Y el dispositivo en sí no es algo sólido, y tiene una construcción modular de la estructura. Pero por lo general se utiliza en aplicaciones complejas donde es necesario trabajar con un gran número de señales.

conclusión

Como se puede ver, ADCs tienen inherentemente diferentes principios de funcionamiento. Esto nos permite seleccionar el dispositivo que va a satisfacer las necesidades que surjan y así permitir un uso racional de los recursos disponibles.