หลักการทั่วไปของการดำเนินงานของเอดีซี

ลองดูที่ช่วงหลักของปัญหาที่สามารถนำมาประกอบกับหลักการของการ แปลงสัญญาณอนาล็อกเป็นดิจิตอล (ADCs) ประเภทที่แตกต่างกัน บัญชีลำดับสมดุลต่อเนื่อง - สิ่งที่อยู่เบื้องหลังคำพูดเหล่านี้หรือไม่ เป็นหลักการทำงานของ ADC ของไมโครคอนโทรลเลอร์คืออะไร? ปัญหาอื่น ๆ เหล่านี้และจะมีการหารือในกรอบของบทความ สามตัวแรกจะทุ่มเทให้กับทฤษฎีทั่วไปและคำบรรยายที่สี่จะศึกษาวิธีการทำงาน คุณสามารถตอบสนอง ADC วรรณกรรมและ DAC แง่ต่างๆ หลักการของการดำเนินงานของอุปกรณ์เหล่านี้จะแตกต่างกันเล็กน้อยจึงไม่สับสนได้ ดังนั้นบทความจะได้รับการพิจารณาการแปลงสัญญาณจากอนาล็อกเป็นดิจิตอลในขณะที่ DAC ทำงานในสิ่งที่ตรงกันข้าม

คำนิยาม

ก่อนที่จะพิจารณาหลักการของ ADC ที่ขอหาสิ่งอุปกรณ์ที่เป็น แปลงอนาล็อกเป็นดิจิตอลเป็นอุปกรณ์ที่ปริมาณทางกายภาพจะถูกแปลงเป็นตัวเลขแสดงที่สอดคล้องกัน พารามิเตอร์เริ่มต้นสามารถทำหน้าที่เกือบทุกอย่าง - กระแสไฟฟ้าความจุ, ความต้านทานการหมุนของเพลาอัตราชีพจรและอื่น ๆ แต่เพื่อให้มีความมั่นใจเราจะทำงานที่มีเพียงหนึ่งแปลง นี้ "รหัสแรงดันไฟฟ้า" ทางเลือกของรูปแบบการทำงานนี้ไม่ได้ตั้งใจ หลังจากที่ ADC (หลักการของการดำเนินงานของอุปกรณ์นี้) และคุณลักษณะของมันส่วนใหญ่จะขึ้นอยู่กับชนิดของแนวคิดการวัดถูกนำมาใช้ นี้หมายถึงกระบวนการของการเปรียบเทียบค่าบางอย่างที่มีมาตรฐานที่จัดตั้งขึ้นก่อนหน้านี้

ลักษณะ ADC

บิตหลักสามารถเรียกและอัตราการแปลง ครั้งแรกที่แสดงในบิตและสอง - ในตัวอย่างที่สอง อะนาล็อกเป็นดิจิตอลแปลงสมัยใหม่อาจจะมี 24 บิตหรือความเร็วในการแปลงที่มาพร้อมกับหน่วยโรงแยกก๊าซฯ โปรดทราบว่า ADC พร้อมกันสามารถให้คุณด้วยการใช้เพียงหนึ่งในลักษณะของเขา มากขึ้นประสิทธิภาพของพวกเขาที่ยากขึ้นในการทำงานกับอุปกรณ์และมันก็เป็นตัวเองมีราคาแพงกว่า แต่ผลประโยชน์ที่อาจจะเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพการทำงานที่ความลึกบิตที่จำเป็นโดยเสียสละความเร็วของเครื่องดนตรี

ประเภท ADC

หลักการของการดำเนินงานที่แตกต่างกันระหว่างกลุ่มที่แตกต่างกันของอุปกรณ์ เราพิจารณาประเภทต่อไปนี้:

1. ตั้งแต่การแปลงโดยตรง
2. ด้วยประมาณเนื่อง
3. ด้วยการเปลี่ยนแปลงขนาน
4. อะนาล็อกเป็นดิจิตอลแปลงที่มีค่าใช้จ่ายสมดุล (Delta-Sigma)
5. การบูรณาการ ADC

มีหลายประเภทอื่น ๆ อีกมากมายของสายพานลำเลียงและรวมที่มีลักษณะพิเศษของตัวเองของสถาปัตยกรรมที่แตกต่างกัน แต่ตัวอย่างเหล่านั้นซึ่งจะได้รับการพิจารณาในกรอบของบทความที่น่าสนใจเพราะพวกเขามีบทบาทที่เป็นแบบอย่างในอุปกรณ์ช่องที่เฉพาะเจาะจงเช่น ดังนั้นขอให้เราตรวจสอบหลักการของ ADC ที่เช่นเดียวกับการพึ่งพาอุปกรณ์ทางกายภาพ

อะนาล็อกตรงไปยังแปลงดิจิตอล

พวกเขาได้กลายเป็นที่นิยมมากใน 60-70 โอบอุ้มของศตวรรษที่ผ่านมา ในรูปแบบของ วงจรรวม กำลังการผลิตที่มี 80 มันเป็นเรื่องง่ายมากแม้กระทั่งอุปกรณ์ดั้งเดิมที่ไม่สามารถอวดของตัวเลขที่สำคัญ กำลังการผลิตของพวกเขาเป็นปกติ 6-8 บิตและความเร็วไม่ค่อยเกิน 1 โรงแยกก๊าซฯ

หลักการของการดำเนินงานของประเภทของ ADC นี้ก็คือว่าเมื่อบวกกับปัจจัยการผลิตของสัญญาณอินพุต comparators พร้อมกัน เกี่ยวกับแรงดันไฟฟ้าขั้วลบเป็นค่าบางอย่าง และจากนั้นอุปกรณ์ที่กำหนดการดำเนินงานของ นี้จะกระทำต้องขอบคุณแรงดันอ้างอิง ให้เราคิดว่าเรามีอุปกรณ์ที่ 8 comparators เมื่อให้อาหาร½ของแรงดันอ้างอิงถูกเปิดใช้งานเพียง 4 ของพวกเขา เข้ารหัสความสำคัญรูปแบบ รหัสไบนารี ซึ่งเป็นทะเบียนออกและสลัก จุดแข็งและจุดอ่อนของญาติอาจกล่าวได้ ว่าหลักการนี้ การดำเนินงานที่ช่วยให้คุณสามารถสร้างอุปกรณ์ความเร็วสูง แต่การที่จะได้รับความยาวของคำที่จำเป็นต้องมีเหงื่ออย่างหนัก

สูตรทั่วไปสำหรับจำนวนของ comparators จะเป็นดังนี้: 2 ^ N. ภายใต้ไม่มีความจำเป็นต้องใส่จำนวนตัวเลข ดูตัวอย่างก่อนหน้านี้สามารถนำมาใช้อีกครั้ง: 2 ^ 3 = 8 ยอดรวมสำหรับการปล่อยที่สามจะต้องเป็น 8 ตัวเปรียบเทียบ นี่คือหลักการของเอดีซีซึ่งถูกสร้างขึ้นเป็นครั้งแรก ไม่สะดวกมากดังนั้นต่อมามีสถาปัตยกรรมอื่น ๆ

อะนาล็อกเป็นดิจิตอลแปลงประมาณเนื่อง

อัลกอริทึม "น้ำหนัก" จะใช้ที่นี่ ร่นอุปกรณ์การปฏิบัติงานที่ขั้นตอนดังกล่าวเรียกกันง่าย ๆ ว่าค่าใช้จ่ายต่อเนื่อง ADC หลักการของการดำเนินการดังต่อไปนี้: อุปกรณ์วัดจากสัญญาณอินพุตและจากนั้นจะถูกนำไปเปรียบเทียบกับตัวเลขซึ่งถูกสร้างขึ้นตามขั้นตอนบางอย่าง:

1. ชุดครึ่งหนึ่งที่เป็นไปได้แรงดันอ้างอิง
2. ถ้าขีด จำกัด สัญญาณขนาดเอาชนะเดินทาง№1มันถูกเมื่อเทียบกับจำนวนที่อยู่ตรงกลางระหว่างมูลค่าที่เหลือ ดังนั้นในกรณีของเรามันจะเป็น¾ของแรงดันไฟฟ้าอ้างอิง หากสัญญาณอ้างอิงตรงสั้นของตัวเลขนี้เปรียบเทียบจะได้รับการดำเนินการกับส่วนหนึ่งของช่วงเวลาอื่นโดยหลักการเดียวกัน ในตัวอย่างนี้¼ของแรงดันไฟฟ้าอ้างอิง
3. ขั้นตอนที่ 2 จะต้องทำซ้ำครั้ง n ซึ่งจะทำให้เรามีบิตไม่มีผล เพราะนี่คือการดำเนินการของจำนวน n เปรียบเทียบ

หลักการของเครื่องนี้จะช่วยให้ได้รับกับอัตราการแปลงสูงญาติซึ่งเป็น ADCs ประมาณเนื่อง หลักการของการดำเนินงานที่คุณสามารถดูง่ายและอุปกรณ์เหล่านี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับความหลากหลายของโอกาส

ขนานอนาล็อกเป็นดิจิตอลแปลง

พวกเขาทำงานเหมือนอุปกรณ์แบบอนุกรม สูตรการคำนวณ - (2 ^ n) -1 สำหรับกรณีที่ก่อนหน้านี้ถือว่าเราต้อง (2 ^ 3) -1 comparators สำหรับการดำเนินงานโดยใช้อาร์เรย์ที่เฉพาะเจาะจงของอุปกรณ์เหล่านี้แต่ละที่อาจเปรียบเทียบการป้อนข้อมูลและแรงดันอ้างอิงของแต่ละบุคคล ขนานอนาล็อกเป็นดิจิตอลแปลงเป็นอุปกรณ์ที่ค่อนข้างเร็ว แต่หลักการของการก่อสร้างของอุปกรณ์เหล่านี้คือการที่จะสนับสนุนประสิทธิภาพของพวกเขาต้องใช้พลังงานอย่างมีนัยสำคัญ ดังนั้นการใช้ของพวกเขาในแบตเตอรี่ขับเคลื่อนที่ไม่เหมาะสม

อะนาล็อกเป็นดิจิตอลแปลงที่มีความสมดุลต่อเนื่อง

จะดำเนินการในลักษณะที่คล้ายกันเป็นอุปกรณ์ที่ก่อนหน้านี้ ดังนั้นเพื่อที่จะอธิบายการทำงานของ ADC สมดุลต่อเนื่องหลักการของการดำเนินงานสำหรับผู้เริ่มต้นจะได้รับการพิจารณาอย่างแท้จริงบนนิ้วมือ ในอุปกรณ์เหล่านี้ขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์ของขั้วที่ ในคำอื่น ๆ เปรียบเทียบอนุกรมจะดำเนินการกับค่าที่วัดได้เป็นส่วนหนึ่งของค่าสูงสุด สามารถใช้ค่า½, 1/8, 1/16 และอื่น ๆ ดังนั้นอนาล็อกเป็นดิจิตอลแปลงสามารถดำเนินการขั้นตอนในการทำซ้ำ N (ขั้นตอนต่อเนื่อง) ประเด็น N เท่ากับ ADC บิต (ดูสูตรข้างต้นก่อนหน้านี้) ดังนั้นเราจึงมีกำไรมากในเวลาถ้ามันเป็นโดยเฉพาะอย่างยิ่งเทคนิคการปฏิบัติงานที่สำคัญ แม้จะมีความเร็วมากอุปกรณ์เหล่านี้จะยังโดดเด่นด้วยข้อผิดพลาดคงที่ต่ำ

อะนาล็อกเป็นดิจิตอลแปลงที่มีค่าใช้จ่ายสมดุล (Delta-Sigma)

มันเป็นชนิดที่น่าสนใจที่สุดของอุปกรณ์ไม่น้อยเนื่องจากหลักการในการดำเนินงาน มันประกอบไปด้วยในการที่แรงดันไฟฟ้าอินพุตจะเปรียบเทียบเพื่อให้บูรณาการสะสม มีการป้อนข้อมูลพัลส์กับขั้วลบหรือบวก (มันขึ้นอยู่กับผลการดำเนินงานที่ผ่านมา) ดังนั้นเราจึงสามารถพูดได้ว่าดังกล่าวเป็นอะนาล็อกเป็นดิจิตอลแปลงเป็นระบบการติดตามง่าย แต่นี่เป็นเพียงตัวอย่างสำหรับการเปรียบเทียบเพื่อให้คุณสามารถเข้าใจ สิ่งที่เดลต้าซิก ADC หลักการของระบบการทำงาน แต่สำหรับการดำเนินงานที่มีประสิทธิภาพของตัวแปลงสัญญาณอนาล็อกเป็นดิจิตอลไม่เพียงพอ ผลลัพธ์ที่ได้คือกระแสที่ไม่รู้จบของคนและศูนย์ซึ่งจะต้องผ่าน low-pass filter ดิจิตอล พวกเขาฟอร์มลำดับบิตบางอย่าง แยกแยะแปลง ADC ของการสั่งซื้อครั้งแรกและครั้งที่สอง

การบูรณาการแบบอะนาล็อกเป็นดิจิตอลแปลง

นี้เป็นกรณีพิเศษของหลังซึ่งจะได้รับการพิจารณาเป็นส่วนหนึ่งของบทความ ต่อไปเราจะอธิบายการทำงานของอุปกรณ์เหล่านี้ แต่ในระดับทั่วไป ADC นี้เป็นอะนาล็อกเป็นดิจิตอลแปลงที่มีการรวมผลักดึง เพื่อตอบสนองอุปกรณ์ดังกล่าวสามารถ มัลติมิเตอร์แบบดิจิตอล และนี่คือไม่น่าแปลกใจเพราะพวกเขาให้ความแม่นยำสูงและในเวลาเดียวกันได้ดีปราบปรามการรบกวน

ตอนนี้ขอเน้นหลักการของการดำเนินงาน มันอยู่ในความจริงที่ว่าตัวเก็บประจุการป้อนข้อมูลที่เป็นค่าใช้จ่ายสำหรับเวลาที่กำหนด โดยปกติแล้วช่วงเวลานี้เป็นหนึ่งในความถี่ไฟซึ่งอำนาจอุปกรณ์ (50 Hz หรือ 60 Hz) นอกจากนี้ยังอาจจะเป็นหลาย ๆ ดังนั้นเสียงความถี่สูงถูกระงับ พร้อมกันจ่ออิทธิพลเสถียรแหล่งจ่ายไฟแรงดันไฟฟ้าของการไฟฟ้ากับความถูกต้องของผล

เมื่อเวลาค่าใช้จ่ายจะสิ้นสุดลงแปลงสัญญาณอนาล็อกเป็นดิจิตอลตัวเก็บประจุเริ่มต้นที่จะปล่อยด้วยความเร็วคงที่โดยเฉพาะอย่างยิ่ง อุปกรณ์ภายในเคาน์เตอร์นับจำนวนของพัลส์นาฬิกาซึ่งได้รับการสร้างขึ้นในระหว่างขั้นตอนนี้ ดังนั้นอีกต่อไปช่วงเวลาที่มากขึ้นประสิทธิภาพการทำงาน

บูรณาการ ADC twostroke มีความแม่นยำสูงและ ความละเอียด เนื่องจากนี้เช่นเดียวกับการก่อสร้างของโครงสร้างที่ค่อนข้างง่ายที่พวกเขาจะดำเนินการเป็นชิป ข้อเสียเปรียบหลักเช่นหลักการของการทำงาน - ขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพการทำงานของเครือข่าย โปรดจำไว้ว่าความสามารถของตนจะเชื่อมโยงกับระยะเวลาของระยะเวลาความถี่แหล่งจ่ายไฟ

นี่คือวิธีการรวมคู่ ADC หลักการของการดำเนินงานของอุปกรณ์ที่ถึงแม้จะมีความซับซ้อนมาก แต่ก็มีตัวชี้วัดคุณภาพ ในบางรายนี้จะขาดไม่ได้เพียงแค่

เลือก APC เรามีหลักการที่จำเป็นของ

สมมติว่าเรากำลังเผชิญกับงานที่เฉพาะเจาะจง ที่จะเลือกอุปกรณ์เพื่อที่จะสามารถตอบสนองทุกความต้องการของเราหรือไม่ อันดับแรกให้พูดคุยเกี่ยวกับความละเอียดและความถูกต้อง มากพวกเขามักจะสับสนแม้ว่าในทางปฏิบัติพวกเขามีความอ่อนขึ้นอยู่กับคนที่สอง โปรดทราบว่า 12 บิตแบบอะนาล็อกเป็นดิจิตอลแปลงอาจมีความแม่นยำน้อยกว่า 8 บิต ในกรณีนี้ความละเอียด - เป็นตัวชี้วัดของปริมาณของกลุ่มสามารถจัดสรรให้ช่วงสัญญาณที่วัดได้ ดังนั้น 8 บิต ADC มี ² สิงหาคม = 256 หน่วยดังกล่าว

ความถูกต้อง - เป็นผลการแปลงรวมที่ได้รับการเบี่ยงเบนจากค่าที่เหมาะที่ควรจะอยู่ที่แรงดันไฟฟ้าอินพุตที่กำหนด นั่นคือพารามิเตอร์แรกลักษณะที่มีศักยภาพที่มี ADC และที่สองแสดงให้เห็นถึงสิ่งที่เรามีในทางปฏิบัติ ดังนั้นเราจึงสามารถก้าวขึ้นและง่ายขึ้นประเภท (เช่นอะนาล็อกเป็นดิจิตอลแปลงโดยตรง) ซึ่งจะตอบสนองความต้องการอันเนื่องมาจากความถูกต้องแม่นยำสูง

ที่จะมีความคิดของสิ่งที่จะเริ่มต้นในการคำนวณค่าพารามิเตอร์ทางกายภาพและสร้างสูตรทางคณิตศาสตร์ของการปฏิสัมพันธ์ ที่สำคัญพวกเขามีข้อผิดพลาดแบบคงที่และแบบไดนามิกเพราะเมื่อใช้ส่วนประกอบต่างๆและหลักการของการก่อสร้างของอุปกรณ์ที่พวกเขาจะมีผลกระทบที่แตกต่างกันเกี่ยวกับผลการปฏิบัติงาน ข้อมูลรายละเอียดเพิ่มเติมสามารถพบได้ในเอกสารทางเทคนิคที่นำเสนอโดยผู้ผลิตอุปกรณ์ที่เฉพาะเจาะจงแต่ละ

ตัวอย่าง

ลองดูที่ SC9711 เอดีซี หลักการดำเนินงานของอุปกรณ์นี้มีความซับซ้อนเนื่องจากขนาดและความสามารถของตน การพูดของหลังก็ควรจะตั้งข้อสังเกตว่าพวกเขามีความหลากหลายอย่างแท้จริง ดังนั้นสำหรับตัวอย่างเช่นความถี่ในการดำเนินงานเป็นไปได้ที่แตกต่างกันไปตั้งแต่ 10 Hz ถึง 10 MHz ในคำอื่น ๆ ก็สามารถทำให้ 10 ล้านตัวอย่างต่อวินาที! และอุปกรณ์ที่ตัวเองไม่ได้เป็นสิ่งที่มั่นคงและมีการก่อสร้างแบบแยกส่วนของโครงสร้าง แต่ก็มักจะถูกนำมาใช้ในการใช้งานที่ซับซ้อนที่คุณต้องการที่จะทำงานกับจำนวนมากของสัญญาณ

ข้อสรุป

ในขณะที่คุณสามารถดู ADCs โดยเนื้อแท้มีหลักการที่แตกต่างของการดำเนินงาน นี้ช่วยให้เราสามารถเลือกอุปกรณ์ที่จะตอบสนองความต้องการที่เกิดขึ้นจึงช่วยให้การใช้งานที่เหมาะสมของทรัพยากรที่มีอยู่