Generelle Prinzip vun der Operatioun vun ADC

Loosst d'op der Haaptrei Rei vun Themen kucken dass dem Prinzip vun der zougeschriwwen kann Analog-ze-digitale converters (ADCs) vun verschidden Zorte. Opgewiesselt Zweet, bituere Balance - wat ass verstoppt hannert dës Worte? Wat ass de Prinzip vum ADC Mikrosteiler? Dës, wéi och eng Rei aner Froen, wäerte mir am Kader vum Artikel berücksichtegen. Mir wäerte déi éischt dräi Teile vun der genereller Theorie erginn, a vun der véierter Ënnerhalung wäert mir de Prinzip vun hirer Aarbecht studéieren. Dir kënnt d'Begrëffer vun ADC an DAC an verschiddenen Literatur treffen. De Prinzip vun der Operatioun vun dësen Apparater ass liicht anescht, also verwiesselt se se net. Also, de Artikel hëllt d'Ëmännerung vun Signaler vun der Analog-Form op d'digital, während d'DAC den anere Wee ass.

Definitioun

Virun deem Prinzip vun der ADC kaaft, léisst et erausfannen, wat fir engem Apparat et ass. Analog-Digital-Wandlert sinn Apparater, déi eng physikalesch Quantitéit ëmsetzen an eng entspriechend numeresch Representatioun. Als iewescht Parameter kann naischt alles agoen: Stroum, Spannung, Kapazitéit, Widderstand, Schachtrotéierungwénkel, Pulsfrequenz, a sou weider. Mä fir sécher ze sinn, ginn mir nëmme mat enger Transformatioun. Dëst ass den "Voltage-Code". D'Wiel vun dësem Format ass net zoufälleg. Nodeems d'ADC (de Funkprinzip vun dësem Apparat) an hir Funktiounen hänkt vun engem groussen Deel u wat Konzept vun der Messung benotzt gëtt. Dëst ass gemeet ginn de Veraarbechtung vu reliéisen Wäerter mat enger fréier etabléiert Norm.

Charakteristiken vun der ADC

Déi Haaptthemen ass d'Bittotitéit an d'Frequenz vun der Konversioun. Déi éischt gëtt aus Bits ausgedréckt, an déi zweet gëtt an Zählunge pro Sekonn expriméiert. Moderne Analog-Digital-Wandler kënnen eng Kapazitéit vu 24 Bits oder ëmwandelen, déi GSPS-Geräter erreecht. Bedenkt datt den ADC gläichzäiteg nëmmen eng vun hiren Charakteristiken ubitt. Je méi wéi hir Performance, desto méi schwéier ass et mat dem Apparat ze schaffen an et ass méi deier. Mä de Virdeel kann duerch déi noutwenneg Zifferen erreecht ginn, fir d'Geschwindegkeet vum Apparat opzebauen.

Typen vun ADC

De Prinzip vun der Operatioun variéiert tëscht verschiddenen Apparaten. Mir wäerten déi folgend Beräicher:

1. Mat enger direkter Transformation.
2. Mat sukzessive Approximatioun.
3. Duerch Paralleltransformation.
4. Analog-Digital Konverter mat Ladestëlling (Delta-Sigma).
5. Integratioun vun ADCs.

Et gi vill aner Förderer a kombinéiert Typen, déi hir eege speziell Charakteristiken hunn mat verschiddene Architekturen. Awer déi Proben, déi am Kader vum Artikel betraff sinn, sinn interessant well se eng indicativ Roll spillen an hirer Nisch vun Apparaten vun dëser Spezifitéit. Da loosst de Prinzip vun der ADC, wéi och hir Ofhängegkeet vum physeschen Apparat.

Direct-analog-digitale Wandler

Si sinn ganz populär an de 60-70er vum leschte Joerhonnert. An der Form vun integréiert Kreesleef sinn mat 80er Joren produzéiert. Dëst sinn ganz einfach, och primitive Geräter déi keng signifikant Indikatiounen hunn. Hir Bësse Tiefe ass meeschtens 6-8 Bits, an d'Geschwindegkeet selten 1 GSPS iwwerschreiden.

De Prinzip vum Operatioun vum ADC vun dësem Typ ass wéi folgend: e Input-Signal gëtt simultan un d'Plus Plus vun den Komparatoren eropgoe gelooss. Déi negativ Klempen ginn mat enger Spannung vun engem gewësse Wäert geliwwert. A da gitt de Apparat seng Operatiounsmodus. Dat geschitt wéinst der Referenz Spannung. Loosst eis soen, datt mir e Gerät hunn, wou et 8 Komparatoren hunn. Wann déi ½ Referenzspannung applizéiert gëtt, ginn nëmmen 4 dovunner. D'Prioritéit encoder gemaach Duebelstäresystem Code, deen Wasserstoff aschreiwen ass an Klickverrigelunge. Relativ Stäerkten a Schwächten ka gesot ginn , datt dëst Prinzip vun Operatioun erlaabt Iech Héich-Vitesse Apparater ze schafen. Awer fir déi néideg Bitzekapazitéit ze kréien, muss Dir ganz vill schwëtzen.

D'generelle Formel fir d'Zuel vu Komparatoren entsprécht dësen: 2 ^ N. Ënner N muss Dir d'Zifferen setzen. D'Beispill kann e bedenken och fréi erofgeholl ginn: 2 ^ 3 = 8. Insgesamt 8 Komparatoren sinn néideg fir d'drëtt Ziffer ze kréien. Dëst ass de Prinzip vun der ADC, déi éischt gemaach goufen. Net ganz praktesch, sou datt et an der spéiderer aner Architektur wier.

Analog bis Digital Konverter

Hei benotzt de "Gewiel" Algorithmus. A kuerze Geräter déi dës Technik benotzen sinn einfach ADCs fir de sequentiellen Zählung. D'Prozedur vun der Operatioun ass folgend: d'Vorrichtung misst de Wäert vum Input Signal, an dann ass et vergläicht mat den Zuelen déi generéiert ginn wéi eng gewësse Technik:

1. D'Halschent vun der méiglecher Referenz Spannung ass festgeluegt.
2. Wann de Signal d'Limit vum Wäert vun Punkt # 1 iwwerdréit, dann ass et verglach mat der Zuel, déi an der Mëtt läit tëschent dem verbleibenden Wäert läit. Also, an eisem Fall wäert et ¾ vun der Referenz Spannung. Wann de Referenzsignal dësen Index net erreechen, da gëtt de Verglach mat der anerer Säit vum Intervall op déi selwecht Aart gemaach. An dësem Beispill ass et ¼ vun der Referenz Spannung.
3. Et muss 2 Nëmmen erëmfonnt ginn, wat eis en H-Bit Resultat kritt. Dëst ass wéinst der H Zuel vu Vergläicher.

Dëse Prinzip vun der Operatioun erméiglecht Iech Apparater mat enger relativ héiger Konvergenzgeschwindigkeit ze kréien, déi ADC vun der suiviiv Approximatioun sinn. De Prinzip vun der Operatioun, wéi Dir kënnt gesinn, ass einfach, an dës Apparater sinn exzellent fir verschidde Fäll.

Parallel analog-digitale Wandler

Si schaffen wéi seriell Apparaten. D'Formel fir d'Berechnung ass (2 ^ H) -1. Fir déi sougenannte Fall froe mer (2 ^ 3) -1 Komparatoren. Fir Operatioun gëtt e bestëmmten Aart vun dësen Apparaten benotzt, déi all d'Input an d'eenzel Referenzspannung vergleichen. Parallel analog-digitale Wandler sinn zimlech séier Apparate. Mä de Prinzip vum Bau vun dësen Apparater ass esou, datt hir Leeschtungserklärung eng bemierkenswäert Muecht erfuerderlech sinn. Dofir ass et net ze recommandéieren se mat Batteriestrooss ze benotzen.

Analog-Digital-Wandler mat bituechten Ausgleich

Hie funktionnelt no engem ähnleche Schema wéi de virdrun Apparat. Duerfir, fir d'Operatioun vum ADC vun der bitweisen Ausgleich ze erklären, gëtt de Prinzip vun der Aarbecht fir Ufänger als literaresch ugeholl op déi Finger. Am Häerz dës Apparater ass de Phänomen vun der Dichotomie. An anere Wierder gëtt e konsequent vergläichbar mat der gemoerten Quantitéit mat engem bestëmmten Deel vum maximalen Wäert ausgefouert. Wäerter an ½, 1/8, 1/16 an sou weider kënnen ofhuelen. Dofir kann den Analog-Digital-Wandler den ganzen Prozess fir H eteréieren (nach nogekunn Schrëtt). An H ass gläich wéi d'ADC Bitbreedung (kuckt op déi virdrun geheescht Formulas). Dofir hunn mir e groussen Erfolleg an der Zäit, wann d'Geschwindegkeet vun der Technik besonnesch wichteg ass. Trotz der beandrockender Vitesse sinn dës Geräter och e geréngen statesche Fehler.

Analog-Digital-Wandler mat Frachtbalancen (Delta-Sigma)

Dëst ass déi interessantst Form vun Apparat, net zulescht wéinst senger Operatiounsprinzip. Et besteet aus der Tatsaach, datt d'Input Spannung mat deem wat den Integrateur accumuléiert ass. Impulse mat negativer oder positiver Polaritéit ginn op d'Input gefüttert (hängt all vum Resultat vun der virdrun Operatioun). Esou kann et gesot ginn datt esou en analog-digitale Konverter e einfache Verfollegungssystem ass. Mee dat ass just e Beispill fir Verglach, sou kënnt dir verstoen , wat den Delta-Fläch ADC. De Prinzip vun der Operatioun ass System, awer fir den effizienten Operatioun vun dësem Analog-Digital-Wandler ass net genuch. D'Enn vum Resultat ass en endlosen Stroum vun Eenheeten a Nullen, déi duerch d'digitale LPF hannerlooss. Vun dësen gëtt et eng gewësse Bitsequenz geformt. Eng Ënnerdeelung gëtt tëscht ADC Konverter vun der éischter an zweeter Uergel.

Integrierte analog-digitale Wandler

Dëst ass de läschte Spezialfall deen am Kader vum Artikel berücksichtegt gëtt. Als nächstes beschreiwe mir déi Operatioun vun dësen Apparater, awer op allgemengem Niveau. Dësen ADC ass en Analog-Digital-Wandler mat Push-Pull-Integratioun. Ze begéinen sou engem Apparat kann engem digitale multimeter. An dat ass net iwwerraschend, well se héich Präzisioun a gläichzäiteg d'Lauschteren gutt verstoppen.

Loosst eis op säi Prinzip vun der Aarbecht konzentréieren. Et besteet datt den Input-Signal den Kondensator fir eng fix Zäit huet. Normalerweis ass dës Period un d'Eenheet vun der Netzfrequenz déi de Vorrichtung (50 Hz oder 60 Hz) bewäerten. Et kann och e Multiple sinn. Dofir ass héiger Frequenzrauscht ënnerdréckt. Zur selwechter Zäit ass den Effet vun der instabile Spannung vun der Gitterquell vun der Stroum Generatioun iwwer d'Genauegkeet vum Resultat ofgeschnidden.

Wann d'Laaschtzäit vum Analog-Digital-Wandler endet, fänkt de Kondensator un e festen Zënssaz aus. Den internen Zähler vum Apparat zielt d'Zuel vun den Impulsen, déi während dësem Prozess generéiert ginn. Dofir ass de méi Zäit vum Zäitintervall méi de wichtegsten d'Indikatoren.

ADC twostroke Integratioun hunn héich Genauegkeet an Opléisung. Dofir ass och e relativ einfache Struktur vum Bau si wéi Chips. Den Haaptmoment vun dësem Prinzip vun der Aarbecht ass d'Ofhängegkeet vum Indikateur vum Netz. Vergiesst datt seng Kapazitéiten un der Dauer vun der Spannungsfrequenzperiod gebilt ginn.

Hei ass wéi d'Dual-Integratioun-ADC funktionnéiert. De Prinzip vun der Operatioun vum Apparat, obwuel et relativ komplex ass, awer et ass Qualitéitsindikatoren. A ville Fäll ass dat einfach einfach.

Wielt eng APC mat dem Prinzip vun der Aarbecht, déi mir brauchen

Loosst eis soen datt mir eng gewëssen Aufgab ugoe mussen. Wéi wielen ech en Apparat, fir datt et all eis Ufro ze befollegen kann? Éischtens, loosst eis iwwert d'Resolutioun an d'Genauegkeet schwätzen. Ganz oft si se verwiesselt, och wann se an der Praxis ganz schwach vun engem vun der zweeter. Vergiesst datt e 12-Bit Analog-Digital-Wandlert manner manner Genau wéi eng 8-Bit. An dësem Fall ass d'Resolutioun e Mooss wéi vill Segmenter aus dem Input-Bereich vum gemoossene Signal extrahiert ginn. Sou, hunn 8-bëssen ADC 2 ⁸ = 256 esou Unitéiten.

Genauegkeet ass d'Total Ofhängegkeet vun der entstinn Conversioun vum ideale Wäert, dat bei enger gegebene Spannung sinn. Dëst ass den éischte Parameter déi potentiell Fähigkeiten vun der ADC, an déi zweet weist, wat mir an der Praxis hunn. Duerfir kënne mir enger méi einfach Form (zum Beispill direkten analog-digitale Konverter) approachen, déi d'Besoinen erreeche wéinst enger héich Genauegkeet.

Fir eng Iddi vu wat néideg ass, brauche mir als éischt d'physikalesch Parameter ze berechnen an eng mathematesch Formel fir d'Interaktioun ze konstruéieren. Wichteg an hinnen sinn statesch a dynamesch Feeler, well wann Dir verschidden Komponenten a Prinzipien ze bauen hutt, fir e Gerät ze konstruéieren, hunn se verschidden Effekter op seng Charakteristiken. Méi detailléiert Informatiounen kënnen an der technescher Dokumentatioun fonnt ginn, déi de Produzent vun all eenzelne Geräter bitt.

Beispill:

Loosst eis beim ADC SC9711 kucken. De Prinzip vun der Operatioun vum Apparat ass komplizéiert wéinst senger Gréisst a Kapazitéiten. Iwwregens, iwwer déi Letzebuerger ze schwätzen, ass et ze bemierken datt si wierklech variéieren. Also, zum Beispill, d'Frequenz vun der méiglecher Aarbecht läit tëschent 10 Hz bis 10 MHz. An anere Wierder, et kann 10 Millioune Zuel pro Sekonn maachen! An de Apparat selwer ass net eppes integral, mä huet eng modular Struktur vum Bau. Mä et gëtt benotzt, als Regel, an enger komplexer Technik, wou et noutwendeg ass fir mat enger grousser Zuel vu Signaler ze schaffen.

Conclusioun

Wéi Dir gesitt, sinn ADCs haaptsächlech verschidden Prinzipien vun der Aarbecht. Dëst erméiglecht eis Elementer auszewielen, déi d'Wënsch erakommen, déi opstinn, a gläichzäiteg erlaabt eis d'verfügbare Moyene séch ze benotzen.