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Principe général de fonctionnement de l'ADC

Regardons la gamme principale des questions qui peuvent être attribués au principe des convertisseurs analogique-numérique (CAN) de différents types. compte séquentiel, l'équilibrage successifs – ce qui se cache derrière ces mots? Quel est le principe de fonctionnement de l'ADC du microcontrôleur? Ceux-ci et d'autres questions seront examinées dans le cadre de l'article. Les trois premiers seront consacrés à la théorie générale, et le quatrième sous-titre étudieront comment ils fonctionnent. Vous pouvez rencontrer différents termes ADC de la littérature et du CAD. Le principe de fonctionnement de ces dispositifs est légèrement différente, donc ne les confondez pas. Ainsi, l'article sera considérée comme la conversion des signaux de l'analogique au numérique, alors que le DAC fonctionne en sens inverse.

définition

Avant d'examiner le principe de l'ADC, nous allons savoir ce que le dispositif est. Convertisseurs analogique-numérique sont des dispositifs que la quantité physique est convertie en une représentation numérique correspondante. Le paramètre initial peut agir à peu près tout – courant, la tension, la capacité, la résistance, la rotation de l'arbre, le taux d'impulsions et ainsi de suite. Mais afin d'avoir la certitude, nous travaillerons avec une seule conversion. Cette « tension de code ». Le choix de ce format de travail n'est pas accidentelle. Après l'ADC (le principe de fonctionnement de ce dispositif) et ses caractéristiques sont largement tributaires de ce type de concept de mesure est utilisé. Cela fait référence au processus de comparaison d'une certaine valeur à une norme établie précédemment.

caractéristiques ADC

Le bit principal peut être appelé, et le taux de conversion. Tout d'abord exprimée en bits, et le second – dans des échantillons une seconde. les convertisseurs analogiques-numériques modernes peuvent avoir 24 bits ou la vitesse de conversion, ce qui revient à des unités GSPS. Notez que l'ADC peut en même temps vous fournir l'utilisation d'une seule de ses caractéristiques. Plus leurs performances, plus difficile de travailler avec l'appareil, et il est lui-même plus cher. Mais l'avantage peut être d'obtenir la performance de profondeur de bits nécessaire en sacrifiant la vitesse de l'instrument.

types ADC

Principe de fonctionnement varie entre les différents groupes d'appareils. Nous considérons les types suivants:

  1. Depuis la conversion directe.
  2. Avec approximations successives.
  3. Avec une transformation parallèle.
  4. convertisseur analogique-numérique avec une charge d'équilibrage (delta-sigma).
  5. L'intégration de l'ADC.

Il y a beaucoup d'autres types de transport et combinés, qui ont leurs propres caractéristiques de l'architecture différente. Mais ces échantillons, qui seront examinés dans le cadre des articles sont d'intérêt parce qu'ils jouent un rôle exemplaire dans ses dispositifs de niche tels spécificité. Examinons donc le principe de l'ADC, ainsi que sa dépendance à l'égard du dispositif physique.

analogique direct aux convertisseurs numériques

Ils sont devenus très populaires dans les 60-70-s du siècle dernier. Dans la forme de circuits intégrés sont fabriqués avec 80. Il est très simple, même des appareils primitifs qui ne peuvent pas se vanter de chiffres significatifs. Leur capacité est typiquement 6-8 bits et que la vitesse dépasse rarement 1 GSPS.

Le principe de fonctionnement de ce type de ADC est que sur les entrées comprises de signal d'entrée de comparateurs en même temps. Sur la tension borne négative est une certaine valeur. Et puis le dispositif détermine son fonctionnement. Cela se fait grâce à la tension de référence. Supposons que nous avons un dispositif où 8 comparateurs. Lorsque l'alimentation de la moitié de la tension de référence est activée seulement quatre d'entre eux. Le codeur de priorité formé code binaire, qui est le registre de sortie et des verrous. forces et faiblesses peut dire que ce principe de fonctionnement permet de créer des dispositifs à grande vitesse. Mais pour obtenir la longueur de mot requis doit transpirer abondamment.

La formule générale pour le nombre de comparateurs est la suivante: 2 ^ N. Sous N est nécessaire de mettre le nombre de chiffres. exemple précédent Vu peut être utilisé à nouveau: 2 ^ 3 = 8. Sous-total pour la troisième décharge doit être de 8 comparateurs. Tel est le principe de l'ADC, qui ont été créés en premier. Pas très pratique, donc par la suite, il y avait d'autres architectures.

des convertisseurs analogique-numérique, approximation successive

algorithme « pondération » est utilisé ici. Raccourcir les appareils fonctionnant à une telle procédure, appelé simplement ADC factures successives. Le principe de fonctionnement est le suivant: le dispositif est mesurée par le signal d'entrée, puis il est comparé avec les numéros qui sont générés selon une certaine procédure:

  1. Jeux de moitié possible la tension de référence.
  2. Si la limite d'amplitude du signal surmonté voyage №1, il est comparé à un nombre qui se situe à mi-chemin entre la valeur restante. Ainsi, dans notre cas, il sera ¾ de la tension de référence. Si le signal de référence est loin de ce chiffre, la comparaison sera effectuée avec une autre partie de l'intervalle par le même principe. Dans cet exemple, un quart de la tension de référence.
  3. Étape 2 doit être répétée n fois, qui nous donnera les N bits du résultat. Cela est dû à la conduite du nombre N de comparaisons.

Ce principe de l'appareil permet d'obtenir des taux de conversion relativement élevée, qui sont des ADCs d'approximation successifs. Le principe de fonctionnement, comme vous pouvez le voir, simple, et ces dispositifs sont idéales pour une variété d'occasions.

convertisseurs parallèle analogique-numérique

Ils fonctionnent comme un périphérique série. Calcul formule – (2 ^ n) -1. Pour le cas considéré précédemment, nous avons besoin (2 ^ 3) -1 comparateurs. Pour un fonctionnement en utilisant un ensemble spécifique de ces appareils, dont chacun peut comparer l'entrée et la tension de référence individuelle. convertisseurs analogique-numérique parallèle sont des dispositifs assez rapides. Mais le principe de la construction de ces dispositifs est que pour soutenir leur efficacité nécessite une puissance importante. Par conséquent, leur utilisation dans la batterie-alimenté inappropriée.

convertisseur analogique-numérique avec équilibrage successifs

Il fonctionne sur la même manière que l'appareil précédent. Par conséquent, afin d'expliquer le fonctionnement de l'ADC d'équilibrage successifs, le principe de fonctionnement pour les débutants sera considéré littéralement sur les doigts. Dans ces dispositifs basés sur le phénomène de la dichotomie. En d'autres termes, la comparaison est effectuée en série valeur mesurée avec une certaine partie de la valeur maximale. Peut prendre des valeurs ½, 1/8, 1/16 et ainsi de suite. Par conséquent, le convertisseur analogique-numérique peut effectuer le procédé de N itérations successives (étapes). N est égal à la laquelle ADC bits (voir les formules précédemment ci-dessus). Nous avons donc un gain de temps considérable, si elle est particulièrement importante performance technique. Malgré la vitesse considérable, ces dispositifs se caractérisent également par une faible erreur statique.

des convertisseurs analogique-numériques avec équilibrage de charge (delta-sigma)

Il est le type le plus intéressant du dispositif, notamment en raison de son principe de fonctionnement. Elle consiste en ce que les tensions d'entrée sont comparées de sorte que l'intégrateur accumulé. Sont des impulsions d'entrée avec une polarité négative ou positive (cela dépend du résultat de l'opération précédente). Ainsi, on peut dire qu'un tel convertisseur analogique-numérique est un système de suivi simple. Mais cela est juste un exemple de comparaison, afin que vous puissiez comprendre ce que le delta-sigma ADC. Principe du système d'exploitation, mais pour le bon fonctionnement du convertisseur analogique-numérique ne suffit pas. Le résultat final est un flot ininterrompu de uns et de zéros, qui passe à travers un filtre passe-bas numérique. Ils forment une certaine séquence de bits. Distinguer les convertisseurs ADC du premier et du second ordre.

L'intégration de convertisseur analogique-numérique

Ceci est un cas particulier de ce dernier, qui sera considérée comme faisant partie de l'article. Ensuite, nous allons décrire le fonctionnement de ces appareils, mais à un niveau général. Ce ADC est convertisseur analogique-numérique avec l'intégration push-pull. Pour répondre à un tel dispositif peut être un multimètre numérique. Et ce n'est pas surprenant, parce qu'ils offrent une grande précision et en même temps bien supprimer les interférences.

Maintenant, concentrons-nous sur son principe de fonctionnement. Elle réside dans le fait que le condensateur d'entrée est chargé pendant un temps fixe. En règle générale, cette période est une de la fréquence du réseau qui alimente le dispositif (50 Hz ou 60 Hz). Il peut également être un multiple. Ainsi, le bruit à haute fréquence est supprimée. Dans le même temps nivelé influence instable source d'alimentation de tension d'électricité sur la précision du résultat.

Lorsque le temps de charge se termine convertisseur analogique-numérique, le condensateur commence à se décharger à une vitesse fixe particulier. Dispositif de compteur interne compte le nombre d'impulsions d'horloge qui sont générés au cours de ce processus. Ainsi, plus l'intervalle de temps, plus les performances.

l' intégration ADC ont une grande précision deux temps et la résolution. En raison de cela, ainsi que la construction d'une structure relativement simple, ils sont exécutés comme une puce. Le principal inconvénient d'un tel principe de travail – selon le réseau de la performance. Rappelez-vous que ses capacités sont liées à la durée de la période d'alimentation en fréquence.

Voici comment la double intégration ADC. Le principe de fonctionnement du dispositif, même si elle est assez complexe, mais il fournit des indicateurs de qualité. Dans certains cas, cela est tout simplement indispensable.

Choisissez APC nous avec le principe nécessaire

Disons que nous sommes confrontés à une tâche spécifique. Lequel choisir l'appareil afin qu'il puisse répondre à tous nos besoins? Tout d'abord, nous allons parler de la résolution et la précision. Très souvent, ils sont confus, bien que dans la pratique, ils sont très dépendants faiblement sur le second. A noter que le convertisseur analogique-numérique de 12 bits peut être moins précis que le 8-bit. Dans ce cas, la résolution – est une mesure de la quantité de segments peut être attribué à la plage d'entrée de signal mesurée. Ainsi, ADC 8 bits possède 2 août = 256 ces unités.

Précision – est le résultat de la conversion totale obtenue écart par rapport aux valeurs idéales, qui doivent être à une tension d'entrée donnée. Autrement dit, le premier paramètre caractérise le potentiel qui a l'ADC, et le second montre ce que nous avons dans la pratique. Par conséquent, nous pouvons intervenir et type plus simple (par exemple, des convertisseurs analogique-numérique directe), qui répondra aux exigences en raison de sa grande précision.

Pour avoir une idée de ce qu'il faut pour commencer à calculer les paramètres physiques et construire une formule mathématique de l'interaction. elles sont importantes erreurs statiques et dynamiques, parce que lors de l'utilisation des différents éléments et principes de construction du dispositif, ils auront un impact différent sur ses performances. Des informations plus détaillées sont disponibles dans la documentation technique fournie par le fabricant de chaque appareil spécifique.

exemple

Regardons l'ADC SC9711. Le principe de fonctionnement de ce dispositif est complexe en raison de sa taille et de la capacité. En parlant de ce dernier, il convient de noter qu'ils sont vraiment diverses. Ainsi, par exemple, la fréquence de fonctionnement possible varie de 10 Hz à 10 MHz. En d'autres termes, il peut faire 10 millions d'échantillons par seconde! Et l'appareil lui-même n'est pas quelque chose de solide, et a une construction modulaire de la structure. Mais il est généralement utilisé dans des applications complexes où vous avez besoin de travailler avec un grand nombre de signaux.

conclusion

Comme vous pouvez le voir, ont intrinsèquement différents ADCs principes de fonctionnement. Cela nous permet de sélectionner l'appareil qui satisfera les besoins liés et permettent ainsi une utilisation raisonnable des ressources disponibles.