- Kas ir secīga tuvināšanas ADC?
- Secīgas tuvināšanas ADC darbība
- Reklāmguvumu laiks, ātrums un secīgas tuvināšanas ADC izšķirtspēja
- ADC secīgas tuvināšanas priekšrocības un trūkumi
- SAR ADC pielietojums
Analogciparu pārveidotājs (ADC) ir veida ierīce, kas palīdz mums apstrādāt haotiskā patiesu datu digitālā viedokļa. Lai saprastu reālos datus, piemēram, temperatūru, mitrumu, spiedienu, stāvokli, mums ir nepieciešami pārveidotāji, visi no tiem mēra noteiktus parametrus un dod mums atpakaļ elektrisko signālu sprieguma un strāvas formā. Tā kā mūsdienās lielākā daļa mūsu ierīču ir digitālas, šos signālus jāpārvērš ciparu signālos. Tieši tur ienāk ADC, lai gan tur ir daudz dažādu veidu ADC, taču šajā rakstā mēs runāsim par vienu no visbiežāk izmantotajiem ADC veidiem, kas ir pazīstami kā secīga ADC tuvināšana. Agrīnā rakstā mēs esam runājuši par ADC pamatu ar Arduino palīdzību, to varat pārbaudīt, ja esat jauns elektronikas lietotājs un vēlaties uzzināt vairāk par ADC.
Kas ir secīga tuvināšanas ADC?
Secīgu tuvināšanu ADC ir ADC izvēles zemu izmaksu vidēja līdz augstas izšķirtspējas lietojumiem, izšķirtspēja SAR ADCs svārstās no 8 - 18 biti ar parauga ātrumu līdz 5 mega paraugos sekundē (MSPS). Turklāt to var konstruēt nelielā formātā ar mazu enerģijas patēriņu, tāpēc šāda veida ADC tiek izmantots portatīviem instrumentiem, kas darbojas ar akumulatoru.
Kā norāda nosaukums, šī ADC vērtību konvertēšanai izmanto bināro meklēšanas algoritmu, tāpēc iekšējā shēma, iespējams, darbojas ar vairākiem MHZ, bet faktiskās izlases ātrums ir daudz mazāks secīgas aproksimācijas algoritma dēļ. Mēs par to vairāk apspriedīsim vēlāk šajā rakstā.
Secīgas tuvināšanas ADC darbība
Vāka attēlā parādīta ADC ķēde pēc kārtas pēc kārtas. Bet, lai mazliet labāk izprastu darba principu, mēs izmantosim tā 4 bitu versiju. Zemāk redzamais attēls parāda tieši to.
Kā redzat, šo ADC veido salīdzinātājs, digitālais līdz analogais pārveidotājs un secīgs tuvināšanas reģistrs kopā ar vadības ķēdi. Tagad, kad sākas jauna saruna, izlases un aizturēšanas ķēde ievada ieejas signālu. Un šo signālu salīdzina ar DAC specifisko izejas signālu.
Tagad pieņemsim, ka izlases ievades signāls ir 5,8 V. ADC atsauce ir 10V. Kad sākas konvertēšana, secīgais aproksimācijas reģistrs nozīmīgāko bitu iestata uz 1 un visiem pārējiem bitiem uz nulli. Tas nozīmē, ka vērtība kļūst par 1, 0, 0, 0, kas nozīmē, ka 10 V atsauces spriegumam DAC radīs vērtību 5 V, kas ir puse no standarta sprieguma. Tagad šis spriegums tiks salīdzināts ar ieejas spriegumu un, pamatojoties uz salīdzinājuma izeju, tiks mainīta secīgā aproksimācijas reģistra izeja. Zemāk redzamais attēls to vairāk paskaidros. Turklāt, lai iegūtu sīkāku informāciju par DAC, varat apskatīt vispārēju atsauces tabulu. Iepriekš mēs esam izstrādājuši daudzus projektus ADC un DAC, lai uzzinātu vairāk, skatiet tos.
Tas nozīmē, ja Vins ir lielāks par DAC izvadi, nozīmīgākais bits paliks tāds, kāds tas ir, un nākamais bits tiks iestatīts jaunam salīdzinājumam. Pretējā gadījumā, ja ieejas spriegums ir mazāks par DAC vērtību, vissvarīgākais bits tiks iestatīts uz nulli, un nākamais bits tiks iestatīts uz 1 jaunam salīdzinājumam. Tagad, ja redzat zemāk redzamo attēlu, DAC spriegums ir 5 V un, tā kā tas ir mazāks par ieejas spriegumu, nākamais bits pirms nozīmīgākā bita tiks iestatīts uz vienu, un citi biti tiks iestatīti uz nulli, šis process turpināsies līdz sasniedz vistuvāk ieejas spriegumam.
Tā secīgā aproksimācija ADC maina vienu bitu vienlaikus, lai noteiktu ieejas spriegumu un iegūtu izejas vērtību. Neatkarīgi no vērtības, kas varētu būt četrās atkārtojumos, mēs iegūsim izejas digitālo kodu no ievades vērtības. Visbeidzot, visu iespējamo kombināciju saraksts četru bitu secīgai tuvināšanai ADC ir parādīts zemāk.
Reklāmguvumu laiks, ātrums un secīgas tuvināšanas ADC izšķirtspēja
Reklāmguvuma laiks:
Kopumā mēs varam teikt, ka N bitu ADC, tas prasīs N pulksteņa ciklus, kas nozīmē, ka šī ADC pārveidošanas laiks kļūs
Tc = N x Tclk
* Tc ir īss reklāmguvuma laiks.
Un atšķirībā no citiem ADC, šī ADC pārveidošanas laiks nav atkarīgs no ieejas sprieguma.
Tā kā mēs izmantojam 4 bitu ADC, lai izvairītos no aliasing efektiem, mums jāņem paraugs pēc 4 secīgiem pulksteņa impulsiem.
Reklāmguvuma ātrums:
Šāda veida ADC tipiskais konversijas ātrums ir aptuveni 2–5 mega paraugi sekundē (MSPS), taču ir maz tādu, kas var sasniegt pat 10 (MSPS). Kā piemēru varētu minēt Linear Technologies LTC2378.
Izšķirtspēja:
Šāda veida ADC izšķirtspēja var būt aptuveni 8 - 16 biti, bet daži veidi var sasniegt pat 20 bitus, piemēram, Analog Devices var būt ADS8900B.
ADC secīgas tuvināšanas priekšrocības un trūkumi
Šāda veida ADC ir daudz priekšrocību salīdzinājumā ar citiem. Tam ir augsta precizitāte un zems enerģijas patēriņš, turpretī to ir viegli lietot un tam ir zems latentuma laiks. Latentuma laiks ir signāla iegūšanas sākuma laiks un laiks, kad dati ir pieejami, lai tos ielādētu no ADC, parasti šis latentuma laiks tiek noteikts sekundēs. Bet arī dažās datu lapās šis parametrs tiek minēts kā reklāmguvumu cikls, konkrētā ADC gadījumā, ja dati ir pieejami izgūšanai vienā reklāmguvumu ciklā, mēs varam teikt, ka tam ir viena sarunu cikla latentums. Un, ja dati ir pieejami pēc N cikliem, mēs varam teikt, ka tiem ir viens konversijas cikla latentums. Galvenais SAR ADC trūkums ir tā dizaina sarežģītība un ražošanas izmaksas.
SAR ADC pielietojums
Tā kā šī ir visbiežāk lietotā ADC, tā tiek izmantota daudzām lietojumprogrammām, piemēram, lietošanai biomedicīnas ierīcēs, kuras var implantēt pacientam, šāda veida ADC tiek izmantoti, jo tas patērē ļoti maz enerģijas. Arī daudzi viedpulksteņi un sensori izmantoja šāda veida ADC.
Apkopojot, mēs varam teikt, ka šāda veida ADC primārās priekšrocības ir mazs enerģijas patēriņš, augsta izšķirtspēja, mazs formas faktors un precizitāte. Šis rakstzīmju veids padara to piemērotu integrētām sistēmām. Galvenais ierobežojums var būt tā zemais paraugu ņemšanas ātrums un detaļas, kas nepieciešamas, lai izveidotu šo ADC, kas ir DAC, un salīdzinātājs, lai iegūtu precīzu rezultātu, abiem no tiem vajadzētu strādāt ļoti precīzi.