- Τι είναι μια διαδοχική προσέγγιση ADC;
- Εργασία διαδοχικής προσέγγισης ADC
- Χρόνος μετατροπής, ταχύτητα και ανάλυση της διαδοχικής προσέγγισης ADC
- Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της διαδοχικής προσέγγισης ADC
- Εφαρμογές του SAR ADC
Ο Αναλογικός σε Ψηφιακός Μετατροπέας (ADC) είναι ένας τύπος συσκευής που μας βοηθά να επεξεργαζόμαστε τα χαοτικά δεδομένα του πραγματικού κόσμου σε ψηφιακή άποψη. Για να κατανοήσουμε δεδομένα πραγματικού κόσμου όπως θερμοκρασία, υγρασία, πίεση, θέση, χρειαζόμαστε μορφοτροπείς, όλα αυτά μετρούν ορισμένες παραμέτρους και μας δίνουν ένα ηλεκτρικό σήμα πίσω με τη μορφή τάσης και ρεύματος. Δεδομένου ότι η πλειονότητα των συσκευών μας σήμερα είναι ψηφιακές, καθίσταται απαραίτητο να μετατρέπονται αυτά τα σήματα σε ψηφιακά σήματα. Εκεί μπαίνει το ADC, αν και υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί τύποι ADC εκεί έξω, αλλά σε αυτό το άρθρο, θα μιλήσουμε για έναν από τους πιο χρησιμοποιούμενους τύπους ADC που είναι γνωστοί ως διαδοχικές προσεγγίσεις ADC. Σε ένα πρώιμο άρθρο, μιλήσαμε για τη βάση του ADC με τη βοήθεια του Arduino, μπορείτε να το ελέγξετε αν είστε νέοι στα ηλεκτρονικά και θέλετε να μάθετε περισσότερα για το ADC.
Τι είναι μια διαδοχική προσέγγιση ADC;
Το Διαδοχικό Προσέγγιση ADC είναι το ADC της επιλογής για εφαρμογές χαμηλού κόστους μεσαίου έως υψηλής ανάλυσης, η ανάλυση για SAR ADC κυμαίνεται από 8 - 18 bit, με ταχύτητες δείγματος έως 5 μεγάλα δείγματα ανά δευτερόλεπτο (Msps). Επίσης, μπορεί να κατασκευαστεί σε συντελεστή μικρής μορφής με χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, γι 'αυτό αυτός ο τύπος ADC χρησιμοποιείται για φορητά όργανα με μπαταρία.
Όπως υποδηλώνει το όνομα, αυτό το ADC εφαρμόζει έναν αλγόριθμο δυαδικής αναζήτησης για τη μετατροπή των τιμών, γι 'αυτό το εσωτερικό κύκλωμα μπορεί να εκτελείται σε αρκετά MHZ, αλλά ο πραγματικός ρυθμός δειγματοληψίας είναι πολύ μικρότερος λόγω του αλγόριθμου διαδοχικής προσέγγισης. Συζητάμε περισσότερα για αυτό αργότερα σε αυτό το άρθρο.
Εργασία διαδοχικής προσέγγισης ADC
Η εικόνα εξωφύλλου δείχνει το βασικό διαδοχικό κύκλωμα ADC προσέγγισης. Αλλά για να κατανοήσουμε την αρχή λειτουργίας λίγο καλύτερα, θα χρησιμοποιήσουμε μια έκδοση 4-bit αυτής. Η παρακάτω εικόνα δείχνει ακριβώς αυτό.
Όπως μπορείτε να δείτε, αυτό το ADC αποτελείται από έναν συγκριτή, έναν ψηφιακό σε αναλογικό μετατροπέα και έναν διαδοχικό καταχωρητή προσέγγισης μαζί με το κύκλωμα ελέγχου. Τώρα, κάθε φορά που ξεκινά μια νέα συνομιλία, το δείγμα και το κύκλωμα παραμονής δείγματα του σήματος εισόδου. Και αυτό το σήμα συγκρίνεται με το συγκεκριμένο σήμα εξόδου του DAC.
Ας πούμε, το σήμα εισόδου του δείγματος είναι 5,8V. Η αναφορά του ADC είναι 10V. Όταν ξεκινά η μετατροπή, ο διαδοχικός καταχωρητής προσέγγισης ορίζει το πιο σημαντικό bit στο 1 και όλα τα άλλα bit στο μηδέν. Αυτό σημαίνει ότι η τιμή γίνεται 1, 0, 0, 0, που σημαίνει, για τάση αναφοράς 10V, το DAC θα παράγει τιμή 5V που είναι η μισή από την τάση αναφοράς. Τώρα αυτή η τάση θα συγκριθεί με την τάση εισόδου και με βάση την έξοδο του συγκριτή, η έξοδος του διαδοχικού καταχωρητή προσέγγισης θα αλλάξει. Η παρακάτω εικόνα θα την αποσαφηνίσει περισσότερο. Επιπλέον, μπορείτε να δείτε έναν γενικό πίνακα αναφοράς για περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με το DAC. Προηγουμένως έχουμε κάνει πολλά έργα σε ADC και DAC, μπορείτε να τα ελέγξετε για περισσότερες πληροφορίες.
Αυτό σημαίνει ότι εάν το Vin είναι μεγαλύτερο από την έξοδο του DAC, το πιο σημαντικό bit θα παραμείνει ως έχει και το επόμενο bit θα ρυθμιστεί για μια νέα σύγκριση. Διαφορετικά, εάν η τάση εισόδου είναι μικρότερη από την τιμή DAC, το πιο σημαντικό bit θα οριστεί στο μηδέν και το επόμενο bit θα οριστεί σε 1 για μια νέα σύγκριση. Τώρα, εάν δείτε την παρακάτω εικόνα, η τάση DAC είναι 5V και καθώς είναι μικρότερη από την τάση εισόδου, το επόμενο bit πριν το πιο σημαντικό bit θα οριστεί σε ένα και άλλα bit θα μηδενιστούν, αυτή η διαδικασία θα συνεχιστεί έως ότου τιμή πλησιέστερη προς την τάση εισόδου.
Με αυτόν τον τρόπο η διαδοχική προσέγγιση ADC αλλάζει 1 bit κάθε φορά για να προσδιορίσει την τάση εισόδου και να παράγει την τιμή εξόδου. Και όποια και αν είναι η τιμή σε τέσσερις επαναλήψεις, θα λάβουμε τον ψηφιακό κωδικό εξόδου από την τιμή εισαγωγής. Τέλος, εμφανίζεται μια λίστα με όλους τους πιθανούς συνδυασμούς για μια διαδοχική προσέγγιση 4 bit ADC.
Χρόνος μετατροπής, ταχύτητα και ανάλυση της διαδοχικής προσέγγισης ADC
Χρόνος μετατροπής:
Σε γενικές γραμμές, μπορούμε να πούμε ότι για ένα N bit ADC, θα χρειαστούν N κύκλοι ρολογιού, πράγμα που σημαίνει ότι ο χρόνος μετατροπής αυτού του ADC θα γίνει-
Tc = N x Tclk
* Το Tc είναι σύντομο για το χρόνο μετατροπής.
Και σε αντίθεση με άλλους ADC, ο χρόνος μετατροπής αυτού του ADC είναι ανεξάρτητος από την τάση εισόδου.
Καθώς χρησιμοποιούμε ADC 4-bit, για να αποφύγουμε εφέ ψευδαίσθησης, πρέπει να πάρουμε ένα δείγμα μετά από 4 διαδοχικούς παλμούς ρολογιού.
Ταχύτητα μετατροπής:
Η τυπική ταχύτητα μετατροπής αυτού του τύπου ADC είναι περίπου 2 - 5 Mega δείγματα ανά δευτερόλεπτο (MSPS), αλλά υπάρχουν λίγα που μπορούν να φτάσουν έως και 10 (MSPS). Ένα παράδειγμα θα ήταν το LTC2378 της Linear Technologies.
Ανάλυση:
Η ανάλυση αυτού του τύπου ADC μπορεί να είναι περίπου 8 - 16 bit, αλλά ορισμένοι τύποι μπορούν να φτάσουν τα 20-bits, ένα παράδειγμα μπορεί να είναι ADS8900B από Analog Devices.
Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της διαδοχικής προσέγγισης ADC
Αυτός ο τύπος ADC έχει πολλά πλεονεκτήματα έναντι άλλων. Έχει υψηλή ακρίβεια και χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, ενώ είναι εύκολο στη χρήση και έχει χαμηλό χρόνο καθυστέρησης. Ο χρόνος λανθάνοντος χρόνου είναι ο χρόνος έναρξης της λήψης σήματος και ο χρόνος κατά τον οποίο τα δεδομένα είναι διαθέσιμα για ανάκτηση από το ADC, συνήθως αυτός ο χρόνος λανθάνοντος χρόνου ορίζεται σε δευτερόλεπτα. Ωστόσο, ορισμένα φύλλα δεδομένων αναφέρονται σε αυτήν την παράμετρο ως κύκλους μετατροπών, σε ένα συγκεκριμένο ADC εάν τα δεδομένα είναι διαθέσιμα για ανάκτηση εντός ενός κύκλου μετατροπών, μπορούμε να πούμε ότι έχει καθυστέρηση ενός κύκλου συνομιλίας. Και αν τα δεδομένα είναι διαθέσιμα μετά από κύκλους Ν, μπορούμε να πούμε ότι έχει καθυστέρηση ενός κύκλου μετατροπής. Ένα σημαντικό μειονέκτημα του SAR ADC είναι η πολυπλοκότητα σχεδιασμού και το κόστος παραγωγής.
Εφαρμογές του SAR ADC
Δεδομένου ότι αυτό είναι ένα συνηθέστερα χρησιμοποιούμενο ADC, χρησιμοποιείται για πολλές εφαρμογές όπως χρήσεις σε βιοϊατρικές συσκευές που μπορούν να εμφυτευτούν στον ασθενή, αυτοί οι τύποι ADC χρησιμοποιούνται επειδή καταναλώνει πολύ λιγότερη ισχύ. Επίσης, πολλά έξυπνα ρολόγια και αισθητήρες χρησιμοποίησαν αυτόν τον τύπο ADC.
Εν ολίγοις, μπορούμε να πούμε ότι τα κύρια πλεονεκτήματα αυτού του τύπου ADC είναι η χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, η υψηλή ανάλυση, ο μικρός συντελεστής μορφής και η ακρίβεια. Αυτός ο τύπος χαρακτήρα το καθιστά κατάλληλο για ολοκληρωμένα συστήματα. Ο κύριος περιορισμός μπορεί να είναι ο χαμηλός ρυθμός δειγματοληψίας και τα εξαρτήματα που απαιτούνται για την κατασκευή αυτού του ADC, το οποίο είναι DAC, και ένα συγκριτικό, και τα δύο αυτά πρέπει να εργαστούν πολύ με ακρίβεια για να λάβουν ένα ακριβές αποτέλεσμα.