Αναλογικός σε ψηφιακός μετατροπέας | Λειτουργεί | Σημαντικοί τύποι και εφαρμογές

Περιεχόμενο

· Αναλογικός σε ψηφιακό μετατροπέα (ADC)

· Αρχή εργασίας ενός αναλογικού σε ψηφιακό μετατροπέα

· Ηλεκτρικό σύμβολο αναλογικού σε ψηφιακό μετατροπέα

· Τύποι αναλογικού-ψηφιακού μετατροπέα και επεξηγήσεις

· Εφαρμογές αναλογικού σε ψηφιακό μετατροπέα

· Δοκιμή ενός μετατροπέα αναλογικού σε ψηφιακό

· Ένα ADC IC

Ορισμός & Επισκόπηση του Αναλογικού σε ψηφιακό Μετατροπέα

Ένας αναλογικός σε ψηφιακό μετατροπέα είναι μια ηλεκτρονική συσκευή. Όπως προβλέπει το όνομα, το παρεχόμενο αναλογικό σήμα μετατρέπεται σε ψηφιακό σήμα που παράγεται στην έξοδο. Τα αναλογικά σήματα όπως η φωνή που καταγράφεται από ένα μικρόφωνο μπορούν να μετατραπούν σε ψηφιακό σήμα χρησιμοποιώντας έναν αναλογικό σε ψηφιακό μετατροπέα. 

Ένας αναλογικός σε ψηφιακό μετατροπέα είναι επίσης γνωστός ως ADC και A σε D μετατροπέας, κ.λπ.

Εργασία αναλογικού σε ψηφιακό μετατροπέα

Ένα αναλογικό σήμα ορίζεται ως το σήμα συνεχούς και συνεχούς πλάτους. Ταυτόχρονα, ένα ψηφιακό σήμα ορίζεται ως το σήμα διακριτού χρόνου και διακριτού πλάτους. Ένα αναλογικό σήμα μετατρέπεται σε ψηφιακό σήμα με τη βοήθεια ενός μετατροπέα αναλογικού σε ψηφιακό. Ο μετασχηματισμός έχει πολλά βήματα, όπως δειγματοληψία, κβαντοποίηση και άλλα. Η διαδικασία δεν είναι συνεχής. Αντίθετα, είναι περιοδική και περιορίζει το επιτρεπόμενο εύρος ζώνης του σήματος εισόδου.

Ένας μετατροπέας αναλογικού σε ψηφιακό λειτουργεί με βάση το θεώρημα δειγματοληψίας Nyquist-Shannon. Δηλώνει ότι - ένα σήμα εισόδου μπορεί να ανακτηθεί από την έξοδο δειγματοληψίας του εάν ο ρυθμός δειγματοληψίας είναι δύο φορές μεγαλύτερος από ή ίσος με το στοιχείο υψηλότερης συχνότητας που υπάρχει στο σήμα εισόδου.

Υπάρχουν αρκετές παράμετροι για τη μέτρηση της απόδοσης ενός μετατροπέα αναλογικού σε ψηφιακό. Το εύρος ζώνης του σήματος εξόδου, ο λόγος σήματος προς θόρυβο είναι μερικές από τις παραμέτρους.

Ηλεκτρικό σύμβολο ενός ADC

Το παρακάτω σύμβολο αντιπροσωπεύει έναν αναλογικό σε ψηφιακό μετατροπέα (ADC).

Σύμβολο αναλογικού σε ψηφιακό μετατροπέα

Τύποι μετατροπέων αναλογικού σε ψηφιακό

Η μετατροπή αναλογικών σημάτων εισόδου σε ψηφιακά σήματα μπορεί να επιτευχθεί μέσω διαφορετικών διαδικασιών. Ας συζητήσουμε λεπτομερώς μερικούς από τους τύπους -

A. Flash ADC

Το Flash ADC είναι γνωστό ως αναλογικός σε ψηφιακό μετατροπέα τύπου άμεσης μετατροπής. Είναι ένας από τους ταχύτερους τύπους μετατροπέων αναλογικού σε ψηφιακό. Περιλαμβάνει μια σειρά συγκριτών με τους ακροδέκτες αντιστροφής συνδεδεμένους σε μια σκάλα διαχωριστή τάσης και τους μη αντιστρεπτικούς ακροδέκτες συνδεδεμένους με το αναλογικό σήμα εισόδου.

Όπως δείχνει το κύκλωμα, μια σκάλα αντιστάσεων αντιστοιχίζεται με τάση αναφοράς ή κατωφλίου. Ένας συγκριτής χρησιμοποιείται σε κάθε βρύση της σκάλας των αντιστάσεων. Στη συνέχεια, υπάρχει ένα στάδιο ενίσχυσης και μετά από αυτό, ο κώδικας δημιουργείται ως δυαδικές τιμές (0 και 1). Χρησιμοποιείται επίσης ενισχυτής. Ο ενισχυτής ενισχύει τη διαφορά τάσης από τους συγκριτές και επίσης καταστέλλει την αντιστάθμιση σύγκρισης.

Εάν η μετρούμενη τάση είναι πάνω από το όριο τάσης, τότε η δυαδική έξοδος θα είναι μία και εάν η μετρούμενη τάση είναι μικρότερη από τη δυαδική εργασία θα είναι 0.

Τα πρόσφατα βελτιωμένα ADC τροποποιούνται με ψηφιακά συστήματα διόρθωσης σφαλμάτων, βαθμονομήσεις όφσετ και επίσης, είναι μικρότερου μεγέθους. Οι ADC είναι τώρα διαθέσιμοι σε ολοκληρωμένα κυκλώματα (IC).

Αυτός ο τύπος μετατροπέων αναλογικού σε ψηφιακό έχει υψηλό ρυθμό δειγματοληψίας. Έτσι, έχει εφαρμογές σε συσκευές υψηλής συχνότητας. Η ανίχνευση με ραντάρ, ραδιόφωνα ευρείας ζώνης, διάφορος εξοπλισμός δοκιμών είναι μερικά από αυτά. Η μνήμη Flash NAND χρησιμοποιεί επίσης μετατροπείς αναλογικού σε ψηφιακό τύπου φλας για αποθήκευση έως και 3 bit σε ένα κελί.

Τα ADC τύπου φλας είναι ταχύτερα στην ταχύτητα λειτουργίας, απλά στα κυκλώματα και η μετατροπή συμπίπτει αντί για διαδοχικά. Ωστόσο, αυτά απαιτούν σημαντικούς αριθμούς συγκρίσεων από διαφορετικούς τύπους ADC.


Τύπος Flash ADC
Πιστωτική εικόνα: Jon Guerber, Flash ADCCC-BY 3.0

Β. Διαδοχικός τύπος προσέγγισης ADC

Ο διαδοχικός τύπος προσέγγισης ADC είναι ένας άλλος τύπος μετατροπέα αναλογικού σε ψηφιακό που χρησιμοποιεί δυαδική αναζήτηση μέσω επιπέδων κβαντοποίησης πριν από τη μετατροπή στον ψηφιακό τομέα.

Η όλη διαδικασία χωρίζεται σε διαφορετικές υπο-διαδικασίες. Υπάρχει ένα άφθονο και κρατημένο κύκλωμα, το οποίο παίρνει την αναλογική είσοδο, Vin. Στη συνέχεια, υπάρχει ένας συγκριτής που συγκρίνει την αναλογική τάση εισόδου με τον εσωτερικό μετατροπέα ψηφιακού σε αναλογικό. Υπάρχει επίσης ένας διαδοχικός καταχωρητής προσέγγισης (SAR), ο οποίος λαμβάνει την είσοδο ως παλμός ρολογιού και δεδομένα σύγκρισης.

Το SAR αρχικοποιείται κυρίως για να κάνει το MSB (το πιο σημαντικό bit) ως λογικό υψηλό ή 1. Αυτός ο κωδικός παρέχεται στον μετατροπέα ψηφιακού σε αναλογικό, ο οποίος παρέχει επιπλέον το αναλογικό ισοδύναμο με το κύκλωμα σύγκρισης σε σύγκριση με το αναλογικό σήμα εισόδου του δείγματος . Εάν η τάση είναι μεγαλύτερη από την τάση εισόδου, τότε ο συγκριτής επαναφέρει το bit. Διαφορετικά, το κομμάτι έχει μείνει όπως είναι. Μετά από αυτό, το επόμενο bit έχει οριστεί σε ψηφιακό και ολόκληρη η διαδικασία γίνεται ξανά έως ότου δοκιμαστεί κάθε bit του διαδοχικού καταχωρητή προσέγγισης. Η τελική έξοδος είναι η ψηφιακή έκδοση του αναλογικού σήματος εισόδου.

Υπάρχουν δύο τύποι διαδοχικών τύπων διαδοχικών μετατροπών αναλογικού σε ψηφιακό. Είναι - Τύπος μετρητή και τύπος παρακολούθησης σερβο.

Αυτοί οι τύποι ADC δίνουν τα πιο ακριβή αποτελέσματα από άλλους τύπους ADC.

Διαδοχικός τύπος προσέγγισης ADC
Πιστωτική εικόνα: White Flye, Διάγραμμα μπλοκ SA ADCCC BY-SA 2.5

Γ. Ενσωμάτωση τύπου ADC

Όπως υποδηλώνει το όνομα, αυτός ο τύπος ADC μετατρέπει το αναλογικό σήμα εισόδου συνεχούς και συνεχούς πλάτους σε ψηφιακό σήμα χρησιμοποιώντας έναν ολοκληρωτή (έναν ολοκληρωτή) για να εφαρμόσει έναν λειτουργικό ενισχυτή που λαμβάνει ένα συνηθισμένο σήμα εισόδου και δίνει σήμα εξόδου ολοκληρωμένου χρόνου).

Μια άγνωστη αναλογική τάση εισόδου εφαρμόζεται στο τερματικό εισόδου και αφήνεται να κλιμακωθεί για μια ορισμένη περίοδο, γνωστή ως περίοδος λειτουργίας. Στη συνέχεια εφαρμόζεται μια προκαθορισμένη τάση αναφοράς αντίθετης πολικότητας στο κύκλωμα ολοκλήρωσης. Αυτό επιτρέπεται επίσης να βελτιωθεί μέχρι και εκτός εάν ο ολοκληρωτής δίνει την έξοδο ως μηδέν. Αυτή τη φορά είναι γνωστή ως περίοδος μείωσης.

Ο χρόνος μείωσης υπολογίζεται γενικά σε μονάδες του ρολογιού ADC. Έτσι, ο μεγαλύτερος χρόνος ενοποίησης οδηγεί σε υψηλότερη ανάλυση. Η ταχύτητα αυτού του τύπου μετατροπέα μπορεί να βελτιωθεί συμβιβαστικά με τη λύση.

Καθώς η ταχύτητα και η ανάλυση είναι αντιστρόφως ανάλογες, αυτός ο τύπος μετατροπέων δεν βρίσκει εφαρμογές επεξεργασίας ψηφιακού σήματος ή επεξεργασίας ήχου. Κατά προτίμηση, χρησιμοποιούνται σε μετρητές ψηφιακής μέτρησης (αμπερόμετρα, βολτόμετρα κ.λπ.) και σε άλλα όργανα όπου η υψηλή ακρίβεια είναι ζωτικής σημασίας.

Αυτός ο τύπος ADC έχει δύο είδη - αντιστάθμιση εξισορρόπησης φορτίου σε ψηφιακό μετατροπέα και Dual-slope ADC.

Ενσωμάτωση ADC, Πιστωτική εικόνα: Scottr9 Αγγλικά WikipediaΕνισχυμένη διπλή κλίση, Wikimedia Commons

D. Wilkinson ADC

- Η DH Wilkinson σχεδίασε για πρώτη φορά αυτόν τον τύπο μετατροπέα αναλογικού σε ψηφιακό το 1950.

Αρχικά, ο πυκνωτής φορτίζεται. Ένας συγκριτής ελέγχει αυτήν την κατάσταση. Αφού φτάσει σε αυτό το καθορισμένο επίπεδο, τώρα ο πυκνωτής αρχίζει να εκφορτώνει γραμμικά, παράγοντας ένα σήμα ράμπας. Ένας παλμός πύλης ξεκινά επίσης στο μεταξύ. Ο παλμός της πύλης παραμένει αναμμένος για τον υπόλοιπο χρόνο ενώ ο πυκνωτής εκφορτώνεται. Αυτός ο παλμός πύλης λειτουργεί περαιτέρω μια γραμμική πύλη που λαμβάνει περαιτέρω είσοδο από ένα ρολόι ταλαντωτή υψηλής συχνότητας. Τώρα, όταν ο παλμός πύλης είναι ΟΝ, μετρώνται αρκετοί παλμοί ρολογιού από τον καταχωρητή διευθύνσεων.

Ε. Time Stretch Analog to Digital Converter (TS - ADC):

Αυτός ο τύπος μετατροπέα αναλογικού σε ψηφιακό λειτουργεί σε συνδυασμένη τεχνολογία ηλεκτρονικών και άλλων τεχνολογιών.

Μπορεί να ψηφιοποιήσει ένα πολύ υψηλό σήμα εύρους ζώνης που δεν μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας ένα συνηθισμένο ADC. Αυτό συχνά ονομάζεται "Photonic Time Stretch Digitizer".

Δεν είναι μόνο αναλογικό με ψηφιακό, αλλά και χρησιμοποιείται για εξοπλισμό σε πραγματικό χρόνο υψηλής απόδοσης, όπως η απεικόνιση και η φασματοσκοπία.

Υπάρχουν πολλοί άλλοι τύποι άλλων μετατροπέων αναλογικού σε ψηφιακό.

  • Το ADC με κωδικοποίηση Delta
  • Το Pipelined ADC,
  • Το Sigma-delta ADC,
  • Οι χρονικά παρεμβαλλόμενοι ADC κ.λπ.

Τι είναι το DAC; Μάθετε περισσότερα για τον ψηφιακό σε αναλογικό μετατροπέα! Κάντε κλικ για να μάθετε!

Εφαρμογές του ADC

Ο αναλογικός σε ψηφιακό μετατροπέα είναι μια από τις πιο σημαντικές ηλεκτρονικές συσκευές σε αυτήν τη σύγχρονη εποχή. Αυτή είναι μια εποχή ψηφιοποίησης, αλλά ο κόσμος μας είναι αναλογικός σε πραγματικό χρόνο. Η μετατροπή αναλογικών δεδομένων στον ψηφιακό τομέα είναι η ανάγκη αυτής της ώρας. Γι 'αυτό είναι τόσο σημαντικοί. Μερικές από τις σημαντικές εφαρμογές ενός ADC είναι - 

A. Επεξεργασία ψηφιακού σήματος

- Οι αναλογικοί σε ψηφιακοί μετατροπείς είναι απαραίτητοι για την επεξεργασία, την τροποποίηση, την επεξεργασία, την αποθήκευση και τη μεταφορά δεδομένων από το αναλογικό πεδίο στην ψηφιακή περιοχή. Οι μικροελεγκτές, οι ψηφιακοί παλμογράφοι και το κρίσιμο λογισμικό βρίσκουν εφαρμογές σε αυτόν τον τομέα. Συσκευές όπως ψηφιακοί παλμογράφοι μπορούν να αποθηκεύσουν κυματομορφές για μελλοντική χρήση, ενώ ένα αναλογικό παλμογράφο δεν μπορεί.

Β. Μικροελεγκτές

- Οι μικροελεγκτές κάνουν μια συσκευή έξυπνη. Προς το παρόν, σχεδόν όλοι οι μικροελεγκτές έχουν αναλογικούς προς ψηφιακούς μετατροπείς μέσα τους. Το πιο συνηθισμένο παράδειγμα μπορεί να είναι το Arduino. (Είναι ενσωματωμένο σε μικροελεγκτή ATMega328p) Το Arduino παρέχει μια χρήσιμη λειτουργία του «analogRead ()», η οποία λαμβάνει αναλογικά σήματα εισόδου και επιστρέφει ψηφιακά δεδομένα που δημιουργούνται από το ADC.

Γ. Επιστημονικά όργανα

- Οι ADC είναι χρήσιμοι για την κατασκευή διαφόρων απαραίτητων ηλεκτρονικών οργάνων και συστημάτων. Η ψηφιακή απεικόνιση για την ψηφιοποίηση εικονοστοιχείων, τεχνολογιών ραντάρ και πολλών συστημάτων τηλεπισκόπησης είναι ένα παράδειγμα. Συσκευές όπως αισθητήρες παράγουν ένα αναλογικό σήμα για τη μέτρηση της θερμοκρασίας, της έντασης του φωτός, της ευαισθησίας του φωτός, της υγρασίας του αέρα, της πίεσης του αέρα, του pH ενός διαλύματος κ.λπ.

Δ. Επεξεργασία ήχου:

- Το ADC έχει ζωτική εφαρμογή στον τομέα της επεξεργασίας ήχου. Η ψηφιοποίηση της μουσικής βελτιώνει την ποιότητα της μουσικής. Οι αναλογικές φωνές εγγράφονται μέσω μικροφώνων. Στη συνέχεια αποθηκεύονται σε ψηφιακές πλατφόρμες χρησιμοποιώντας ένα ADC. Πολλές μελωδίες που ηχογραφούν στούντιο καταγράφουν σε μορφές PCM ή DSD και στη συνέχεια δείγματα προς τα κάτω για ψηφιακές παραγωγές ήχου. Χρησιμοποιούνται για μετάδοση σε τηλεοράσεις και ραδιόφωνα.

Δοκιμή αναλογικού σε ψηφιακό μετατροπέα

Για να δοκιμάσουμε έναν αναλογικό σε ψηφιακό μετατροπέα, πρώτα απ 'όλα, χρειαζόμαστε μια αναλογική πηγή τάσης εισόδου και ηλεκτρονικό εξοπλισμό για την αποστολή και τον έλεγχο σημάτων και τη λήψη των δεδομένων ψηφιακής εξόδου. Ορισμένοι από τους ADC απαιτούν επίσης μια πηγή σημάτων αναφοράς. Υπάρχουν ορισμένες παράμετροι για τη δοκιμή ενός ADC.

Κάποιοι από αυτούς είναι -

  • Αναλογία σήματος προς θόρυβο (SNR),
  • Ολική αρμονική παραμόρφωση (THD),
  • Ολοκληρωμένη μη γραμμικότητα (INL),
  • Σφάλμα μετατόπισης DC,
  • Σφάλμα κέρδους DC,
  • Διασπορά ισχύος κ.λπ.

ADC IC

Οι ADC διατίθενται στο εμπόριο ως IC στην αγορά. Μερικά από τα κοινά χρησιμοποιούμενα ADC ICs είναι ADC0808, ADC0804, MPC3008, Βρίσκουν εφαρμογές σε συσκευές όπως το Rasberry pi και άλλους επεξεργαστές ή ψηφιακά ηλεκτρονικά κυκλώματα όπου απαιτείται ADC.

Για να μάθετε περισσότερα για τα ηλεκτρονικά Κάνε κλικ εδώ

Σχετικά με τη Sudipta Roy

Είμαι ενθουσιώδης των ηλεκτρονικών και επί του παρόντος αφιερώνω στον τομέα των ηλεκτρονικών και των επικοινωνιών.
Έχω έντονο ενδιαφέρον για την εξερεύνηση σύγχρονων τεχνολογιών όπως η AI & Machine Learning.
Τα γραπτά μου είναι αφιερωμένα στην παροχή ακριβών και ενημερωμένων δεδομένων σε όλους τους μαθητές.
Βοηθώντας κάποιον να αποκτήσει γνώση μου δίνει μεγάλη χαρά.

Ας συνδεθούμε μέσω του LinkedIn - https://www.linkedin.com/in/sr-sudipta/

Αφήστε ένα σχόλιο

Η διεύθυνση email σας δεν θα δημοσιευθεί. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται *

Lambda Geeks