Шта је аналогни у дигитални претварач и његов рад

Шта је аналогни у дигитални претварач и његов рад

Скоро сваки еколошки мерљив параметар је у аналогном облику попут температуре, звука, притиска, светлости итд. Узмите у обзир температуру Мониторинг систем при чему прикупљање, анализа и обрада података о температури са сензора није могуће код дигиталних рачунара и процесора. Због тога је овом систему потребан посредни уређај за претварање аналогних података о температури у дигиталне податке како би комуницирао са дигиталним процесорима попут микроконтролера и микропроцесора. Аналогно-дигитални претварач (АДЦ) је електронски интегрисани круг који се користи за претварање аналогних сигнала као што су напони у дигитални или бинарни облик који се састоји од 1с и 0с. Већина АДЦ-а узима напонски улаз од 0 до 10В, -5В до + 5В, итд., И сходно томе производи дигитални излаз као неку врсту бинарног броја.



Шта је аналогни у дигитални претварач?

Претварач који се користи за промену аналогног сигнала у дигитални познат је као аналогно у дигитални претварач или АДЦ претварач. Овај претварач је једна врста интегрисаног кола или ИЦ која претвара сигнал директно из непрекидног облика у дискретни облик. Овај претварач се може изразити у А / Д, АДЦ, А до Д. Инверзна функција ДАЦ-а није ништа друго до АДЦ. Симбол аналогног у дигитални претварач приказан је испод.


Процес претварања аналогног сигнала у дигитални може се извршити на неколико начина. На тржишту су доступни различити типови АДЦ чипова од различитих произвођача попут серије АДЦ08кк. Дакле, једноставни АДЦ се може дизајнирати уз помоћ дискретних компоненти.





Главне карактеристике АДЦ-а су брзина узорковања и разлучивост бита.

  • Брзина узорковања АДЦ није ништа друго до колико брзо АДЦ може претворити сигнал из аналогног у дигитални.
  • Бит резолуција није ништа друго до колику тачност аналогни у дигитални претварач може претворити сигнал из аналогног у дигитални.
Аналогни у дигитални претварач

Аналогни у дигитални претварач



Једна од главних предности АДЦ претварача је велика брзина прикупљања података чак и на мултиплексираним улазима. Изумом широког спектра АДЦ интегрисаних кола (ИЦ), прикупљање података са различитих сензора постаје тачније и брже. Динамичке карактеристике АДЦ-а високих перформанси су побољшана поновљивост мерења, мала потрошња енергије, прецизна пропусност, велика линеарност, одличан однос сигнал-шум (СНР) и тако даље.

Разноврсне примене АДЦ-а су системи за мерење и управљање, индустријска инструментација, комуникациони системи и сви други сензорно засновани системи. Класификација АДЦ-а на основу фактора као што су перформансе, брзине протока, снага, цена итд.


Блок дијаграм АДЦ

Испод је приказан блок дијаграм АДЦ који укључује узорак, задржавање, квантизовање и енкодер. Процес АДЦ се може извести на следећи начин.

Прво, аналогни сигнал се примењује на први блок, односно на узорак где год се може узорковати са тачном фреквенцијом узорковања. Вриједност амплитуде узорка попут аналогне вриједности може се одржавати као и задржати у другом блоку попут Холд. Узорак задржавања може се квантизовати у дискретну вредност кроз трећи блок попут квантизовања. Коначно, последњи блок попут кодера мења дискретну амплитуду у бинарни број.

У АДЦ-у, конверзија сигнала из аналогног у дигитални може се објаснити кроз горњи блок дијаграм.

Узорак

У блоку узорака, аналогни сигнал се може узорковати у тачном временском интервалу. Узорци се користе у континуалној амплитуди и имају стварну вредност, али су дискретни с обзиром на време. Док претвара сигнал, фреквенција узорковања игра битну улогу. Тако се може одржавати прецизном брзином. На основу системског захтева, брзина узорковања може бити фиксна.

Држати

У АДЦ-у, ХОЛД је други блок и он нема никакву функцију, јер једноставно држи амплитуду узорка док се не узме следећи узорак. Дакле, вредност задржавања се не мења до следећег узорка.

Куантизе

У АДЦ, ово је трећи блок који се углавном користи за квантизацију. Главна функција овога је претварање амплитуде из континуиране (аналогне) у дискретну. Вредност континуиране амплитуде унутар блока задржавања креће се кроз блок квантизације да би се претворила у дискретну амплитуду. Сада ће сигнал бити у дигиталном облику јер укључује дискретну амплитуду као и време.

Енкодер

Завршни блок у АДЦ је енкодер који претвара сигнал из дигиталног облика у бинарни. Знамо да дигитални уређај ради помоћу бинарних сигнала. Дакле, потребно је променити сигнал из дигиталног у бинарни уз помоћ кодера. Дакле, ово је цела метода за промену аналогног сигнала у дигитални помоћу АДЦ-а. Време потребно за целокупну конверзију може се обавити у микросекунди.

Процес аналогне у дигиталну конверзију

Постоји много метода за претварање аналогних сигнала у дигиталне. Ови претварачи налазе више апликација као посреднички уређај за претварање сигнала из аналогног у дигитални облик, приказ излаза на ЛЦД-у преко микроконтролера. Циљ А / Д претварача је да одреди излазну сигналну реч која одговара аналогном сигналу. Сада ћемо видети АДЦ 0804. То је 8-битни претварач са 5В напајањем. Као улаз може узети само један аналогни сигнал.

Аналогно-дигитални претварач за сигнал

Аналогно-дигитални претварач за сигнал

Дигитални излаз варира од 0-255. АДЦ-у је потребан сат за рад. Време потребно за претварање аналогне у дигиталну вредност зависи од извора сата. Спољни сат се може дати на ЦЛК ИН пин бр.4. Одговарајући РЦ круг повезан је између сата ИН и пинова сата да би се користио унутрашњи сат. Пин2 је улазни пин - импулс од високог до ниског нивоа доводи податке из унутрашњег регистра у излазне пинове након конверзије. Пин3 је запис - Низак до високи импулс даје се спољном такту. Пин11 до 18 су пинови за податке од МСБ до ЛСБ.

Аналогни у дигитални претварач узоркује аналогни сигнал на свакој падајућој или узлазној ивици такта узорка. У сваком циклусу АДЦ добија аналогни сигнал, мери га и претвара у дигиталну вредност. АДЦ претвара излазне податке у низ дигиталних вредности апроксимирајући сигнал са фиксном прецизношћу.

У АДЦ-има два фактора одређују тачност дигиталне вредности која хвата изворни аналогни сигнал. То су ниво квантизације или брзина протока и брзина узорковања. Доња слика приказује како се одвија аналогна у дигиталну конверзију. Брзина преноса података одлучује о резолуцији дигитализованог излаза и можете видети на доњој слици где се 3-битни АДЦ користи за претварање аналогног сигнала.

Процес аналогне у дигиталну конверзију

Процес аналогне у дигиталну конверзију

Претпоставимо да се сигнал од једног волта мора претворити из дигиталног помоћу 3-битног АДЦ-а као што је приказано доле. Због тога је на располагању укупно 2 ^ 3 = 8 одељења за производњу 1В излаза. Ови резултати 1/8 = 0,125 В називају се минималном променом или нивоом квантизације представљеним за сваку поделу као 000 за 0 В, 001 за 0,125, а исто тако и до 111 за 1 В. Ако повећамо брзине протока попут 6, 8, 12, 14, 16 итд., Добићемо бољу прецизност сигнала. Дакле, брзина протока или квантизација дају најмању излазну промену вредности аналогног сигнала која је резултат промене дигиталног приказа.

Претпоставимо да ако је сигнал око 0-5В и користили смо 8-битни АДЦ, тада је бинарни излаз од 5В 256. А за 3В је 133 као што је приказано доле.

АДЦ Формула

Постоји апсолутна шанса за погрешно представљање улазног сигнала на излазној страни ако се узоркује на фреквенцији различитој од жељене. Стога је друго важно разматрање АДЦ-а стопа узорковања. Никуист-ова теорема наводи да реконструкција стеченог сигнала доводи до изобличења, осим ако се узоркује на (најмање) двострукој брзини од највећег садржаја фреквенције сигнала као што можете приметити на дијаграму. Али ова брзина је 5-10 пута већа од максималне фреквенције сигнала у пракси.

Стопа узорковања аналогног у дигитални претварач

Стопа узорковања аналогног у дигитални претварач

Фактори

Перформансе АДЦ-а могу се проценити кроз његове перформансе на основу различитих фактора. Из тога су у наставку објашњена следећа два главна фактора.

СНР (однос сигнал-шум)

СНР одражава просечни број битова без шума у ​​било ком одређеном узорку.

Проток

Пропусни опсег АДЦ-а може се одредити проценом брзине узорковања. Аналогни извор се може узорковати у секунди да би се произвеле дискретне вредности.

Врсте аналогно-дигиталних претварача

АДЦ је доступан у различитим типовима и неким врстама аналогних у дигиталне претварачи укључују:

  • А / Д конвертор са двоструким нагибом
  • Фласх А / Д конвертер
  • Сукцесивно Приближавање А / Д претварач
  • Полу-блиц АДЦ
  • Сигма-Делта АДЦ
  • Цевовод АДЦ

А / Д конвертор са двоструким нагибом

У овом типу АДЦ претварача, упоредни напон се генерише помоћу интеграторског кола које чине отпорник, кондензатор и операциони појачавач комбинација. Према подешеној вредности Вреф, овај интегратор генерише таласасти облик на свом излазу од нуле до вредности Вреф. Када се започне таласни облик интегратора, бројач почиње да броји од 0 до 2 ^ н-1, где је н број битова АДЦ.

Аналогни у дигитални претварач са двоструким нагибом

Аналогни у дигитални претварач са двоструким нагибом

Када је улазни напон Вин једнак напону таласног облика, тада управљачки круг бележи вредност бројача која је дигитална вредност одговарајуће аналогне улазне вредности. Овај АДЦ са двоструким нагибом је релативно средњи трошак и спори уређај.

Фласх А / Д конвертер

Овај ИЦ претварача АДЦ назива се и паралелни АДЦ, што је најчешће коришћени ефикасни АДЦ у погледу брзине. Ово коло аналогног у дигитални претварач блица састоји се од низа компаратора где сваки упоређује улазни сигнал са јединственим референтним напоном. На сваком упоређивачу излаз ће бити у високом стању када аналогни улазни напон премаши референтни напон. Овај излаз се даље даје кодер приоритета за генерисање бинарног кода заснованог на улазној активности вишег реда игнорисањем других активних улаза. Овај тип блица је скупи и брзи уређај.

Фласх А / Д конвертер

Фласх А / Д конвертер

Узастопни приближни А / Д претварач

САР АДЦ је најсавременији АДЦ ИЦ и много је бржи од дуал-пад и фласх АДЦ-а, јер користи дигиталну логику која конвертује аналогни улазни напон у најближу вредност. Ово коло се састоји од упоређивача, излазних засуна, регистра узастопних апроксимација (САР) и Д / А претварача.

Узастопни приближни А / Д претварач

Узастопни приближни А / Д претварач

На почетку се САР ресетује и како се уводи прелаз ЛОВ то ХИГХ, поставља се МСБ САР-а. Тада се овај излаз даје Д / А претварачу који производи аналогни еквивалент МСБ-а, даље се упоређује са аналогним улазом Вин. Ако је излаз упоређивача ЛОВ, тада ће САР обрисати МСБ, иначе ће МСБ бити постављен на следећу позицију. Овај процес се наставља све док се не испробају сви битови и након К0, САР прави паралелне излазне линије да садрже ваљане податке.

Полу-блиц АДЦ

Ове врсте аналогних у дигиталне претвараче углавном раде приближно према својој ограниченој величини кроз два одвојена блиц претварача, при чему је свака резолуција претварача половина битова за уређај за полуиспирање. Капацитет једног флеш претварача је, он обрађује МСБ-ове (најзначајније битове), док други обрађује ЛСБ (најмање значајне битове).

Сигма-Делта АДЦ

Сигма Делта АДЦ (ΣΔ) прилично је нов дизајн. Они су изузетно спори у поређењу са другим врстама дизајна, али нуде максималну резолуцију за све врсте АДЦ-а. Стога су изузетно компатибилни са аудио апликацијама заснованим на високој верности, међутим, обично се не могу применити свуда где је потребан висок БВ (пропусни опсег).

Цевовод АДЦ

Пипелинисани АДЦ познати су и као подрангирајући квантизатори који су у концепту повезани са узастопним апроксимацијама, иако софистициранији. Док узастопне апроксимације расту кроз сваки корак преласком на следећи МСБ, овај АДЦ користи следећи процес.

  • Користи се за грубу конверзију. Након тога процењује ту промену према улазном сигналу.
  • Овај претварач делује као боља конверзија омогућавајући привремену конверзију са низом битова.
  • Обично цевоводни дизајни нуде централно тло међу САР-има, као и флеш аналогни у дигиталне претвараче, уравнотежујући његову величину, брзину и високу резолуцију.

Примери аналогног у дигитални претварач

У наставку се разматрају примери аналогно-дигиталног претварача.

АДЦ0808

АДЦ0808 је претварач који има 8 аналогних улаза и 8 дигиталних излаза. АДЦ0808 нам омогућава да надгледамо до 8 различитих претварача користећи само један чип. Ово елиминише потребу за спољним подешавањима нуле и пуне скале.

АДЦ0808 ИЦ

АДЦ0808 ИЦ

АДЦ0808 је монолитни ЦМОС уређај, нуди велику брзину, високу тачност, минималну температурну зависност, изврсну дуготрајну тачност и поновљивост и троши минималну снагу. Ове функције чине овај уређај идеалним за апликације од управљања процесима и машинама до потрошачких и аутомобилских апликација. Пин дијаграм АДЦ0808 приказан је на доњој слици:

Карактеристике

Главне карактеристике АДЦ0808 укључују следеће.

  • Једноставан интерфејс за све микропроцесоре
  • Није потребно подешавање нуле или пуне скале
  • 8-канални мултиплексер са адресном логиком
  • Улазни опсег од 0В до 5В са једним напајањем од 5В
  • Излази задовољавају спецификације нивоа напона ТТЛ
  • Пакет чип носача са 28 пинова

Спецификације

Спецификације АДЦ0808 укључују следеће.

  • Резолуција: 8 бита
  • Укупна неприлагођена грешка: ± ½ ЛСБ и ± 1 ЛСБ
  • Једно напајање: 5 ВДЦ
  • Мала снага: 15 мВ
  • Време конверзије: 100 μс

Генерално, улаз АДЦ0808 који треба да се пређе у дигитални облик може се одабрати помоћу три адресне линије А, Б, Ц које су пинови 23, 24 и 25. Величина корака се бира у зависности од постављене референтне вредности. Величина корака је промена аналогног улаза која узрокује јединичну промену на излазу АДЦ-а. АДЦ0808 треба спољни сат за рад, за разлику од АДЦ0804 који има унутрашњи сат.

Непрекидни 8-битни дигитални излаз одговара тренутној вредности аналогног улаза. Најекстремнији ниво улазног напона мора се сразмерно смањити на + 5В.

За АДЦ 0808 ИЦ потребан је тактни сигнал од обично 550 кХз, АДЦ0808 се користи за претварање података у дигитални облик потребан за микроконтролер.

Примена АДЦ0808

АДЦ0808 има много апликација, ми смо дали неке примене на АДЦ:

Из доњег круга, икона за сат, старт и ЕОЦ повезани су на микроконтролер. Генерално, овде имамо 8 улаза, за рад користимо само 4 улаза.

АДЦ0808 Круг

АДЦ0808 Круг

  • Користи се сензор температуре ЛМ35 који је повезан на прва 4 улаза аналогног у дигитални претварач ИЦ. Сензор има 3 пина, тј. ВЦЦ, ГНД и излазне пинове када сензор загрева напон на излазу.
  • Адресе А, Б, Ц повезане су на микроконтролер за наредбе. У овом прекид следи ниску до високу операцију.
  • Када се почетни пин држи високо, конверзија не започиње, али када је стартни пин низак, конверзија ће започети у року од 8 тактова.
  • У тренутку када је конверзија завршена, ЕОЦ пин се спушта ниско, што указује на крај конверзије и податке спремне за преузимање.
  • Излазна снага (ОЕ) се тада подиже високо. Ово омогућава ТРИ-СТАТЕ излазе, омогућавајући читање података.

АДЦ0804

Већ знамо да су аналогно-дигитални (АДЦ) претварачи најчешће коришћени уређаји за осигурање информација за превођење аналогних сигнала у дигиталне бројеве тако да их микроконтролер може лако читати. Постоји много АДЦ претварача попут АДЦ0801, АДЦ0802, АДЦ0803, АДЦ0804 и АДЦ080. У овом чланку ћемо разговарати о претварачу АДЦ0804.

АДЦ0804

АДЦ0804

АДЦ0804 је врло често коришћен 8-битни аналогно-дигитални претварач. Ради са аналогним улазним напоном од 0В до 5В. Има један аналогни улаз и 8 дигиталних излаза. Време конверзије је други главни фактор у процени АДЦ-а, у АДЦ0804 време конверзије варира у зависности од сигнала такта који се примењују на пинове ЦЛК Р и ЦЛК ИН, али не може бити брже од 110 μс.

Опис за АДЦ804

Пин 1 : То је чип за одабир чипа и активира АДЦ, активан низак

Пин 2: То је улазни пин високог до ниског импулса који податке из унутрашњих регистара доводи у излазне пинове након конверзије

Пин 3: То је улазни пин ниског до високог импулса који је дат за почетак конверзије

Пин 4: То је улазни пин сата, који даје спољни сат

Пин 5: То је излазни пин, смањује се када је конверзија завршена

Пин 6: Аналогни неинвертујући улаз

Пин 7: Аналогно инвертујући улаз, нормално је уземљен

Пин 8: Уземљење (0В)

Пин 9: То је улазни пин, подешава референтни напон за аналогни улаз

Пин 10: Уземљење (0В)

Пин 11 - Пин 18: То је 8-битни дигитални излазни пин

Пин 19: Користи се са Цлоцк ИН пином када се користи унутрашњи извор сата

Пин 20: Напон напајања 5В

Карактеристике АДЦ0804

Главне карактеристике АДЦ0804 укључују следеће.

  • Опсег аналогног улазног напона од 0В до 5В са једним напајањем од 5В
  • Компатибилно са микроконтролером, време приступа је 135 нс
  • Једноставан интерфејс за све микропроцесоре
  • Логички улази и излази задовољавају спецификације нивоа напона МОС и ТТЛ
  • Ради са референтним напоном од 2,5 В (ЛМ336)
  • Генератор сатова на чипу
  • Није потребно подешавање нуле
  • ДИП пакет са [пин] стандардном ширином од 20 пина
  • Ради однос метрички или са референтним напоном подешеним на 5 ВДЦ, 2,5 ВДЦ или аналогним распоном
  • Диференцијални аналогни напонски улази

То је 8-битни претварач са 5В напајањем. Као улаз може узети само један аналогни сигнал. Дигитални излаз варира од 0-255. АДЦ-у је потребан сат за рад. Време потребно за претварање аналогне у дигиталну вредност зависи од извора сата. Спољни сат се може доделити ЦЛК ИН. Пин2 је улазни пин - импулс од високог до ниског нивоа доводи податке из унутрашњег регистра у излазне пинове након конверзије. Пин3 је запис - Низак до високи импулс даје се спољном такту.

Апликација

Из једноставног кола, пин 1 АДЦ-а повезан је са ГНД-ом, где је пин4 повезан са ГНД-ом преко кондензаторских пин-ова 2, 3 и 5 АДЦ-а, повезани са 13, 14 и 15 пинова микроконтролера. Пин 8 и 10 су кратко спојени и спојени на ГНД, 19 пинова АДЦ-а је на 4. пин кроз отпорник 10к. Пин 11 до 18 АДЦ-а повезан је са 1 до 8 пинова микроконтролера који припада порту1.

АДЦ0804 Круг

АДЦ0804 Круг

Када се примени логичка висока на ЦС и РД, улаз је тактиран кроз 8-битни регистар померања, довршавајући претрагу специфичне брзине апсорпције (САР), на следећем импулсу такта дигитална реч се преноси на излаз три стања. Излаз прекида је обрнут да би се добио ИНТР излаз који је висок током конверзије и низак када је конверзија завршена. Када је најнижи ниво и на ЦС и на РД, излаз се примјењује на ДБ0 кроз ДБ7 излазе и прекид се ресетира. Када се ЦС или РД улази врате у високо стање, излази ДБ0 до ДБ7 су онемогућени (враћени у стање високе импедансе). Тако се у зависности од логике напон различит од 0 до 5В који се трансформише у дигиталну вредност 8-битне резолуције, напаја као улаз на порт 1 микроконтролера.

АДЦ0804 Компонентни пројекти
АДЦ0808 Компонентни пројекти који се користе

АДЦ тестирање

Тестирању аналогно-дигиталног претварача углавном је потребан аналогни улазни извор као и хардвер за пренос управљачких сигнала као и за хватање дигиталних података о / п. Неким врстама АДЦ-а потребан је прецизан извор референтног сигнала. АДЦ се може тестирати помоћу следећих кључних параметара

  • ДЦ Оффсет Грешка
  • Расипање снаге
  • ДЦ Гаин Грешка
  • Лажни бесплатни динамички опсег
  • СНР (однос сигнал / шум)
  • ИНЛ или интегрална нелинеарност
  • ДНЛ или диференцијална нелинеарност
  • ТХД или Тотал Хармониц Дистортион

Тестирање АДЦ-ова или аналогно-дигиталних претварача углавном се врши из неколико разлога. Поред разлога, друштво ИЕЕЕ Инструментација и мерење, одбор за генерисање и анализу таласних облика развио је ИЕЕЕ стандард за АДЦ за терминологију, као и методе испитивања. Постоје различите опште поставке теста које укључују синусни талас, произвољни таласни облик, таласни облик корака и повратну петљу. Да би се утврдиле стабилне перформансе аналогних и дигиталних претварача, тада се користе различите методе попут серво засноване, рампе, технике хистограма наизменичне струје, технике хистограма троугла и физичке технике. Једина техника која се користи за динамичко испитивање је тест синусног таласа.

Примене аналогног у дигитални претварач

Примене АДЦ укључују следеће.

  • Тренутно се повећава употреба дигиталних уређаја. Ови уређаји раде на основу дигиталног сигнала. Аналогно-дигитални претварач игра кључну улогу у таквим врстама уређаја за претварање сигнала из аналогног у дигитални. Примене аналогних у дигиталне претвараче су неограничене о чему ће бити речи у наставку.
  • АЦ (клима уређај) укључује температурне сензоре за одржавање температуре у соби. Тако се ова конверзија температуре може извршити из аналогне у дигиталну помоћу АДЦ-а.
  • Такође се користи у дигиталном осцилоскопу за претварање сигнала из аналогног у дигитални за приказ.
  • АДЦ се користи за претварање аналогног гласовног сигнала у дигитални у мобилним телефонима, јер мобилни телефони користе дигиталне гласовне сигнале, али заправо, гласовни сигнал је у облику аналогног. Дакле, АДЦ се користи за претварање сигнала пре слања сигнала према предајнику мобилног телефона.
  • АДЦ се користи у медицинским уређајима попут МРИ и Кс-Раи за претварање слика из аналогне у дигиталну пре промене.
  • Камера у мобилном телефону углавном се користи за снимање слика, као и видео записа. Они се чувају у дигиталном уређају, па се помоћу АДЦ претварају у дигитални облик.
  • Музика са касете такође се може претворити у дигиталну попут ЦДС-а и погона са палцем помоћу АДЦ-а.
  • Тренутно се АДЦ користи у сваком уређају, јер су готово сви уређаји доступни на тржишту у дигиталној верзији. Дакле, ови уређаји користе АДЦ.

Дакле, овде се ради о преглед аналогног у дигитални претварач или АДЦ претварач и његови типови. Ради лакшег разумевања, у овом чланку се говори о само неколико АДЦ претварача. Надамо се да је овај намештени садржај информативнији за читаоце. Сва даља питања, недоумице и техничку помоћ у вези са овом темом можете коментарисати у наставку.

Фото кредити: