Ар кандай типтеги аналогдук-санариптик өзгөрткүчтөрдүн (ADC) иштөө принцибине таандык болгон маселелердин негизги спектрин карап көрөлү. Ырааттуу эсептөө, биттик тең салмактуулук - бул сөздөрдүн артында эмне жашырылган? ADC микроконтроллеринин иштөө принциби кандай? Бул, ошондой эле бир катар башка суроолор, биз макаланын алкагында карап чыгабыз. Алгачкы үч бөлүктү жалпы теорияга арнайбыз, төртүнчү бөлүмдөн баштап алардын иштөө принциби менен таанышабыз. Сиз ар кандай адабияттарда ADC жана DAC терминдерин жолуктура аласыз. Бул аппараттардын иштөө принциби бир аз башкача, ошондуктан аларды чаташтырбоо керек. Ошентип, макалада сигналдарды аналогдук формадан санариптик формага которуу каралат, ал эми DAC тескерисинче иштейт.
Аныктама
АДКнын иштөө принцибин карап чыгуудан мурун, анын кандай түзүлүш экенин билип алалы. Аналогдук-санариптик өзгөрткүчтөр – бул физикалык чоңдукту тиешелүү сандык көрүнүшкө айландыруучу түзүлүш. Дээрлик бардык нерсе баштапкы параметр катары иштей алат - ток, чыңалуу, сыйымдуулук,каршылык, вал бурчу, импульс жыштыгы жана башкалар. Бирок анык болуу үчүн биз бир гана трансформация менен иштейбиз. Бул "чыңалуу коду". Иштин бул форматын тандоо кокусунан эмес. Анткени, ADC (бул аппараттын иштөө принциби) жана анын өзгөчөлүктөрү негизинен өлчөө түшүнүгү колдонулат көз каранды. Бул белгилүү бир маанини мурда белгиленген стандарт менен салыштыруу процесси катары түшүнүлөт.
ADC спецификациялары
Негизгилери бит тереңдиги жана конверсия жыштыгы. Биринчиси бит менен, ал эми экинчиси секундасына эсеп менен көрсөтүлөт. Заманбап аналогдук-санариптик өзгөрткүчтөрдүн туурасы 24 бит же GSPS бирдиктерине чейин болушу мүмкүн. Эскерте кетсек, ADC сизге бир эле учурда анын мүнөздөмөлөрүнүн бирин гана бере алат. Алардын өндүрүмдүүлүгү канчалык жогору болсо, аппарат менен иштөө ошончолук кыйынга турат жана анын өзү кымбатыраак. Бирок артыкчылыгы - түзмөктүн ылдамдыгын жоготуу менен керектүү бит тереңдик көрсөткүчтөрүн ала аласыз.
ADC түрлөрү
Иштөө принциби түзмөктөрдүн ар кандай топтору үчүн ар кандай. Биз төмөнкү түрлөрүн карап чыгабыз:
- Түз айландыруу менен.
- Кийинки жакындоо менен.
- Параллель өзгөртүү менен.
- Зарядды теңдөөчү (дельта-сигма) A/D конвертери.
- ADCлерди интеграциялоо.
Ар түрдүү архитектура менен өзүнүн өзгөчө мүнөздөмөсүнө ээ болгон башка көптөгөн түтүктөр жана айкалыштыруу түрлөрү бар. Бирок ошолмакаланын алкагында карала турган үлгүлөр, бул өзгөчөлүктүн түзүлүштөрүнүн уяларында индикатордук ролду ойногондуктан кызыгуу жаратат. Ошондуктан, келгиле, ADC принцибин, ошондой эле анын физикалык түзүлүштөн көз карандылыгын изилдеп көрөлү.
Түз A/D конвертерлери
Алар өткөн кылымдын 60-70-жылдарында абдан популярдуу болгон. Интегралдык микросхемалар түрүндө алар 80-жылдардан бери чыгарыла баштаган. Булар өтө жөнөкөй, атүгүл примитивдик түзүлүштөр, алар олуттуу иштеши менен мактана албайт. Алардын бит тереңдиги адатта 6-8 бит, ал эми ылдамдыгы чанда гана 1 GSPS ашат.
АЦБнын бул түрүнүн иштөө принциби төмөнкүдөй: салыштыргычтардын оң кирүүсү бир эле учурда кириш сигналын кабыл алат. Терс терминалдарга белгилүү бир чоңдуктагы чыңалуу колдонулат. Анан аппарат анын иштөө режимин аныктайт. Бул шилтеме чыңалуу менен жүзөгө ашырылат. Бизде 8 компаратору бар аппарат бар дейли. ½ эталондук чыңалууну колдонууда алардын 4ү гана күйгүзүлөт. Приоритеттүү коддоочу экилик кодду жаратат, ал чыгаруу регистринде бекитилет. Артыкчылыктары жана кемчиликтери жөнүндө айта турган болсок, бул иш принцип жогорку ылдамдыктагы түзүлүштөрдү түзүүгө мүмкүндүк берет деп айта алабыз. Бирок талап кылынган бит тереңдигин алуу үчүн көп тердөө керек.
Салыштыруучулардын санынын жалпы формуласы төмөнкүдөй: 2^N. N астына цифралардын санын коюу керек. Мурда каралган мисалды кайра колдонсо болот: 2^3=8. Жалпысынан, үчүнчү категорияны алуу үчүн зарыл8 салыштыруучу. Бул биринчи түзүлгөн АДКнын иштөө принциби. Абдан ыңгайлуу эмес, андыктан башка архитектуралар кийинчерээк пайда болду.
Аналогдук-санариптик жакындаштыруучу конвертерлер
Бул жерде "салмак салуу" алгоритми колдонулат. Кыскача айтканда, бул техникага ылайык иштеген аппараттар жөн гана сериялык эсептөө ADC деп аталат. Иштөө принциби төмөнкүдөй: аппарат кириш сигналынын маанисин өлчөйт, андан кийин ал белгилүү бир ыкма боюнча түзүлгөн сандар менен салыштырылат:
- Мүмкүн болгон эталондук чыңалуунун жарымын коет.
- Эгер сигнал №1 чекиттеги маанинин чегин ашып кетсе, анда ал калган маанинин ортосунда жайгашкан сан менен салыштырылат. Ошентип, биздин учурда ал эталондук чыңалуудан ¾ болот. Эгерде эталондук сигнал бул көрсөткүчкө жетпесе, анда салыштыруу ошол эле принцип боюнча интервалдын башка бөлүгү менен жүргүзүлөт. Бул мисалда бул эталондук чыңалуунун ¼ бөлүгү.
- 2-кадам N жолу кайталанышы керек, бул бизге N бит натыйжа берет. Бул H санын салыштыруу менен шартталган.
Иштөөнүн бул принциби ADC жакындашуусу болуп саналган салыштырмалуу жогорку конверсия ылдамдыгы бар түзүлүштөрдү алууга мүмкүндүк берет. Иштөө принциби, сиз көрүп тургандай, жөнөкөй жана бул түзмөктөр ар кандай учурлар үчүн эң сонун.
Параллель аналогдуктан санарипке конвертерлер
Алар сериялык түзмөктөр сыяктуу иштешет. Эсептөө формуласы (2 ^ H) -1. үчүнМурунку учурда бизге (2^3)-1 компараторлор керек. Иштөө үчүн бул түзүлүштөрдүн белгилүү массивдери колдонулат, алардын ар бири кириш жана жеке шилтеме чыңалуусун салыштыра алат. Параллель аналогдук-санариптик өзгөрткүчтөр кыйла тез түзүлүштөр болуп саналат. Бирок бул түзүлүштөрдү куруу принциби, алардын иштешин колдоо үчүн олуттуу күч талап кылынат. Ошондуктан, аларды батареянын кубаттуулугу менен колдонуу практикалык эмес.
Битвалдык балансталган A/D конвертер
Ал мурунку түзмөктөй эле иштейт. Ошондуктан, бит-бит балансташтыруучу ADC иштешин түшүндүрүү үчүн, жаңы баштагандар үчүн иштөө принциби манжаларда түз мааниде каралат. Бул приборлордун өзөгүн дихотомия феномени түзөт. Башкача айтканда, өлчөнгөн чоңдукту максималдуу чоңдуктун белгилүү бир бөлүгү менен ырааттуу салыштыруу жүргүзүлөт. ½, 1/8, 1/16 жана башка маанилер алынышы мүмкүн. Демек, аналогдук-санариптик конвертер бүт процессти N итерацияда (ырааттуу кадамдар) бүтүрө алат. Мындан тышкары, H ADCтин бит тереңдигине барабар (мурда берилген формулаларды караңыз). Ошентип, техниканын ылдамдыгы езгече маанилуу болсо, биз убакытта бир кыйла утушка ээ болобуз. Бир топ ылдамдыгына карабастан, бул түзмөктөрдүн статикалык тактыгы да төмөн.
Зарядды теңдөөчү A/D конвертерлери (дельта-сигма)
Бул түзмөктүн эң кызыктуу түрүанын иштөө принцибинин аркасында. Бул киргизүү чыңалуу интегратор тарабынан топтолгон менен салыштырылган жатат. Киргизүүгө терс же оң полярдуулугу бар импульстар берилет (баары мурунку операциянын натыйжасынан көз каранды). Ошентип, биз мындай аналогдук-санариптик өзгөрткүч жөнөкөй servo системасы деп айта алабыз. Бирок бул салыштыруу үчүн гана мисал, ошондуктан сиз дельта-сигма ADC деген эмне экенин түшүнө аласыз. Иштөө принциби системалуу, бирок бул аналогдук-санариптик конвертер эффективдүү иштеши үчүн жетишсиз. Жыйынтыгында санариптик төмөн өткөргүч чыпкасы аркылуу 1 жана 0 нын эч качан бүтпөс агымы. Алардан белгилүү бит ырааттуулугу түзүлөт. Биринчи жана экинчи тартиптеги ADC конвертерлери айырмаланат.
Анлогдук-санариптик конвертерлерди интеграциялоо
Бул макалада карала турган акыркы өзгөчө учур. Андан кийин, биз бул аппараттардын иштөө принциби сүрөттөлөт, бирок жалпы деңгээлде. Бул ADC аналогдуктан санарипке түртүүчү түртүүчү. Окшош түзүлүштү санарип мультиметрде жолуктура аласыз. Бул таң калыштуу эмес, анткени алар жогорку тактыкты камсыз кылып, ошол эле учурда интерференцияны жакшы басышат.
Эми анын кантип иштешине көңүл буралы. Бул кирүүчү сигнал конденсаторду белгиленген убакытка заряддап турганында. Эреже катары, бул мезгил аппаратты (50 Гц же 60 Гц) кубаттаган тармактын жыштыгынын бирдиги болуп саналат. Ошондой эле бир нече болушу мүмкүн. Ошентип, жогорку жыштыктар басылган.кийлигишүү. Ошону менен бирге, электр энергиясын иштеп чыгуунун негизги булагынын туруксуз чыңалуусунун натыйжанын тактыгына тийгизген таасири теңделет.
Аналогдук-санариптик конвертордун заряддоо убактысы аяктаганда, конденсатор белгилүү бир белгиленген ылдамдыкта зарядсыздана баштайт. Аппараттын ички эсептегичи бул процесстин жүрүшүндө пайда болгон сааттын импульстарынын санын эсептейт. Ошентип, канча убакыт узак болсо, көрсөткүчтөр ошончолук маанилүү болот.
ADC push-pull интеграциясы жогорку тактыкка жана чечкиндүүлүккө ээ. Ушундан улам, ошондой эле салыштырмалуу жөнөкөй курулуш структурасы, алар микросхемалар катары ишке ашырылат. Иштин бул принцибинин негизги кемчилиги - тармактын индикаторуна көз карандылык. Анын мүмкүнчүлүктөрү электр менен жабдуунун жыштык мезгилине байланыштуу экенин унутпаңыз.
Кош интеграцияланган ADC ушинтип иштейт. Бул аппараттын иштөө принциби, ал кыйла татаал болсо да, бирок сапаттык көрсөткүчтөрдү камсыз кылат. Кээ бир учурларда, бул жөн эле зарыл.
Бизге керектүү иштөө принциби менен APCти тандаңыз
Алдыда белгилүү бир иш бар дейли. Биздин бардык суроо-талаптарыбызды канааттандыруу үчүн кайсы аппаратты тандоо керек? Биринчиден, чечүү жана тактык жөнүндө сөз кылалы. Иш жүзүндө алар бири-биринен өтө аз көз каранды болсо да, көп учурда чаташышат. 12 биттик A/D конвертер 8 биттик A/D конвертерге караганда так эмес болушу мүмкүн экенин унутпаңыз. АндаБул учурда, резолюция өлчөнгөн сигналдын кириш диапазонунан канча сегментти бөлүп алууга болот. Ошентип, 8 биттик ADCтерде 28=256 мындай бирдиктер бар.
Тактык – алынган конверсиянын натыйжасынын идеалдуу мааниден жалпы четтөөсү, ал берилген кириш чыңалууда болушу керек. Башкача айтканда, биринчи параметр ADC ээ болгон потенциалдуу мүмкүнчүлүктөрдү мүнөздөйт, ал эми экинчиси бизде иш жүзүндө эмне бар экенин көрсөтөт. Ошондуктан, биз үчүн жөнөкөй түрү (мисалы, түз аналогдон санарипке өзгөрткүчтөр) ылайыктуу болушу мүмкүн, ал жогорку тактыктан улам муктаждыктарды канааттандырат.
Эмне керектиги жөнүндө түшүнүккө ээ болуу үчүн, адегенде физикалык параметрлерди эсептеп, өз ара аракеттенүүнүн математикалык формуласын түзүшүңүз керек. Аларда маанилүү статикалык жана динамикалык каталар, анткени ар кандай компоненттерди жана түзүлүштү куруу принциптерин колдонууда, алар анын мүнөздөмөлөрүнө ар кандай жолдор менен таасир этет. Кененирээк маалыматты ар бир аппараттын өндүрүүчүсү сунуш кылган техникалык документтерден тапса болот.
Мисалы
Келиңиз, SC9711 ADCди карап көрөлү. Бул аппараттын иштөө принциби анын көлөмүнө жана мүмкүнчүлүктөрүнө байланыштуу татаал. Айтмакчы, акыркы жөнүндө сөз кылып жатып, алар чындап эле ар түрдүү экенин белгилей кетүү керек. Ошентип, мисалы, мүмкүн болгон иш жыштыгы 10 Гц 10 МГц чейин. Башкача айтканда, ал секундасына 10 миллион үлгүлөрдү ала алат! Ал эми аппарат өзү катуу нерсе эмес, бирокмодулдук курулуш структурасы бар. Бирок ал, эреже катары, көп сандагы сигналдар менен иштөө зарыл болгон татаал технологияда колдонулат.
Тыянак
Көрүп тургандай, ADCs негизинен ар кандай иштөө принциптерине ээ. Бул бизге пайда болгон муктаждыктарды канааттандыра турган түзмөктөрдү тандоого, ошол эле учурда колдо болгон каражатты туура башкарууга мүмкүндүк берет.
