Obsah
· Analogově digitální převodník (ADC)
· Pracovní princip analogově-digitálního převaděče
· Elektrický symbol analogově-digitálního převodníku
· Typy analogově-digitálního převaděče a vysvětlení
· Aplikace analogově-digitálního převaděče
· Testování analogově-digitálního převodníku
· IC ADC
Definice a přehled analogově-digitálního převaděče
Analogově-digitální převodník je elektronické zařízení. Jak název předpovídá, dodaný analogový signál se převede na digitální signál, který se produkuje na výstupu. Analogové signály, jako je hlas zaznamenaný mikrofonem, lze převést na digitální signál pomocí analogově-digitálního převaděče.
Analogově-digitální převodník je také známý jako převodník ADC a A na D atd.
Práce analogově-digitálního převaděče
Analogový signál je definován jako časově spojitý signál a signál se spojitou amplitudou. Současně je digitální signál definován jako signál s diskrétním časem a diskrétní amplitudou. Analogový signál je převeden na digitální signál pomocí analogově-digitálního převodníku. The transformace má několik kroků, jako je vzorkování, kvantování a další. Proces není kontinuální; místo toho je periodický a omezuje povolenou šířku pásma vstupního signálu.
Analogově-digitální převodník funguje na základě Nyquist-Shannon Věta o vzorkování. Uvádí, že – vstupní signál lze získat z jeho vzorkovaného výstupu, pokud je vzorkovací frekvence dvakrát větší nebo rovna nejvyšší frekvenční složce přítomné ve vstupním signálu.
Existuje několik parametrů pro měření výkonu analogově-digitálního převodníku. Šířka pásma výstupního signálu, poměr signálu k šumu jsou některé z parametrů.
Elektrický symbol ADC
Níže uvedený symbol představuje analogově-digitální převodník (ADC).
Typy analogově-digitálních převodníků
Konverze vstupních analogových signálů na digitální signály lze dosáhnout různými procesy. Pojďme diskutovat o některých z typy podrobně -
A. Flash ADC
Flash ADC je známý jako analogově-digitální převodník typu přímé konverze. Je to jeden z nejrychlejších typů analogově-digitálních převodníků. Obsahuje sérii komparátorů s invertujícími svorkami připojenými k žebříku děliče napětí a neinvertujícími svorkami připojenými k analogovému vstupnímu signálu.
Jak ukazuje obvod, je žebřík dobře sladěných odporů připojen k referenčnímu nebo prahovému napětí. Při každém klepnutí na žebříku rezistorů se používá komparátor. Pak je tu stupeň zesílení a poté je kód generován jako binární hodnoty (0 a 1). Používá se také zesilovač. Zesilovač zesiluje rozdíl napětí od komparátorů a také potlačuje offset komparátoru.
Pokud je měřené napětí nad prahovým napětím, pak bude binární výstup jeden a pokud je měřené napětí menší než binární práce bude 0.
Nedávno vylepšené ADC jsou upraveny pomocí systémů digitální korekce chyb, offsetových kalibrací a také mají menší velikost. ADC jsou nyní k dispozici v integrovaných obvodech (IC).
Tento typ analogově-digitálních převodníků má vysokou vzorkovací frekvenci. Má tedy aplikace ve vysokofrekvenčních zařízeních. Detekce pomocí radarů, širokopásmových rádií, různých testovacích zařízení jsou některé z nich. Paměť NAND Flash také používá analogově-digitální převaděče typu flash k uložení až 3 bitů v buňce.
ADC typu Flash jsou nejrychlejší v provozní rychlosti, jednoduché v obvodech a konverze se shoduje místo sekvenčně. To však vyžaduje značný počet srovnání než různé typy ADC.
B. Postupný typ přibližování ADC
Postupný aproximační typ ADC je dalším typem analogově-digitálního převaděče, který před převodem do digitální domény používá binární vyhledávání prostřednictvím úrovní kvantizace.
Celý proces je rozdělen do různých dílčích procesů. Existuje dostatečný a udržovací obvod, který přijímá analogový vstup Vin. Pak je tu a komparátor, který porovnává vstupní analogové napětí s interním digitálně-analogovým převodníkem. K dispozici je také registr postupného přiblížení (SAR), který přijímá vstup jako hodinový puls a data komparátoru.
SAR je primárně inicializován, aby se MSB (nejvýznamnější bit) stal logickým vysokým nebo 1. Tento kód je dodáván do digitálně-analogového převodníku, který dále poskytuje analogový ekvivalent k komparátorový obvod ve srovnání se vzorkovaným analogovým vstupním signálem. Pokud je napětí vyšší než vstupní napětí, komparátor bit resetuje. Jinak je bit ponechán tak, jak je. Poté je další bit nastaven na digitální a celý proces se opakuje, dokud není otestován každý bit registru postupného přiblížení. Konečným výstupem je digitální verze analogového vstupního signálu.
K dispozici jsou dva typy po sobě jdoucích typů aproximace analogově-digitální převaděče. Jsou to - typ čítače a typ sledování serva.
Tyto typy ADC poskytují nejpřesnější výsledky než jiné typy ADC.
Uznání obrázku: White Flye, Blokové schéma SA ADC, CC BY-SA 2.5
C. Integrace typu ADC
Jak název napovídá, tento typ ADC převádí vstupní analogový signál se spojitým časem a spojitou amplitudou na digitální signál pomocí integrátoru (integrátoru), který aplikuje operační zesilovač který přijímá obvyklý vstupní signál a poskytuje časově integrovaný výstupní signál).
Neidentifikované analogové vstupní napětí je přivedeno na vstupní svorku a nechá se rampovat po určitou dobu, známou jako doba rozběhu. Do integračního obvodu se poté přivede předem určené referenční napětí opačné polarity. To je také povoleno, aby rampa dokud a pokud integrátor dává výstup jako nulu. Tato doba se označuje jako období doběhu.
Doba doběhu se obecně měří v jednotkách hodin ADC. Delší doba integrace tedy vede k vyššímu rozlišení. Rychlost tohoto typu převaděče lze zlepšit kompromisem s řešením.
Protože rychlost a rozlišení jsou nepřímo úměrné, nenajde tento typ převaděčů aplikace pro digitální zpracování signálu nebo zpracování zvuku. Výhodně se používají v digitálních měřicích přístrojích (ampérmetrech, voltmetrech atd.) A dalších přístrojích, kde je zásadní vysoká přesnost.
Tento typ ADC má dva druhy - vyrovnávání náboje analogově-digitální převodník a Dual-směrnice ADC.
D. Wilkinson ADC
- DH Wilkinson poprvé navrhl tento typ analogově-digitálního převodníku v roce 1950.
Nejprve se kondenzátor nabije. Tuto podmínku zkontroluje komparátor. Po dosažení této zadané úrovně se nyní kondenzátor začne lineárně vybíjet a vydávat rampový signál. Mezitím je také iniciován hradlový puls. Impuls hradla zůstává po zbytek času zapnutý, zatímco se kondenzátor vybíjí. Tento hradlový impuls dále ovládá lineární hradlo, které dále přijímá vstup z hodin oscilátoru o vysoké frekvenci. Nyní, když je hradlový impuls ZAPNUTÝ, je registrem adres počítáno několik hodinových pulzů.
E. Analogově digitální převodník s časovým napětím (TS - ADC):
Tento typ analogově-digitálního převaděče funguje na kombinované technologii elektroniky a dalších technologií.
Může digitalizovat signál o velmi vysoké šířce pásma, který nelze provést pomocí běžného ADC. Toto se často nazývá „Photonic Time Stretch Digitizer“.
Nejen, že je analogový s digitálním, ale také se používá pro vysoce výkonná zařízení v reálném čase, jako je zobrazování a spektroskopie.
Existuje několik dalších typů jiných analogově-digitálních převodníků.
- Delta kódovaný ADC
- Pipelined ADC,
- Sigma-delta ADC,
- Časově prokládané ADC atd.
Co je DAC? Zjistěte více o převaděči digitálních na analogové! Kliknutím to zjistíte!
Aplikace ADC
Analogově-digitální převodník je jedním z nejdůležitějších elektronických zařízení v této moderní době. Toto je doba digitalizace, ale náš svět je analogický v reálném čase. Převod analogových dat v digitální doméně je potřeba této hodiny. Proto jsou tak důležité. Některé z významných aplikací ADC jsou -
A. Digitální zpracování signálu
– Analogové na digitální převodníky jsou nezbytné pro úpravy, úpravy, zpracování, ukládání a přenos dat z analogového pole do digitální oblasti. Mikrokontroléry, digitální osciloskopy a kritický software nacházejí uplatnění v této oblasti. Zařízení jako digitální osciloskopy může ukládat průběhy pro pozdější použití, zatímco analogový osciloskop nikoli.
B. Mikrokontroléry
- Mikrokontroléry dělají zařízení chytrým. V současné době mají téměř všechny mikrokontroléry v sobě analogově-digitální převaděče. Nejběžnějším příkladem může být Arduino. (Je postaven na mikrokontroléru ATMega328p) Arduino poskytuje užitečnou funkci 'analogRead ()', která přijímá analogové vstupní signály a vrací digitální data generovaná ADC.
C. Vědecké přístroje
- ADC jsou užitečné pro výrobu různých potřebných elektronických přístrojů a systémů. Příkladem je digitální zobrazování pro digitalizaci pixelů, radarové technologie a mnoho systémů dálkového průzkumu Země. Zařízení, jako jsou senzory, produkují analogový signál pro měření teploty, intenzity světla, citlivosti na světlo, vlhkosti vzduchu, tlaku vzduchu, pH roztoku atd. Všechny tyto analogové vstupy převádí ADC pro generování přiměřeného digitálního výstupu.
D. Zpracování zvuku:
-ADC má zásadní uplatnění v oblasti zpracování zvuku. Digitalizace hudby zvyšuje kvalitu hudby. Analogové hlasy jsou zaznamenávány pomocí mikrofonů. Poté jsou uloženy v digitálních platformách pomocí ADC. Mnoho melodií nahrává nahrávací studia PCM nebo DSD formáty a poté nasamplovány pro digitální audio produkce. Používají se pro vysílání v televizích a rádiích.
Testování analogově-digitálního převodníku
Abychom mohli otestovat analogově-digitální převodník, potřebujeme především zdroj analogového vstupního napětí a elektronická zařízení pro odesílání a řízení signálů a příjem digitálních výstupních dat. Některé z ADC také vyžadují zdroj referenčních signálů. Existuje několik parametrů pro testování ADC.
Někteří z nich jsou -
- Poměr signálu k šumu (SNR),
- Celkové harmonické zkreslení (THD),
- Integrovaná nelinearita (INL),
- Chyba offsetu DC,
- Chyba zesílení DC,
- Ztráta energie atd.
ADC IC
ADC jsou na trhu komerčně dostupné jako integrované obvody. Některé z běžně používaných integrovaných obvodů ADC jsou ADC0808, ADC0804, MPC3008, atd. Najdou uplatnění v zařízeních jako Rasberry pi a dalších procesorech popř digitální elektronika obvody, kde je potřeba ADC.
Chcete-li vědět více o elektronice klikněte zde
Ahoj, jsem Sudipta Roy. Udělal jsem B. Tech v elektronice. Jsem nadšenec do elektroniky a v současnosti se věnuji oboru Elektronika a komunikace. Mám velký zájem o objevování moderních technologií, jako je AI a strojové učení. Moje práce se věnují poskytování přesných a aktualizovaných údajů všem studentům. Pomáhat někomu při získávání znalostí mi přináší nesmírnou radost.
Spojme se přes LinkedIn –
