Янз бүрийн төрлийн аналог-тоон хувиргагч (ADC)-ийн ажиллах зарчимтай холбоотой асуудлуудын үндсэн хүрээг авч үзье. Дараалсан тоолох, битийн тэнцвэржүүлэх - эдгээр үгсийн ард юу нуугдаж байна вэ? ADC микроконтроллерийн ажиллах зарчим юу вэ? Эдгээр болон бусад хэд хэдэн асуултыг бид нийтлэлийн хүрээнд авч үзэх болно. Бид эхний гурван хэсгийг ерөнхий онолд зориулж, дөрөв дэх дэд гарчгаас тэдгээрийн ажлын зарчмыг судлах болно. Та янз бүрийн уран зохиолд ADC болон DAC гэсэн нэр томъёотой танилцаж болно. Эдгээр төхөөрөмжүүдийн үйл ажиллагааны зарчим нь арай өөр тул тэдгээрийг андуурч болохгүй. Тиймээс, энэ нийтлэлд дохиог аналог хэлбэрээс дижитал хэлбэрт шилжүүлэх талаар авч үзэх болно, харин DAC нь эсрэгээр ажилладаг.
Тодорхойлолт
ADC-ийн ажиллах зарчмыг авч үзэхийн өмнө энэ нь ямар төрлийн төхөөрөмж болохыг олж мэдье. Аналог-тоон хувиргагч нь физик хэмжигдэхүүнийг харгалзах тоон дүрслэл болгон хувиргадаг төхөөрөмж юм. Бараг бүх зүйл анхны параметр болж чаддаг - гүйдэл, хүчдэл, багтаамж,эсэргүүцэл, босоо амны өнцөг, импульсийн давтамж гэх мэт. Гэхдээ итгэлтэй байхын тулд бид зөвхөн нэг өөрчлөлттэй ажиллах болно. Энэ бол "хүчдэлийн код" юм. Энэ ажлын хэлбэрийг сонгох нь санамсаргүй биш юм. Эцсийн эцэст, ADC (энэ төхөөрөмжийн ажиллах зарчим) болон түүний шинж чанарууд нь хэмжилтийн ямар ойлголтыг ашиглахаас ихээхэн хамаардаг. Энэ нь тодорхой утгыг өмнө нь тогтоосон стандарттай харьцуулах үйл явц гэж ойлгогддог.
ADC техникийн үзүүлэлтүүд
Гол нь битийн гүн ба хөрвүүлэх давтамж юм. Эхнийх нь битээр, хоёр дахь нь секундын тоогоор илэрхийлэгдэнэ. Орчин үеийн аналог-тоон хувиргагч нь 24 бит өргөн эсвэл GSPS нэгж хүртэл байж болно. ADC нь танд зөвхөн нэг шинж чанарыг өгөх боломжтой гэдгийг анхаарна уу. Тэдний гүйцэтгэл өндөр байх тусам төхөөрөмжтэй ажиллахад илүү хэцүү бөгөөд энэ нь өөрөө илүү үнэтэй байдаг. Гэхдээ давуу тал нь та төхөөрөмжийн хурдыг золиосолсноор шаардлагатай битийн гүнийн үзүүлэлтүүдийг авах боломжтой юм.
ADC төрлүүд
Үйл ажиллагааны зарчим нь янз бүрийн бүлгийн төхөөрөмжүүдийн хувьд өөр өөр байдаг. Бид дараах төрлүүдийг авч үзэх болно:
- Шууд хөрвүүлэлттэй.
- Дараалсан ойролцоо тоогоор.
- Зэрэгцээ хөрвүүлэлттэй.
- Цэнэг тэнцвэржүүлэх (дельта-сигма) бүхий A/D хувиргагч.
- ADC-г нэгтгэж байна.
Өөр өөр архитектуртай өөрийн гэсэн онцлог шинж чанартай олон төрлийн дамжуулах хоолой болон хослолууд байдаг. Гэхдээ тэдгээрӨгүүллийн хүрээнд авч үзэх дээжүүд нь эдгээр өвөрмөц төхөөрөмжүүдийн үүрэнд тодорхой үүрэг гүйцэтгэдэг тул сонирхол татаж байна. Тиймээс ADC-ийн зарчим, түүнчлэн түүний физик төхөөрөмжөөс хамаарлыг судалцгаая.
Шууд A/D хувиргагчид
Тэд өнгөрсөн зууны 60-70-аад оны үед маш их алдартай болсон. Нэгдсэн хэлхээний хэлбэрээр тэдгээрийг 80-аад оноос хойш үйлдвэрлэж ирсэн. Эдгээр нь мэдэгдэхүйц гүйцэтгэлээр сайрхаж чадахгүй маш энгийн, бүр анхдагч төхөөрөмжүүд юм. Тэдний битийн гүн нь ихэвчлэн 6-8 бит бөгөөд хурд нь 1 GSPS-ээс хэтрэх нь ховор.
Энэ төрлийн ADC-ийн ажиллах зарчим нь дараах байдалтай байна: харьцуулагчийн эерэг оролтууд нь оролтын дохиог нэгэн зэрэг хүлээн авдаг. Сөрөг терминалуудад тодорхой хэмжээний хүчдэлийг хэрэглэнэ. Дараа нь төхөөрөмж нь түүний ажиллах горимыг тодорхойлдог. Үүнийг жишиг хүчдэлээр хийдэг. Бидэнд 8 харьцуулагчтай төхөөрөмж байна гэж бодъё. ½ жишиг хүчдэл хэрэглэх үед зөвхөн 4 нь асаалттай байна. Тэргүүлэх кодлогч нь хоёртын кодыг үүсгэх бөгөөд үүнийг гаралтын бүртгэлээр засах болно. Давуу болон сул талуудын талаар бид энэхүү үйл ажиллагааны зарчим нь өндөр хурдны төхөөрөмжийг бий болгох боломжийг олгодог гэж хэлж болно. Гэхдээ шаардлагатай битийн гүнийг авахын тулд та маш их хөлрөх хэрэгтэй.
Харьцуулагчдын тооны ерөнхий томьёо дараах байдалтай байна: 2^N. N-ийн доор та цифрүүдийн тоог оруулах хэрэгтэй. Өмнө нь авч үзсэн жишээг дахин ашиглаж болно: 2^3=8. Нийтдээ гурав дахь ангиллыг авахын тулд энэ нь зайлшгүй шаардлагатай8 харьцуулагч. Энэ бол анх бий болсон ADC-ийн ажиллах зарчим юм. Тийм ч тохиромжтой биш тул дараа нь бусад архитектурууд гарч ирэв.
Аналог-тоон дараалсан ойртуулах хөрвүүлэгч
Энд "жинлэх" алгоритмыг ашиглаж байна. Товчхондоо, энэ техникийн дагуу ажилладаг төхөөрөмжүүдийг зүгээр л цуваа тоолох ADC гэж нэрлэдэг. Үйл ажиллагааны зарчим нь дараах байдалтай байна: төхөөрөмж нь оролтын дохионы утгыг хэмжиж, дараа нь тодорхой аргын дагуу үүсгэгдсэн тоонуудтай харьцуулна:
- Боломжтой жишиг хүчдэлийн тэн хагасыг тохируулна.
- Хэрэв дохио №1 цэгээс утгын хязгаарыг давсан бол үлдсэн утгын дунд байрлах тоотой харьцуулна. Тиймээс, бидний тохиолдолд энэ нь жишиг хүчдэлийн ¾ байх болно. Хэрэв лавлагаа дохио энэ үзүүлэлтэд хүрэхгүй бол ижил зарчмын дагуу интервалын бусад хэсэгтэй харьцуулалтыг хийнэ. Энэ жишээнд энэ нь жишиг хүчдэлийн ¼ юм.
- 2-р алхамыг N удаа давтах шаардлагатай бөгөөд энэ нь үр дүнгийн N битийг өгөх болно. Энэ нь H тооны харьцуулалт хийсэнтэй холбоотой.
Үйл ажиллагааны энэ зарчим нь дараалсан ойртох ADC-ууд болох харьцангуй өндөр хөрвүүлэх хурдтай төхөөрөмжүүдийг олж авах боломжийг олгодог. Таны харж байгаагаар үйл ажиллагааны зарчим нь энгийн бөгөөд эдгээр төхөөрөмжүүд нь янз бүрийн тохиолдолд тохиромжтой.
Зэрэгцээ аналог-тоон хувиргагч
Тэд цуваа төхөөрөмж шиг ажилладаг. Тооцооллын томъёо нь (2 ^ H) -1. Учир ньӨмнөх тохиолдолд бидэнд (2^3)-1 харьцуулагч хэрэгтэй. Ашиглалтын хувьд эдгээр төхөөрөмжүүдийн тодорхой массивыг ашигладаг бөгөөд тус бүр нь оролтын болон бие даасан лавлагааны хүчдэлийг харьцуулж чаддаг. Зэрэгцээ аналоги-тоон хувиргагч нь нэлээд хурдан төхөөрөмж юм. Гэхдээ эдгээр төхөөрөмжийг бүтээх зарчим нь тэдний гүйцэтгэлийг дэмжихэд ихээхэн хүч шаардагддаг. Тиймээс тэдгээрийг батарейгаар ашиглах нь практик биш юм.
Битийн тэнцвэртэй A/D хөрвүүлэгч
Энэ нь өмнөх төхөөрөмжтэй төстэй байдлаар ажилладаг. Тиймээс, бага багаар тэнцвэржүүлэгч ADC-ийн үйл ажиллагааг тайлбарлахын тулд эхлэгчдэд зориулсан үйл ажиллагааны зарчмыг хуруугаараа шууд авч үзэх болно. Эдгээр төхөөрөмжүүдийн гол цөм нь дихотомийн үзэгдэл юм. Өөрөөр хэлбэл хэмжсэн утгыг хамгийн их утгын тодорхой хэсэгтэй тууштай харьцуулах ажлыг гүйцэтгэдэг. ½, 1/8, 1/16 гэх мэт утгуудыг авч болно. Тиймээс аналог-тоон хувиргагч нь бүх процессыг N давталтаар (дараалсан алхмууд) хийж чадна. Түүнээс гадна H нь ADC-ийн битийн гүнтэй тэнцүү байна (өмнөх томъёог харна уу). Тиймээс, техникийн хурд онцгой чухал бол бид цаг хугацааны хувьд ихээхэн ашиг олдог. Их хурдтай хэдий ч эдгээр төхөөрөмжүүд нь статик нарийвчлал багатай.
Цэнэг тэнцвэржүүлэх (дельта-сигма) бүхий A/D хувиргагч
Энэ бол хамгийн сонирхолтой төрлийн төхөөрөмж юмүйл ажиллагааны зарчмын ачаар. Энэ нь оролтын хүчдэлийг интеграторын хуримтлуулсантай харьцуулж байгаа явдал юм. Сөрөг эсвэл эерэг туйлшрал бүхий импульс нь оролт руу тэжээгддэг (энэ нь өмнөх үйл ажиллагааны үр дүнгээс хамаарна). Тиймээс ийм аналог-тоон хувиргагч нь энгийн servo систем гэж хэлж болно. Гэхдээ энэ бол зүгээр л харьцуулах жишээ тул та delta-sigma ADC гэж юу болохыг ойлгох болно. Үйл ажиллагааны зарчим нь системтэй боловч аналог-тоон хувиргагчийг үр дүнтэй ажиллуулахад хангалтгүй юм. Эцсийн үр дүн нь дижитал бага нэвтрүүлэх шүүлтүүрээр дамжуулан 1 ба 0 секундын төгсгөлгүй урсгал юм. Тэдгээрээс тодорхой битийн дараалал үүсдэг. Эхний болон хоёр дахь эрэмбийн ADC хөрвүүлэгчийг ялгаж өгдөг.
Аналог-тоон хувиргагчийг нэгтгэх
Энэ бол нийтлэлд авч үзэх хамгийн сүүлийн онцгой тохиолдол юм. Дараа нь бид эдгээр төхөөрөмжүүдийн ажиллах зарчмыг тайлбарлах болно, гэхдээ ерөнхий түвшинд. Энэхүү ADC нь түлхэлттэй аналог-тоон хувиргагч юм. Та дижитал мультиметрт ижил төстэй төхөөрөмжтэй уулзаж болно. Энэ нь гайхах зүйл биш юм, учир нь тэдгээр нь өндөр нарийвчлалтай бөгөөд үүний зэрэгцээ хөндлөнгийн оролцоог сайн дардаг.
Одоо энэ нь хэрхэн ажилладаг талаар анхаарлаа хандуулцгаая. Энэ нь оролтын дохио нь конденсаторыг тодорхой хугацаанд цэнэглэдэгт оршино. Дүрмээр бол энэ хугацаа нь төхөөрөмжийг тэжээдэг сүлжээний давтамжийн нэгж юм (50 Гц эсвэл 60 Гц). Энэ нь бас олон байж болно. Тиймээс өндөр давтамжийг дарангуйлдаг.хөндлөнгийн оролцоо. Үүний зэрэгцээ үр дүнгийн нарийвчлалд цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэх гол эх үүсвэрийн тогтворгүй хүчдэлийн нөлөөг тэгшитгэдэг.
Аналог-тоон хувиргагчийг цэнэглэх хугацаа дуусахад конденсатор тодорхой тогтмол хурдаар цэнэггүй болж эхэлдэг. Төхөөрөмжийн дотоод тоолуур нь энэ процессын үед үүссэн цагийн импульсийн тоог тоолдог. Тиймээс хугацаа урт байх тусам үзүүлэлтүүд илүү ач холбогдолтой болно.
ADC түлхэх татах интеграци нь өндөр нарийвчлал, нягтралтай. Үүнээс гадна барилгын харьцангуй энгийн бүтэцтэй тул тэдгээрийг микро схем болгон хэрэгжүүлдэг. Энэхүү үйл ажиллагааны зарчмын гол сул тал нь сүлжээний үзүүлэлтээс хамааралтай байдаг. Түүний боломжууд нь тэжээлийн хангамжийн давтамжтай холбоотой гэдгийг санаарай.
Давхар интеграцийн ADC ингэж ажилладаг. Энэ төхөөрөмжийн үйл ажиллагааны зарчим нь нэлээд төвөгтэй боловч чанарын үзүүлэлтүүдийг өгдөг. Зарим тохиолдолд энэ нь зайлшгүй шаардлагатай.
Бидэнд хэрэгтэй ажиллах зарчимтай APC-г сонгоно уу
Бидний өмнө тодорхой ажил байна гэж бодъё. Бидний бүх хүсэлтийг хангахын тулд аль төхөөрөмжийг сонгох вэ? Эхлээд нарийвчлал, нарийвчлалын талаар ярилцъя. Бодит байдал дээр тэд бие биенээсээ маш бага хамааралтай байдаг ч тэд ихэвчлэн төөрөлддөг. 12 битийн A/D хувиргагч нь 8 битийн A/D хөрвүүлэгчээс бага нарийвчлалтай байж болохыг анхаарна уу. Тэр ньЭнэ тохиолдолд нарийвчлал нь хэмжсэн дохионы оролтын мужаас хэдэн сегментийг гаргаж авах боломжтой хэмжүүр юм. Тиймээс 8 битийн ADC-д 28=256 ийм нэгж байна.
Нарийвчлал нь өгөгдсөн оролтын хүчдэлд байх ёстой хамгийн тохиромжтой утгаас олж авсан хөрвүүлэлтийн үр дүнгийн нийт хазайлт юм. Өөрөөр хэлбэл, эхний параметр нь ADC-ийн боломжит чадавхийг тодорхойлдог бол хоёр дахь нь практик дээр юу байгааг харуулдаг. Тиймээс илүү энгийн төрөл (шууд аналог-тоон хувиргагч гэх мэт) нь өндөр нарийвчлалтай тул хэрэгцээг хангахад тохиромжтой.
Юу хэрэгтэй байгаа талаар ойлголттой болохын тулд эхлээд физик параметрүүдийг тооцоолж, харилцан үйлчлэлийн математикийн томъёог бүтээх хэрэгтэй. Тэдгээрийн хувьд статик болон динамик алдаанууд чухал байдаг, учир нь төхөөрөмжийг бүтээх янз бүрийн бүрэлдэхүүн хэсэг, зарчмуудыг ашиглахдаа тэдгээр нь түүний шинж чанарт янз бүрийн байдлаар нөлөөлөх болно. Дэлгэрэнгүй мэдээллийг төхөөрөмж бүрийн үйлдвэрлэгчээс санал болгож буй техникийн баримт бичгээс авах боломжтой.
Жишээ
SC9711 ADC-г харцгаая. Энэ төхөөрөмжийн үйл ажиллагааны зарчим нь түүний хэмжээ, чадвараас шалтгаалан төвөгтэй байдаг. Дашрамд хэлэхэд, сүүлчийнх нь тухай ярихад тэд үнэхээр олон янз байдаг гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Тиймээс, жишээлбэл, боломжит үйлдлийн давтамж нь 10 Гц-ээс 10 МГц хооронд хэлбэлздэг. Өөрөөр хэлбэл, секундэд 10 сая дээж авах боломжтой! Мөн төхөөрөмж нь өөрөө хатуу зүйл биш, харинмодульчлагдсан барилгын бүтэцтэй. Гэхдээ энэ нь дүрмээр бол олон тооны дохиотой ажиллах шаардлагатай нарийн төвөгтэй технологид ашиглагддаг.
Дүгнэлт
Таны харж байгаагаар ADC-ууд үндсэндээ өөр өөр ажиллах зарчимтай байдаг. Энэ нь бидэнд үүссэн хэрэгцээг хангах төхөөрөмжүүдийг сонгох боломжийг олгохын зэрэгцээ бэлэн мөнгөө ухаалгаар удирдах боломжийг олгодог.
