Müxtəlif tipli analoqdan rəqəmsal çeviricilərin (ADC) işləmə prinsipinə aid edilə bilən məsələlərin əsas diapazonuna baxaq. Ardıcıl hesablama, bitli balanslaşdırma - bu sözlərin arxasında nə gizlənir? ADC mikro nəzarətçisinin iş prinsipi nədir? Bunları, eləcə də bir sıra digər sualları məqalə çərçivəsində nəzərdən keçirəcəyik. İlk üç hissəni ümumi nəzəriyyəyə həsr edəcəyik və dördüncü yarımbaşlıqdan onların iş prinsipini öyrənəcəyik. Müxtəlif ədəbiyyatlarda ADC və DAC terminlərinə rast gələ bilərsiniz. Bu cihazların işləmə prinsipi bir qədər fərqlidir, buna görə də onları qarışdırmayın. Beləliklə, məqalədə siqnalların analoqdan rəqəmsal formaya çevrilməsi nəzərdən keçiriləcək, DAC isə əksinə işləyir.
Tərif
ADC-nin iş prinsipini nəzərdən keçirməzdən əvvəl onun hansı cihaz olduğunu öyrənək. Analoqdan rəqəmsal çeviricilər fiziki kəmiyyəti müvafiq ədədi təsvirə çevirən qurğulardır. Demək olar ki, hər şey ilkin parametr kimi çıxış edə bilər - cərəyan, gərginlik, tutum,müqavimət, mil bucağı, nəbz tezliyi və s. Ancaq əmin olmaq üçün yalnız bir transformasiya ilə işləyəcəyik. Bu "gərginlik kodu"dur. Bu iş formatının seçilməsi təsadüfi deyil. Axı, ADC (bu cihazın işləmə prinsipi) və onun xüsusiyyətləri əsasən hansı ölçmə konsepsiyasının istifadə olunduğundan asılıdır. Bu, müəyyən dəyərin əvvəllər müəyyən edilmiş standartla müqayisəsi prosesi kimi başa düşülür.
ADC Spesifikasiyaları
Əsas olanlar bit dərinliyi və çevrilmə tezliyidir. Birincisi bitlə, ikincisi isə saniyədə hesabla ifadə edilir. Müasir analoqdan rəqəmsal çeviricilər 24 bit genişliyə və ya GSPS vahidlərinə qədər ola bilər. Nəzərə alın ki, bir ADC bir anda sizə yalnız onun xüsusiyyətlərindən birini təqdim edə bilər. Onların performansı nə qədər yüksək olsa, cihazla işləmək bir o qədər çətindir və özü də baha başa gəlir. Lakin fayda ondan ibarətdir ki, siz cihazın sürətindən imtina edərək lazımi bit dərinliyi göstəricilərini əldə edə bilərsiniz.
ADC növləri
İş prinsipi müxtəlif cihaz qrupları üçün dəyişir. Aşağıdakı növlərə baxacağıq:
- Birbaşa konvertasiya ilə.
- Ardıcıl yaxınlaşma ilə.
- Paralel çevirmə ilə.
- Şarj balansı ilə A/D çeviricisi (delta-sigma).
- ADC-lərin inteqrasiyası.
Fərqli arxitektura ilə öz xüsusi xüsusiyyətlərinə malik olan bir çox başqa boru kəməri və birləşmə növləri var. Amma bunlarməqalə çərçivəsində nəzərdən keçiriləcək nümunələr, bu spesifikliyə malik cihazların yuvasında göstərici rol oynadıqları üçün maraq doğurur. Buna görə də gəlin ADC-nin prinsipini, eləcə də onun fiziki cihazdan asılılığını öyrənək.
Birbaşa A/D Dönüştürücüləri
Keçən əsrin 60-70-ci illərində çox məşhur oldular. İnteqral sxemlər şəklində onlar 80-ci illərdən istehsal edilmişdir. Bunlar çox sadə, hətta ibtidai cihazlardır ki, əhəmiyyətli performansla öyünə bilməz. Onların bit dərinliyi adətən 6-8 bitdir və sürət nadir hallarda 1 GSPS-i keçir.
Bu tip ADC-nin işləmə prinsipi aşağıdakı kimidir: müqayisə aparanların müsbət girişləri eyni vaxtda giriş siqnalı alır. Mənfi terminallara müəyyən bir böyüklükdə bir gərginlik tətbiq olunur. Və sonra cihaz onun iş rejimini müəyyənləşdirir. Bu, istinad gərginliyi ilə edilir. Tutaq ki, 8 müqayisə aparatı olan bir cihazımız var. ½ istinad gərginliyi tətbiq edildikdə, onlardan yalnız 4-ü işə salınacaq. Prioritet kodlayıcı ikili kod yaradacaq, bu kod çıxış registrində sabitlənəcək. Üstünlüklər və çatışmazlıqlara gəldikdə, deyə bilərik ki, bu iş prinsipi yüksək sürətli cihazlar yaratmağa imkan verir. Lakin tələb olunan bit dərinliyini əldə etmək üçün çox tərləməlisən.
Müqayisəlilərin sayı üçün ümumi düstur belə görünür: 2^N. N altında rəqəmlərin sayını qoymalısınız. Daha əvvəl nəzərdən keçirilən nümunə yenidən istifadə edilə bilər: 2^3=8. Ümumilikdə üçüncü kateqoriyanı əldə etmək lazımdır8 müqayisə. İlk yaradılmış ADC-lərin iş prinsipi belədir. Çox rahat deyil, ona görə də sonradan digər arxitekturalar ortaya çıxdı.
Analoqdan rəqəmə ardıcıl yaxınlaşma çeviriciləri
Burada "çəkiləmə" alqoritmi istifadə olunur. Qısacası, bu texnikaya uyğun işləyən qurğular sadəcə olaraq serial sayma ADC adlanır. İş prinsipi belədir: cihaz giriş siqnalının dəyərini ölçür və sonra müəyyən bir üsula uyğun olaraq yaradılan rəqəmlərlə müqayisə edilir:
- Mümkün istinad gərginliyinin yarısını təyin edir.
- Əgər siqnal 1-ci nöqtədən qiymət limitini keçibsə, o zaman qalan dəyər arasında ortada olan rəqəmlə müqayisə edilir. Beləliklə, bizim vəziyyətimizdə istinad gərginliyinin ¾ hissəsi olacaqdır. Əgər istinad siqnalı bu göstəriciyə çatmazsa, onda müqayisə intervalın digər hissəsi ilə eyni prinsipə uyğun olaraq aparılacaqdır. Bu nümunədə bu, istinad gərginliyinin ¼ hissəsidir.
- 2-ci addım N dəfə təkrarlanmalıdır, bu da bizə nəticənin N bitini verəcəkdir. Bu, H sayda müqayisənin aparılması ilə bağlıdır.
Bu iş prinsipi ardıcıl yaxınlaşma ADC-ləri olan nisbətən yüksək konversiya sürətinə malik cihazları əldə etməyə imkan verir. İş prinsipi, gördüyünüz kimi, sadədir və bu cihazlar müxtəlif hallar üçün əladır.
Paralel analoqdan rəqəmə çeviricilər
Onlar seriyalı cihazlar kimi işləyirlər. Hesablama düsturu (2 ^ H) -1-dir. üçünƏvvəlki halda bizə (2^3)-1 müqayisəedicilər lazımdır. Əməliyyat üçün bu cihazların müəyyən bir sırası istifadə olunur, hər biri giriş və fərdi istinad gərginliyini müqayisə edə bilər. Paralel analoqdan rəqəmsal çeviricilər kifayət qədər sürətli cihazlardır. Lakin bu cihazların qurulması prinsipi belədir ki, onların işini dəstəkləmək üçün əhəmiyyətli güc tələb olunur. Buna görə də, onları batareya ilə istifadə etmək praktiki deyil.
Bitwise Balanced A/D Converter
Əvvəlki cihazla eyni şəkildə işləyir. Buna görə də, bit-bit balanslaşdırıcı ADC-nin işləməsini izah etmək üçün, yeni başlayanlar üçün iş prinsipi barmaqlarda sözün həqiqi mənasında nəzərdən keçiriləcəkdir. Bu cihazların mərkəzində dixotomiya fenomeni dayanır. Başqa sözlə, ölçülən dəyərin maksimum dəyərin müəyyən hissəsi ilə ardıcıl müqayisəsi həyata keçirilir. ½, 1/8, 1/16 və s.-də dəyərlər götürülə bilər. Buna görə də, analoqdan rəqəmsal çevirici bütün prosesi N təkrarlamada (ardıcıl addımlar) tamamlaya bilər. Üstəlik, H ADC-nin bit dərinliyinə bərabərdir (əvvəllər verilmiş düsturlara baxın). Beləliklə, texnikanın sürəti xüsusilə vacibdirsə, zaman baxımından əhəmiyyətli bir qazancımız var. Əhəmiyyətli sürətlərinə baxmayaraq, bu cihazlar aşağı statik dəqiqliyə malikdir.
Şarj balanslı A/D çeviriciləri (delta-sigma)
Bu, ən maraqlı cihaz növüdüriş prinsipi sayəsində. Bu, giriş gərginliyinin inteqrator tərəfindən toplananlarla müqayisə edilməsindən ibarətdir. Mənfi və ya müsbət polariteli impulslar girişə verilir (hamısı əvvəlki əməliyyatın nəticəsindən asılıdır). Beləliklə, belə bir analoqdan rəqəmsal çeviricinin sadə bir servo sistem olduğunu söyləyə bilərik. Ancaq bu, sadəcə müqayisə üçün bir nümunədir, buna görə bir delta-sigma ADC-nin nə olduğunu başa düşə bilərsiniz. Əməliyyat prinsipi sistemlidir, lakin bu analoqdan rəqəmsal çeviricinin effektiv işləməsi üçün kifayət deyil. Nəticə rəqəmsal aşağı keçirici filtrdən keçən 1s və 0-ların heç vaxt bitməyən axınıdır. Onlardan müəyyən bit ardıcıllığı əmələ gəlir. Birinci və ikinci dərəcəli ADC çeviriciləri arasında fərq qoyulur.
Analoqdan rəqəmsal çeviricilərin inteqrasiyası
Bu, məqalədə nəzərdən keçiriləcək sonuncu xüsusi haldır. Sonra, bu cihazların iş prinsipini təsvir edəcəyik, lakin ümumi səviyyədə. Bu ADC təkanlı analoqdan rəqəmsal çeviricidir. Bənzər bir cihazla rəqəmsal multimetrdə görüşə bilərsiniz. Bu da təəccüblü deyil, çünki onlar yüksək dəqiqlik təmin edir və eyni zamanda müdaxiləni yaxşı yatırırlar.
İndi onun necə işlədiyinə diqqət edək. Bu, giriş siqnalının kondansatörü müəyyən bir müddətə doldurması faktında yatır. Bir qayda olaraq, bu dövr cihazı gücləndirən şəbəkənin tezliyinin vahididir (50 Hz və ya 60 Hz). Çoxlu da ola bilər. Beləliklə, yüksək tezliklər sıxışdırılır.müdaxilə. Eyni zamanda, elektrik enerjisi istehsal edən şəbəkə mənbəyinin qeyri-sabit gərginliyinin nəticənin düzgünlüyünə təsiri düzəldilir.
Analoqdan rəqəmsal çeviricinin doldurulma müddəti başa çatdıqda, kondansatör müəyyən sabit sürətlə boşalmağa başlayır. Cihazın daxili sayğacı bu proses zamanı yaranan saat impulslarının sayını hesablayır. Beləliklə, müddət nə qədər uzun olarsa, göstəricilər bir o qədər əhəmiyyətli olur.
ADC push-pull inteqrasiyası yüksək dəqiqliyə və ayırdetmə qabiliyyətinə malikdir. Buna görə, həm də nisbətən sadə tikinti strukturu, onlar mikrosxemlər kimi həyata keçirilir. Bu iş prinsipinin əsas çatışmazlığı şəbəkə göstəricisindən asılılıqdır. Unutmayın ki, onun imkanları enerji təchizatının tezlik dövrü ilə bağlıdır.
İkili inteqrasiya ADC belə işləyir. Bu cihazın işləmə prinsipi olduqca mürəkkəb olsa da, keyfiyyət göstəricilərini təmin edir. Bəzi hallarda bu sadəcə zəruridir.
Bizə lazım olan iş prinsipi ilə APC seçin
Deyək ki, qarşımızda müəyyən vəzifə var. Hansı cihazı seçmək lazımdır ki, bütün istəklərimizi təmin etsin? Əvvəlcə qətnamə və dəqiqlik haqqında danışaq. Çox vaxt onlar çaşqın olurlar, baxmayaraq ki, praktikada bir-birindən çox az asılıdırlar. Nəzərə alın ki, 12 bitlik A/D çeviricisi 8 bitlik A/D çeviricisindən daha az dəqiq ola bilər. BundaBu halda, qətnamə ölçülmüş siqnalın giriş diapazonundan neçə seqmentin çıxarıla biləcəyinin ölçüsüdür. Beləliklə, 8 bitlik ADC-lərdə 28=256 belə vahid var.
Dəqiqlik, alınan çevrilmə nəticəsinin verilmiş giriş gərginliyində olması lazım olan ideal dəyərdən ümumi sapmasıdır. Yəni birinci parametr ADC-nin malik olduğu potensial imkanları xarakterizə edir, ikincisi isə bizim praktikada nəyə malik olduğumuzu göstərir. Buna görə də, yüksək dəqiqliyə görə ehtiyacları ödəyəcək daha sadə tip (məsələn, birbaşa analoqdan rəqəmsal çeviricilər) bizim üçün uyğun ola bilər.
Nə lazım olduğuna dair fikir sahibi olmaq üçün əvvəlcə fiziki parametrləri hesablamalı və qarşılıqlı əlaqə üçün riyazi düstur qurmalısınız. Onlarda vacib olan statik və dinamik səhvlərdir, çünki bir cihazın qurulmasının müxtəlif komponentləri və prinsiplərindən istifadə edərkən onlar onun xüsusiyyətlərinə müxtəlif yollarla təsir edəcəkdir. Daha ətraflı məlumatı hər bir xüsusi cihazın istehsalçısı tərəfindən təklif olunan texniki sənədlərdə tapa bilərsiniz.
Nümunə
Gəlin SC9711 ADC-yə nəzər salaq. Bu cihazın iş prinsipi ölçüsü və imkanlarına görə mürəkkəbdir. Yeri gəlmişkən, sonuncular haqqında danışarkən, onların həqiqətən müxtəlif olduğunu qeyd etmək lazımdır. Beləliklə, məsələn, mümkün əməliyyat tezliyi 10 Hz ilə 10 MHz arasında dəyişir. Başqa sözlə, saniyədə 10 milyon nümunə götürə bilər! Və cihazın özü möhkəm bir şey deyil, ammamodul konstruksiyaya malikdir. Lakin o, bir qayda olaraq, çoxlu sayda siqnalla işləmək lazım olan mürəkkəb texnologiyada istifadə olunur.
Nəticə
Gördüyünüz kimi, ADC-lərin əsasən fərqli iş prinsipləri var. Bu, bizə yaranan ehtiyacları ödəyəcək cihazları seçməyə imkan verir, eyni zamanda, mövcud vəsaitlərimizi ağıllı şəkildə idarə etməyə imkan verir.
