- Čo je postupná aproximácia ADC?
- Pracovanie postupnej aproximácie ADC
- Čas konverzie, rýchlosť a rozlíšenie postupnej aproximácie ADC
- Výhody a nevýhody postupnej aproximácie ADC
- Aplikácie SAR ADC
Analógovo digitálny prevodník (ADC) je typ zariadenia, ktoré nám pomáhajú spracovávať chaotické reálnych dát v digitálnej hľadiska. Aby sme porozumeli skutočným údajom, ako je teplota, vlhkosť, tlak, poloha, potrebujeme snímače, ktoré merajú určité parametre a dávajú nám elektrický signál späť vo forme napätia a prúdu. Pretože väčšina našich zariadení je v dnešnej dobe digitálnych, je nevyhnutné prevádzať tieto signály na digitálne signály. To je miesto, kde prichádza ADC, aj keď existuje veľa rôznych typov ADC, ale v tomto článku budeme hovoriť o jednom z najbežnejších typov ADC, ktorý je známy ako postupná aproximácia ADC.. V úvodnom článku sme hovorili o základoch ADC pomocou Arduina. Môžete si to overiť, ak ste v elektronike nováčikom a chcete sa o ADC dozvedieť viac.
Čo je postupná aproximácia ADC?
Postupnou aproximáciou ADC je ADC voľby pre low-cost média do aplikácie s vysokým rozlíšením je rozlíšenie pre SAR ADC sa pohybuje v rozmedzí 8 - 18 bitov, s rýchlosťou vzorka až 5 mega vzoriek za sekundu (MSPS). Môže byť tiež konštruovaný v malom prevedení s nízkou spotrebou energie, a preto sa tento typ ADC používa pre prenosné prístroje napájané z batérie.
Ako už z názvu vyplýva, tento ADC používa na prevod hodnôt binárny vyhľadávací algoritmus, a preto môžu interné obvody bežať na viacerých MHZ, ale skutočná vzorkovacia frekvencia je vďaka algoritmu postupnej aproximácie oveľa menšia. Viac o tom preberáme ďalej v tomto článku.
Pracovanie postupnej aproximácie ADC
Na titulnom obrázku je znázornený základný postupný aproximačný obvod ADC. Aby sme však princípu práce porozumeli trochu lepšie, použijeme jeho 4-bitovú verziu. Obrázok nižšie to presne ukazuje.
Ako vidíte, tento ADC sa skladá z komparátora, digitálneho na analógový prevodník a postupného aproximačného registra spolu s riadiacim obvodom. Teraz, kedykoľvek sa začne nová konverzácia, vzorkuje a drží obvod vzorkuje vstupný signál. A tento signál sa porovnáva so špecifickým výstupným signálom DAC.
Teraz povedzme, že vzorkovaný vstupný signál je 5,8 V. Referenčné číslo ADC je 10V. Na začiatku konverzie postupný aproximačný register nastaví najvýznamnejší bit na 1 a všetky ostatné bity na nulu. To znamená, že hodnota sa stane 1, 0, 0, 0, čo znamená, že pre referenčné napätie 10 V vytvorí DAC hodnotu 5 V, čo je polovica referenčného napätia. Teraz sa toto napätie porovná so vstupným napätím a na základe výstupu komparátora sa zmení výstup po sebe idúceho aproximačného registra. Obrázok nižšie to objasní viac. Ďalej sa môžete pozrieť na všeobecnú referenčnú tabuľku, kde nájdete ďalšie podrobnosti o DAC. Predtým sme realizovali veľa projektov na ADC a DAC, ďalšie projekty môžete skontrolovať.
To znamená, že ak je Vin väčší ako výstup DAC, najvýznamnejší bit zostane taký, aký je, a ďalší bit bude nastavený pre nové porovnanie. V opačnom prípade, ak je vstupné napätie menšie ako hodnota DAC, najvýznamnejší bit sa nastaví na nulu a ďalší bit sa nastaví na 1 pre nové porovnanie. Ak teraz vidíte obrázok nižšie, napätie DAC je 5 V a keďže je menšie ako vstupné napätie, nasledujúci bit pred najvýznamnejším bitom sa nastaví na jednu a ostatné bity sa nastavia na nulu, tento proces bude pokračovať, kým hodnota najbližšia k vstupnému napätiu dosahuje.
Takto sa postupná aproximácia ADC mení po 1 biti, aby sa určilo vstupné napätie a vytvorila výstupná hodnota. Akákoľvek môže byť hodnota v štyroch iteráciách, zo vstupnej hodnoty dostaneme výstupný digitálny kód. Nakoniec je uvedený zoznam všetkých možných kombinácií pre štvorbitovú postupnú aproximáciu ADC.
Čas konverzie, rýchlosť a rozlíšenie postupnej aproximácie ADC
Čas konverzie:
Všeobecne môžeme povedať, že pre N bitový ADC to bude trvať N hodinových cyklov, čo znamená, že čas prevodu tohto ADC sa stane-
Tc = N x Tclk
* Tc je skratka pre Conversion Time.
A na rozdiel od iných ADC, doba premeny tohto ADC je nezávislá od vstupného napätia.
Pretože používame 4-bitový ADC, aby sme sa vyhli efektom aliasingu, musíme odobrať vzorku po 4 po sebe nasledujúcich hodinových impulzoch.
Rýchlosť konverzie:
Typická rýchlosť konverzie tohto typu ADC je okolo 2 - 5 megapixelov za sekundu (MSPS), ale existuje len málo z nich, ktoré môžu dosiahnuť až 10 (MSPS). Príkladom môže byť LTC2378 od spoločnosti Linear Technologies.
Rozhodnutie:
Rozlíšenie tohto typu ADC môže byť okolo 8 - 16 bitov, ale niektoré typy môžu dosiahnuť až 20 bitov, príkladom môže byť ADS8900B od Analog Devices.
Výhody a nevýhody postupnej aproximácie ADC
Tento typ ADC má oproti iným veľa výhod. Má vysokú presnosť a nízku spotrebu energie, je ľahko použiteľný a má nízku dobu latencie. Čas latencie je čas začiatku získavania signálu a čas, keď sú údaje k dispozícii na načítanie z ADC, zvyčajne je tento čas latencie definovaný v sekundách. Ale tiež niektoré údajové listy tento parameter označujú ako konverzné cykly, v konkrétnom ADC, ak sú údaje k dispozícii na načítanie v rámci jedného konverzného cyklu, môžeme povedať, že má latenciu jedného konverzného cyklu. A ak sú údaje k dispozícii po N cykloch, môžeme povedať, že majú latenciu jedného konverzného cyklu. Veľkou nevýhodou SAR ADC je jeho konštrukčná zložitosť a výrobné náklady.
Aplikácie SAR ADC
Pretože sa jedná o najbežnejšie používaný ADC, používa sa na mnoho aplikácií, ako napríklad na použitie v biomedicínskych zariadeniach, ktoré je možné implantovať pacientovi, tieto typy ADC sa používajú, pretože spotrebúvajú oveľa menej energie. Mnoho inteligentných hodiniek a senzorov tiež používalo tento typ ADC.
V súhrne môžeme povedať, že hlavnými výhodami tohto typu ADC sú nízka spotreba energie, vysoké rozlíšenie, malý tvarový faktor a presnosť. Tento typ znaku ho robí vhodným pre integrované systémy. Hlavným obmedzením môže byť jeho nízka vzorkovacia frekvencia a časti potrebné na zostavenie tohto ADC, ktorý je DAC, a komparátora, pričom na dosiahnutie presného výsledku by obidve z nich mali pracovať veľmi presne.