Analogi-digitaalimuunnin - tarkoitus, luokitus ja toimintaperiaate

Elektronista laitetta, jota kutsutaan analogia-digitaalimuuntimeksi (ADC), käytetään analogisen signaalin muuntamiseen digitaaliseksi signaaliksi (luettavassa binäärikoodityyppisessä sekvenssissä). Analogisen signaalin digitaaliseksi muuntamisessa toteutetaan seuraavat: näytteistys, kvantisointi ja koodaus.

Näytteenotto ymmärretään näytteiden ottamiseksi aikajatkuvasta analogisesta signaalista yksittäisistä (erillisistä) arvoista, jotka putoavat tiettyihin toisiaan seuraaviin kellosignaaleihin liittyviin aikaväleihin ja kestoihin.

Kvantisoinnissa näytteenotossa valitun analogisen signaalin arvo pyöristetään lähimpään kvantisointitasoon, ja kvantisointitasoilla on oma järjestysnumeronsa ja nämä tasot eroavat toisistaan ​​kiinteällä delta-arvolla, mikä ei ole muuta kuin kvantisointivaihe.

Tarkkaan ottaen näytteistys on prosessi, jossa jatkuva funktio esitetään diskreettien arvojen sarjana, ja kvantisointi on signaalin (arvojen) jakamista tasoiksi. Mitä tulee koodaukseen, tässä koodauksella tarkoitetaan kvantisoinnin tuloksena saatujen elementtien vertailua ennalta määrättyyn koodiyhdistelmään.

On olemassa monia menetelmiä jännitteen muuttamiseksi koodiksi. Lisäksi jokaisella menetelmällä on yksilölliset ominaisuudet: tarkkuus, nopeus, monimutkaisuus. Muuntomenetelmän tyypin mukaan ADC:t luokitellaan kolmeen

• rinnakkain

• johdonmukainen,

• sarja-rinnakkais.

Jokaisessa menetelmässä signaalin muuntaminen ajan myötä etenee omalla tavallaan, mistä johtuu nimi. Erot ovat siinä, miten kvantisointi ja koodaus suoritetaan: sarja-, rinnakkais- tai sarja-rinnakkaisproseduuri digitaalisen tuloksen lähentämiseksi muunnetulle signaalille.

Rinnakkaisen analogia-digitaalimuuntimen kaavio on esitetty kuvassa. Rinnakkais-ADC:t ovat nopeimpia analogia-digitaalimuuntimia.

Elektronisten vertailulaitteiden määrä (DA-vertailijoiden kokonaismäärä) vastaa ADC:n kapasiteettia: kolme vertailijaa riittää kahdelle bitille, seitsemän kolmelle, 15 neljälle jne. Vastusjännitteen jakaja on suunniteltu asettamaan vakio referenssijännitteet.

Tulojännite (tämän tulojännitteen arvo mitataan tässä) syötetään samanaikaisesti kaikkien vertailevien tuloihin ja sitä verrataan kaikkiin referenssijännitteisiin, jotka tämä resistiivinen jakaja mahdollistaa.

Ne vertailijat, joiden ei-invertoivat tulot syötetään referenssiä suuremmalla jännitteellä (jakaja syöttää invertoivaan tuloon), antavat loogisen lähtöön, loput (jos tulojännite on pienempi kuin referenssi tai yhtä suuri kuin nolla) antoi nollan.

Sitten kytketään kooderi, jonka tehtävänä on muuntaa ykkösten ja nollien yhdistelmä standardiksi, riittävästi ymmärrettäväksi binäärikoodiksi.

Sarjamuunnoksen ADC-piirit ovat vähemmän nopeita kuin rinnakkaismuunninpiirit, mutta niiden perusrakenne on yksinkertaisempi.Se käyttää vertailijaa, JA-logiikkaa, kelloa, laskuria ja digitaali-analogi-muunninta.

Kuvassa on kaavio tällaisesta ADC:stä. Esimerkiksi vaikka vertailupiirin tuloon syötetty mitattu jännite on suurempi kuin toisen tulon (viite) ramppisignaali, laskuri laskee kellogeneraattorin pulssit. Osoittautuu, että mitattu jännite on verrannollinen laskettujen pulssien lukumäärään.

On myös sarja-rinnakkais-ADC:itä, joissa analogisen signaalin muuntaminen digitaaliseksi signaaliksi on erotettu avaruudessa, joten käy ilmi, että suurin kompromissinopeus saavutetaan mahdollisimman pienellä monimutkaisuudella.