- Što je sukcesivno približavanje ADC?
- Rad uzastopnog aproksimacijskog ADC-a
- Vrijeme pretvorbe, brzina i razlučivost uzastopnog približavanja ADC
- Prednosti i nedostaci sukcesivne aproksimacije ADC
- Primjene SAR ADC-a
Analogno-digitalni pretvarač (ADC) je vrsta uređaja koji nam pomaže obraditi kaotične stvarnom svijetu podataka u digitalnom stajališta. Da bismo razumjeli podatke iz stvarnog svijeta poput temperature, vlage, tlaka, položaja, potrebni su nam pretvarači, svi oni mjere određene parametre i vraćaju nam električni signal u obliku napona i struje. Budući da je većina naših uređaja danas digitalna, postaje neophodno pretvoriti te signale u digitalne. Tu dolazi ADC, premda postoji mnogo različitih vrsta ADC-a, ali u ovom ćemo članku govoriti o jednom od najčešće korištenih ADC tipova koji su poznati kao sukcesivni ADC. U ranom članku razgovarali smo o osnovi ADC-a uz pomoć Arduina, to možete provjeriti ako ste novi u elektronici i želite li saznati više o ADC-u.
Što je sukcesivno približavanje ADC?
Sukcesivne aproksimacije ADC je ADC izbora za low-cost srednje do aplikacija visoke rezolucije je rezolucija za SAR ADC u rasponu od 8 - 18 bita, s uzorak ubrzava do 5 mega uzorcima u sekundi (MSPs). Također, može se konstruirati u malom faktoru oblika s malom potrošnjom energije, zbog čega se ova vrsta ADC-a koristi za prijenosne instrumente na baterije.
Kao što naziv implicira, ovaj ADC primjenjuje binarni algoritam pretraživanja za pretvorbu vrijednosti, zbog čega interni sklop možda radi na nekoliko MHZ, ali stvarna brzina uzorkovanja je mnogo manja zbog algoritma sukcesivne aproksimacije. O tome ćemo razgovarati kasnije u ovom članku.
Rad uzastopnog aproksimacijskog ADC-a
Slika naslovnice prikazuje osnovni uzastopni aproksimacijski ADC krug. No, da bismo malo bolje razumjeli princip rada, koristit ćemo njegovu 4-bitnu verziju. Slika ispod pokazuje upravo to.
Kao što vidite, ovaj se ADC sastoji od komparatora, digitalnog u analogni pretvarač i sukcesivnog približnog registra zajedno s upravljačkim krugom. Sada, kad god započne novi razgovor, krug za uzorkovanje i zadržavanje uzorkuje ulazni signal. I taj se signal uspoređuje sa specifičnim izlaznim signalom DAC-a.
Recimo sada, uzorkovani ulazni signal je 5,8 V. Referenca ADC-a je 10V. Kad pretvorba započne, registar uzastopne aproksimacije postavlja najznačajniji bit na 1, a sve ostale bitove na nulu. To znači da vrijednost postaje 1, 0, 0, 0, što znači da će za referentni napon od 10 V DAC proizvesti vrijednost od 5 V što je polovica referentnog napona. Sada će se ovaj napon usporediti s ulaznim naponom i na temelju izlaza komparatora promijenit će se izlaz uzastopnog registra aproksimacije. Slika ispod će to više pojasniti. Dalje, možete pogledati generičku referentnu tablicu za više detalja o DAC-u. Prije smo napravili mnogo projekata na ADC-ovima i DAC-ovima, možete ih provjeriti za više informacija.
To znači da je Vin ako je veći od izlaza DAC-a, najznačajniji bit ostat će takav kakav jest, a sljedeći bit bit će postavljen za novu usporedbu. Inače, ako je ulazni napon manji od vrijednosti DAC-a, najznačajniji bit bit će postavljen na nulu, a sljedeći bit bit će postavljen na 1 za novu usporedbu. Ako vidite donju sliku, DAC napon je 5V, a kako je manji od ulaznog napona, sljedeći bit prije najznačajnijeg bita postavit će se na jedan, a ostali bitovi na nulu, taj će se postupak nastaviti sve dok vrijednost najbliža ulaznom naponu doseže.
Na taj se način uzastopni aproksimacijski ADC mijenja po 1 bit za određivanje ulaznog napona i stvaranje izlazne vrijednosti. I koja god vrijednost mogla biti u četiri iteracije, izlazni digitalni kod dobit ćemo iz ulazne vrijednosti. Konačno, dolje je prikazan popis svih mogućih kombinacija za četverobitni uzastopni aproksimacijski ADC.
Vrijeme pretvorbe, brzina i razlučivost uzastopnog približavanja ADC
Vrijeme pretvorbe:
Općenito, možemo reći da će za N-bitni ADC trebati N taktova, što znači da će vrijeme pretvorbe ovog ADC-a postati-
Tc = N x Tclk
* Tc je skraćenica od Pretvorbeno vrijeme.
I za razliku od ostalih ADC-a, vrijeme pretvorbe ovog ADC-a neovisno je o ulaznom naponu.
Kako koristimo 4-bitni ADC, da bismo izbjegli efekte uklapanja, moramo uzeti uzorak nakon 4 uzastopna impulsa sata.
Brzina pretvorbe:
Tipična brzina pretvorbe ove vrste ADC-a iznosi oko 2 - 5 mega uzoraka u sekundi (MSPS), ali malo je onih koji mogu doseći i do 10 (MSPS). Primjer bi mogao biti LTC2378 tvrtke Linear Technologies.
Rješenje:
Razlučivost ove vrste ADC-a može biti oko 8 - 16 bita, ali neke vrste mogu doseći i 20-bit, primjer može biti ADS8900B tvrtke Analog Devices.
Prednosti i nedostaci sukcesivne aproksimacije ADC
Ova vrsta ADC-a ima mnogo prednosti u odnosu na druge. Ima visoku točnost i nisku potrošnju energije, dok je jednostavan za upotrebu i ima malo kašnjenja. Vrijeme kašnjenja je vrijeme početka prikupljanja signala i vrijeme kada su podaci dostupni za dohvaćanje iz ADC-a, obično je to vrijeme kašnjenja definirano u sekundama. Ali također se neke tablice podataka odnose na ovaj parametar kao na cikluse pretvorbe, u određenom ADC-u ako su podaci dostupni za preuzimanje unutar jednog ciklusa pretvorbe, možemo reći da ima jednu kašnjenje u ciklusu razgovora. A ako su podaci dostupni nakon N ciklusa, možemo reći da imaju jedno kašnjenje u ciklusu pretvorbe. Glavni nedostatak SAR ADC-a je složenost dizajna i trošak proizvodnje.
Primjene SAR ADC-a
Budući da je ovo najčešće korišten ADC, koristi se za mnoge primjene, poput uporabe u biomedicinskim uređajima koji se mogu ugraditi u pacijenta, ove se vrste ADC-a koriste jer troši vrlo manje energije. Također, mnogi pametni satovi i senzori koristili su ovu vrstu ADC-a.
Ukratko, možemo reći da su primarne prednosti ove vrste ADC-a mala potrošnja energije, visoka razlučivost, mali faktor oblika i točnost. Ova vrsta karaktera čini ga prikladnim za integrirane sustave. Glavno ograničenje može biti njegova niska stopa uzorkovanja i dijelovi potrebni za izgradnju ovog ADC-a, koji je DAC, i komparatora, i jedan i drugi trebaju raditi vrlo precizno kako bi dobili točan rezultat.