Аналогово-цифров преобразувател-предназначение, класификация и принцип на действие

За преобразуване на аналогов сигнал в цифров сигнал (в последователност от типа на четим двоичен код) се използва електронно устройство, наречено аналогово-цифров преобразувател-съкратен ADC. В процеса на преобразуване на аналогов сигнал в цифров се реализират следните: вземане на проби, квантоване и кодиране.

Семплирането се разбира като вземане на проби от непрекъснат по време аналогов сигнал на отделни (дискретни) стойности, падащи на моменти от време, свързани с определени интервали и продължителност на тактовите сигнали, следващи един след друг.

Квантоването предполага закръгляване на стойността на аналогов сигнал, избран по време на извадката, до най -близкото ниво на квантоване, а нивата на квантоване имат свой собствен пореден номер и тези нива се различават помежду си с фиксирана делта стойност, която не е нищо повече от стъпка на квантоване.

Строго погледнато, извадката е процесът на представяне на непрекъсната функция като поредица от дискретни стойности, а квантоването е разделянето на сигнал (стойности) на нива. Що се отнася до кодирането, тук кодирането се разбира като сравнение на елементите, получени в резултат на квантоване, с предварително определена комбинация от кодове.

Има много методи за преобразуване на напрежението в код. Освен това всеки от методите има индивидуални характеристики: точност, бързина, сложност. Според типа на метода на преобразуване ADC се класифицират в три

• паралелно,

• последователен,

• серийно-паралелно.

За всеки метод процесът на трансформиране на сигнал във времето протича по свой собствен начин, от това и името. Разликите се крият в това как се извършват квантоването и кодирането: серийна, паралелна или серийно-паралелна процедура за сближаване на цифров резултат с преобразувания сигнал.

Диаграмата на паралелен аналогово-цифров преобразувател е показана на фигурата. Паралелните ADC са най-бързите аналогово-цифрови преобразуватели.

Броят на електронните устройства за сравнение (общият брой на DA компараторите) съответства на капацитета на ADC: за два бита са достатъчни три компаратора, за три — седем, за четири — 15 и т.н. Делителят на напрежение в резисторите е проектиран да задайте редица постоянни еталонни напрежения.

Входното напрежение (стойността на това входно напрежение се измерва тук) се прилага едновременно към входовете на всички компаратори и се сравнява с всички референтни напрежения от тези, които този резистивен делител позволява да се получи.

Тези компаратори, чиито неинвертиращи входове се захранват с напрежение, по-голямо от референтното (подадено от делителя към инвертиращия вход), ще дадат логическа единица на изхода, останалата част (където входното напрежение е по-малко от референтното или равно на нула) ще даде нула.

След това е свързан енкодер, неговата задача е да преобразува комбинация от единици и нули в стандартен, адекватно разбран двоичен код.

ADC схемите за последователно преобразуване са по -малко бързи от паралелните преобразуващи схеми, но те имат по -опростен елементарен дизайн.Той използва компаратор, И логика, часовник, брояч и цифрово-аналогов преобразувател.

Фигурата показва диаграма на такъв ADC. Например, докато измереното напрежение, приложено към входа на схемата за сравнение, е по -високо от сигнала на рампата на втория вход (еталон), броячът отчита импулсите на тактовия генератор. Оказва се, че измереното напрежение е пропорционално на броя на преброените импулси.

Съществуват и серийно-паралелни ADC, при които процесът на преобразуване на аналогов сигнал в цифров сигнал е разделен в пространството, така че се оказва, че се постига максимална компромисна скорост с минимална сложност.