Analog-to-digital converter - layunin, pag-uuri at prinsipyo ng pagpapatakbo

Ang isang elektronikong aparato na tinatawag na analog-to-digital converter (ADC) ay ginagamit upang i-convert ang isang analog signal sa isang digital signal (sa isang nababasang binary code type sequence). Sa proseso ng pag-convert ng analog signal sa digital, ang mga sumusunod ay ipinatupad: sampling, quantization at coding.

Ang sampling ay nauunawaan bilang pagkuha ng mga sample mula sa isang tuluy-tuloy na analog signal ng mga indibidwal (discrete) na halaga na bumabagsak sa mga sandali ng oras na nauugnay sa ilang mga agwat at tagal ng mga signal ng orasan na sumusunod sa isa't isa.

Kasama sa quantization ang pag-round sa value ng analog signal na pinili sa panahon ng sampling sa pinakamalapit na quantization level, at ang quantization level ay may sariling sequence number, at ang mga level na ito ay naiiba sa isa't isa sa pamamagitan ng fixed delta value, na hindi hihigit sa quantization step.

Sa mahigpit na pagsasalita, ang sampling ay ang proseso ng pagre-represent ng tuluy-tuloy na function bilang isang serye ng mga discrete value, at ang quantization ay ang paghahati ng signal (values) sa mga level. Tulad ng para sa coding, dito ang coding ay nauunawaan bilang isang paghahambing ng mga elemento na nakuha bilang isang resulta ng quantization na may isang paunang natukoy na kumbinasyon ng mga code.

Mayroong maraming mga paraan ng pag-convert ng boltahe sa code. Bilang karagdagan, ang bawat isa sa mga pamamaraan ay may mga indibidwal na katangian: katumpakan, bilis, pagiging kumplikado. Ayon sa uri ng paraan ng conversion, ang mga ADC ay inuri sa tatlo

• kahanay

• pare-pareho,

• serial-parallel.

Para sa bawat pamamaraan, ang proseso ng pagbabago ng signal sa paglipas ng panahon ay nagpapatuloy sa sarili nitong paraan, kaya ang pangalan. Ang mga pagkakaiba ay nakasalalay sa kung paano isinasagawa ang quantization at encoding: isang serial, parallel, o serial-parallel na pamamaraan upang tantiyahin ang isang digital na resulta sa na-convert na signal.

Ang diagram ng isang parallel analog-to-digital converter ay ipinapakita sa figure. Ang mga parallel ADC ay ang pinakamabilis na analog-to-digital converter.

Ang bilang ng mga elektronikong paghahambing na aparato (ang kabuuang bilang ng mga paghahambing ng DA) ay tumutugma sa kapasidad ng ADC: tatlong mga paghahambing ay sapat para sa dalawang bit, pito para sa tatlo, 15 para sa apat, atbp. Ang divider ng boltahe ng risistor ay idinisenyo upang magtakda ng isang hanay ng mga pare-parehong boltahe ng sanggunian.

Ang input boltahe (ang halaga ng input na boltahe na ito ay sinusukat dito) ay sabay-sabay na inilalapat sa mga input ng lahat ng mga comparator at inihambing sa lahat ng reference na boltahe ng mga na pinapayagang makuha ng resistive divider na ito.

Yaong mga comparator na ang mga non-inverting input ay pinapakain ng boltahe na mas malaki kaysa sa reference (inilapat ng divider sa inverting input) ay magbibigay ng logic sa output, ang iba (kung saan ang input boltahe ay mas mababa kaysa sa reference o katumbas ng zero) ay magbibigay ng zero.

Pagkatapos ay konektado ang isang encoder, ang gawain nito ay i-convert ang isang kumbinasyon ng mga isa at mga zero sa isang pamantayan, sapat na naiintindihan na binary code.

Ang mga circuit ng ADC para sa serial conversion ay hindi gaanong mabilis kaysa sa mga parallel converter circuit, ngunit mayroon silang mas simpleng disenyong elementarya. Gumagamit ito ng comparator, AND logic, orasan, counter, at digital-to-analog converter.

Ang figure ay nagpapakita ng isang diagram ng naturang ADC. Halimbawa, habang ang sinusukat na boltahe na inilapat sa input ng comparator circuit ay mas mataas kaysa sa ramp signal ng pangalawang input (reference), binibilang ng counter ang mga pulso ng clock generator. Ito ay lumalabas na ang sinusukat na boltahe ay proporsyonal sa bilang ng mga pulso na binibilang.

Mayroon ding mga serye-parallel na ADC, kung saan ang proseso ng pag-convert ng analog signal sa isang digital na signal ay pinaghihiwalay sa espasyo, kaya lumalabas na ang pinakamataas na bilis ng trade-off ay nakakamit nang may pinakamababang kumplikado.