Hogyan működik az egymást követő közelítés (sar) adc és hol lehet a legjobban használni?

Az analóg-digitális átalakító (ADC) egy olyan típusú eszköz, amely segít a kaotikus valós adatok digitális szempontból történő feldolgozásában. A valós adatok, például a hőmérséklet, a páratartalom, a nyomás, a helyzet megértéséhez átalakítókra van szükségünk, amelyek mindegyike bizonyos paramétereket mér és visszajelez bennünket egy feszültség és áram formájában. Mivel napjainkban készülékeink többsége digitális, szükségessé válik e jelek digitális jellé alakítása. Itt jön be az ADC, bár sokféle ADC létezik, de ebben a cikkben az egyik leggyakrabban használt ADC-típusról fogunk beszélni, amelyek az egymás utáni közelítő ADC- ként ismertek. Egy korai cikkben beszéltünk az ADC alapjáról az Arduino segítségével. Ezt ellenőrizheti, ha új ismeretekkel rendelkezik az elektronika iránt, és szeretne többet megtudni az ADC-ről.

Mi az az egymás utáni közelítő ADC?

Az egymás utáni közelítő ADC az alacsony költségű közepes és nagy felbontású alkalmazásokhoz választott ADC, a SAR ADC-k felbontása 8-18 bit között mozog, a mintavételi sebesség akár 5 mega-minta másodpercenként (Msps). Ezenkívül kis alakban, alacsony energiafogyasztással is felépíthető, ezért használják ezt a típusú ADC-t hordozható akkumulátorral működő műszereknél.

Ahogy a neve is mutatja, ez az ADC bináris keresési algoritmust alkalmaz az értékek konvertálására, ezért lehet, hogy a belső áramkör több MHZ-n fut, de a tényleges mintavételi arány sokkal kisebb a Szekvenciális Közelítés algoritmusnak köszönhetően. A cikk későbbi részében erről bővebben tárgyalunk.

Az egymás utáni közelítő ADC működése

A borítóképen látható az egymás utáni alapvető közelítő ADC áramkör. De hogy egy kicsit jobban megértsük a működési elvet, annak 4 bites változatát fogjuk használni. Az alábbi kép pontosan ezt mutatja.

Mint látható, ez az ADC egy komparátorból, egy digitális-analóg átalakítóból és egy egymást követő közelítő regiszterből áll a vezérlő áramkörrel együtt. Most, amikor új beszélgetés kezdődik, a minta és a tartás áramkör mintát vesz a bemeneti jelre. És ezt a jelet összehasonlítják a DAC specifikus kimeneti jelével.

Most mondjuk, a mintavételezett bemeneti jel 5,8 V. Az ADC referenciája 10V. Amikor az átalakítás megkezdődik, az egymást követő közelítő regiszter a legjelentősebb bitet 1-re, az összes többi bitet nullára állítja. Ez azt jelenti, hogy az érték 1, 0, 0, 0 lesz, ami azt jelenti, hogy 10 V referenciafeszültség esetén a DAC 5 V értéket állít elő, amely a referenciafeszültség fele. Most ezt a feszültséget összehasonlítják a bemeneti feszültséggel, és az összehasonlító kimenet alapján az egymást követő közelítő regiszter kimenete megváltozik. Az alábbi kép jobban tisztázza. Ezenkívül megnézhet egy általános referenciatáblázatot a DAC-ról. Korábban számos projektet készítettünk ADC-kkel és DAC-okkal, ezeket további információkért tekintse meg.

Ez azt jelenti, hogy ha a Vin nagyobb, mint a DAC kimenete, akkor a legjelentősebb bit a jelenlegi állapotában marad, és a következő bitet új összehasonlításra állítják be. Ellenkező esetben, ha a bemeneti feszültség kisebb, mint a DAC értéke, akkor a legjelentősebb bit nulla lesz, és a következő bit 1-re lesz új összehasonlítás céljából. Most, ha az alábbi képet látja, a DAC feszültség 5 V, és mivel kisebb, mint a bemeneti feszültség, a legközelebbi bit előtti következő bit egyre, a többi bit pedig nullára áll, ez a folyamat addig folytatódik, amíg a bemeneti feszültséghez legközelebb eső érték eléri.

Így változik az egymást követő közelítés ADC egyszerre 1 bitet a bemeneti feszültség meghatározása és a kimeneti érték előállítása érdekében. És bármi is lehet az érték négy ismétlésben, a kimeneti digitális kódot a bemeneti értékből kapjuk. Végül az alábbiakban felsoroljuk az összes lehetséges kombinációt egy négy bites, egymást követő közelítésű ADC- hez.

Konverziós idő, sebesség és az egymás utáni megközelítés ADC felbontása

Konverziós idő:

Általánosságban elmondhatjuk, hogy egy N bites ADC esetén N óraciklusra lesz szükség, ami azt jelenti, hogy az ADC átalakítási ideje

Tc = N x Tclk

* A Tc a konverziós idő rövidítése.

És más ADC-kkel ellentétben ennek az ADC-nek az átalakítási ideje független a bemeneti feszültségtől.

Mivel 4 bites ADC-t használunk, az álnevesítő hatások elkerülése érdekében mintát kell vennünk 4 egymást követő óraimpulzus után.

Konverziós sebesség:

Az ilyen típusú ADC tipikus konverziós sebessége körülbelül 2–5 mega minta másodpercenként (MSPS), de kevés van, amely elérheti a 10-et (MSPS). Ilyen például a Linear Technologies LTC2378.

Felbontás:

Az ilyen típusú ADC felbontása 8-16 bit körül lehet, de egyes típusok akár 20 bitet is elérhetnek, például az Analog Devices ADS8900B lehet.

Az egymás utáni közelítés ADC előnyei és hátrányai

Ez a típusú ADC sok előnnyel rendelkezik a többiekkel szemben. Nagy pontossággal és alacsony energiafogyasztással rendelkezik, míg könnyen kezelhető és alacsony késési idővel rendelkezik. A késleltetési idő a jelgyűjtés kezdetének ideje és az az idő, amikor az adatok rendelkezésre állnak az ADC-től való lehíváshoz, általában ez a késleltetési idő másodpercben van megadva. Néhány adatlap azonban ezt a paramétert konverziós ciklusnak nevezi, egy adott ADC-ben, ha az adatok egy konverziós cikluson belül rendelkezésre állnak, akkor azt mondhatjuk, hogy egy beszélgetési ciklus késéssel rendelkezik. És ha az adatok N ciklus után állnak rendelkezésre, akkor azt mondhatjuk, hogy egy konverziós ciklus késéssel rendelkezik. A SAR ADC egyik fő hátránya a tervezés összetettsége és az előállítási költség.

A SAR ADC alkalmazásai

Mivel ez a leggyakrabban használt ADC, sok alkalmazáshoz használják, például a betegbe beültethető orvosbiológiai eszközökhöz, ezért az ilyen típusú ADC-ket azért használják, mert nagyon kevesebb energiát fogyaszt. Emellett sok okosóra és érzékelő használta ezt a típusú ADC-t.

Összefoglalva elmondhatjuk, hogy az ilyen típusú ADC elsődleges előnyei az alacsony energiafogyasztás, a nagy felbontás, a kis alaki tényező és a pontosság. Ez a típusú karakter alkalmassá teszi az integrált rendszerek számára. A fő korlát lehet az alacsony mintavételi gyakoriság, valamint az ADC felépítéséhez szükséges alkatrészek, amely egy DAC, és egy összehasonlító elem, mindkettőnek nagyon pontosan kell dolgoznia a pontos eredmény elérése érdekében.