כיצד פועל adc בקירוב (sar) רצוף ואיפה משתמשים בו בצורה הטובה ביותר?

אנלוגי דיגיטלי ממיר (ADC) הוא סוג של מכשיר שעוזר לנו לעבד את הנתונים האמיתיים בעולם כאוטי מבחינה דיגיטלית. כדי להבין נתונים בעולם האמיתי כמו טמפרטורה, לחות, לחץ, מיקום, אנו זקוקים למתמרים, כל אלה מודדים פרמטרים מסוימים ומחזירים לנו אות חשמלי בצורה של מתח וזרם. מכיוון שרוב המכשירים שלנו כיום הם דיגיטליים, יש צורך להמיר את האותות האלה לאותות דיגיטליים. זה המקום שבו ה- ADC נכנס, אם כי ישנם סוגים רבים של ADCs שם בחוץ, אך במאמר זה אנו הולכים לדבר על אחד מסוגי ה- ADC הנפוצים ביותר המכונים ADC בקירוב ברצף.. במאמר מוקדם דיברנו על הבסיס של ADC בעזרת Arduino, אתה יכול לבדוק אם אתה חדש בתחום האלקטרוניקה ורוצה ללמוד עוד על ADC.

מהו ADC בקירוב לקירוב?

ה- ADC לקירוב הרציף הוא ה- ADC הנבחר עבור יישומים ברזולוציה בינונית עד גבוהה בעלות נמוכה, הרזולוציה עבור SAR ADC נעה בין 8 - 18 ביט, עם מהירויות מדגם של עד 5 מגה-דגימות לשנייה (Msps). כמו כן, ניתן לבנות אותו בגורם צורה קטן עם צריכת חשמל נמוכה, ולכן סוג זה של ADC משמש למכשירים ניידים המופעלים באמצעות סוללות.

כפי שהשם מרמז, ADC זה מיישם אלגוריתם חיפוש בינארי כדי להמיר את הערכים, ולכן המעגל הפנימי עשוי לפעול בכמה MZZ, אך קצב הדגימה בפועל הוא הרבה פחות בגלל אלגוריתם הערכת ההצלחה. נדון בנושא נוסף בהמשך מאמר זה.

עבודה של בקירוב ADC בקירוב

תמונת השער מציגה את מעגל ADC בקירוב הבסיסי ברציפות. אבל כדי להבין את עקרון העבודה קצת יותר טוב, אנחנו הולכים להשתמש בגרסת 4 סיביות שלו. התמונה למטה מראה בדיוק את זה.

כפי שאתה יכול לראות, ADC זה מורכב משווה, ממיר דיגיטלי לאנלוגי ומרשם קירוב עוקב יחד עם מעגל הבקרה. כעת, בכל פעם שמתחילה שיחה חדשה, מעגל הדגימה והחזקה מדגם את אות הקלט. ואות זה מושווה לאות הפלט הספציפי של ה- DAC.

בואו נגיד, אות הקלט שנדגם הוא 5.8V. ההפניה של ה- ADC היא 10V. כאשר ההמרה מתחילה, רישום הקירוב העוקב מגדיר את הסיביות המשמעותית ביותר ל -1 וכל שאר הסיביות לאפס. משמעות הדבר היא שהערך הופך ל -1, 0, 0, 0, כלומר עבור מתח ייחוס של 10 וולט, ה- DAC יפיק ערך של 5 וולט שהוא מחצית ממתח הייחוס. כעת מתח זה יושווה למתח הקלט ובהתאם לפלט המשווה ישתנה תפוקת רישום הקירוב העוקב. התמונה למטה תבהיר אותה יותר. יתר על כן, אתה יכול להסתכל בטבלת הפניות כללית לקבלת פרטים נוספים על DAC. בעבר ביצענו פרויקטים רבים על ADCs ו- DACs, אתה יכול לבדוק אותם למידע נוסף.

פירוש הדבר שאם Vin גדול יותר מפלט ה- DAC, הסיבית המשמעותית ביותר תישאר כפי שהיא, והביט הבא יוגדר להשוואה חדשה. אחרת, אם מתח הכניסה נמוך מערך DAC, הסיב המשמעותי ביותר יוגדר לאפס, והביט הבא יוגדר ל- 1 לצורך השוואה חדשה. עכשיו אם אתה רואה את התמונה למטה, מתח ה- DAC הוא 5V וכיוון שהוא פחות ממתח הכניסה, הסיבית הבאה לפני הסיבית המשמעותית ביותר תוגדר לאחד, וביטים אחרים יעמדו על אפס, תהליך זה יימשך עד הערך הקרוב ביותר למתח הקלט מגיע.

כך השינוי בקירוב ADC משתנה 1 ביט בכל פעם כדי לקבוע את מתח הכניסה ולהפיק את ערך הפלט. ולא משנה מה הערך שיהיה בארבע איטרציות, נקבל את הקוד הדיגיטלי המוצא מערך הקלט. לבסוף, רשימה של כל השילובים האפשריים עבור ADC בקירוב לרצף של ארבע סיביות מוצגת להלן.

זמן המרה, מהירות ורזולוציה של קירוב ADC ברציפות

זמן המרה:

באופן כללי, אנו יכולים לומר שבשביל ADC N ביט, זה ייקח מחזורי שעון N, מה שאומר שזמן ההמרה של ADC זה יהפוך-

Tc = N x Tclk

* Tc הוא קיצור של זמן ההמרה.

ובניגוד ל- ADC אחרים, זמן ההמרה של ADC זה אינו תלוי במתח הקלט.

כאשר אנו משתמשים ב- ADC של 4 סיביות, כדי למנוע אפקטים של כינויים, עלינו לקחת דגימה לאחר 4 פעימות שעון רצופות.

מהירות המרה:

מהירות ההמרה האופיינית לסוג זה של ADC היא בסביבות 2 - 5 דגימות מגה לשנייה (MSPS), אך מעטות מהן יכולות להגיע עד 10 (MSPS). דוגמה לכך תהיה LTC2378 של Linear Technologies.

פתרון הבעיה:

הרזולוציה של סוג זה של ADC יכולה להיות בסביבות 8 - 16 סיביות, אך סוגים מסוימים יכולים להגיע עד 20 סיביות, דוגמה יכולה להיות ADS8900B על ידי מכשירים אנלוגיים.

יתרונות וחסרונות בקירוב ADC ברציפות

לסוג זה של ADC יש יתרונות רבים על פני אחרים. יש לו דיוק גבוה וצריכת חשמל נמוכה, בעוד שהוא קל לשימוש ובעל זמן חביון נמוך. זמן ההשהיה הוא זמן תחילת רכישת האות והזמן שבו הנתונים זמינים לאחזור מה- ADC, בדרך כלל זמן ההשהיה מוגדר בשניות. אך גם כמה גליונות נתונים מתייחסים לפרמטר זה כאל מחזורי המרה, ב- ADC מסוים אם הנתונים זמינים לאחזור בתוך מחזור המרה אחד, אנו יכולים לומר שיש לו זמן אחזור של מחזור שיחה. ואם הנתונים זמינים לאחר מחזורי N, אנו יכולים לומר שיש להם זמן אחזור של מחזור המרה. חסרון גדול של SAR ADC הוא מורכבות העיצוב ועלות הייצור שלה.

יישומי SAR ADC

מכיוון שמדובר ב- ADC הנפוץ ביותר, הוא משמש ליישומים רבים כמו שימושים במכשירים ביו-רפואיים הניתנים להשתלה בחולה, סוגים אלו של ADCs משמשים מכיוון שהוא צורך פחות כוח. כמו כן, הרבה שעונים וחיישנים חכמים השתמשו בסוג זה של ADC.

לסיכום, אנו יכולים לומר כי היתרונות העיקריים של סוג זה של ADC הם צריכת חשמל נמוכה, רזולוציה גבוהה, גורם צורה קטן ודיוק. סוג זה של אופי הופך אותו למתאים למערכות משולבות. המגבלה העיקרית יכולה להיות קצב הדגימה הנמוך שלה והחלקים הנדרשים לבניית ADC זה, שהוא DAC, ומשווה, שניהם צריכים לעבוד בצורה מדויקת מאוד כדי להשיג תוצאה מדויקת.