Analoog-naar-digitaal-omzetter - doel, classificatie en werkingsprincipe

Een elektronisch apparaat dat een analoog-naar-digitaalomzetter (ADC) wordt genoemd, wordt gebruikt om een ​​analoog signaal om te zetten in een digitaal signaal (in een leesbare reeks van het type binaire code). Bij het omzetten van een analoog signaal naar digitaal worden de volgende zaken geïmplementeerd: bemonstering, kwantisering en codering.

Onder bemonstering wordt verstaan ​​het nemen van monsters uit een tijdcontinu analoog signaal van individuele (discrete) waarden die vallen op tijdsmomenten die samenhangen met bepaalde intervallen en tijdsduren van op elkaar volgende kloksignalen.

Kwantisatie omvat het afronden van de waarde van een analoog signaal dat tijdens het bemonsteren is geselecteerd naar het dichtstbijzijnde kwantisatieniveau, en de kwantisatieniveaus hebben hun eigen volgnummer, en deze niveaus verschillen van elkaar door een vaste deltawaarde, wat niets meer is dan een kwantisatiestap.

Strikt genomen is sampling het proces waarbij een continue functie wordt weergegeven als een reeks discrete waarden, en kwantisering is de verdeling van een signaal (waarden) in niveaus. Wat betreft coderen wordt hier onder coderen verstaan ​​een vergelijking van de als resultaat van kwantisering verkregen elementen met een vooraf bepaalde combinatie van codes.

Er zijn veel methoden om spanning om te zetten in code. Bovendien heeft elk van de methoden individuele kenmerken: nauwkeurigheid, snelheid, complexiteit. Volgens het type conversiemethode worden ADC's in drieën ingedeeld

• parallel

• consistent,

• serieel-parallel.

Voor elke methode verloopt het proces van het transformeren van een signaal in de loop van de tijd op zijn eigen manier, vandaar de naam. De verschillen liggen in de manier waarop kwantisering en codering worden uitgevoerd: een seriële, parallelle of serieel-parallelle procedure om een ​​digitaal resultaat te benaderen met het geconverteerde signaal.

Het diagram van een parallelle analoog-digitaalomzetter wordt getoond in de figuur. Parallelle ADC's zijn de snelste analoog-naar-digitaal-omzetters.

Het aantal elektronische vergelijkingsapparaten (het totale aantal DA-comparators) komt overeen met de capaciteit van de ADC: drie comparators zijn voldoende voor twee bits, zeven voor drie, 15 voor vier, enz. De spanningsdeler van de weerstand is ontworpen om een ​​bereik van constante referentiespanningen in te stellen.

De ingangsspanning (de waarde van deze ingangsspanning wordt hier gemeten) wordt tegelijkertijd toegepast op de ingangen van alle comparatoren en vergeleken met alle referentiespanningen van die welke deze weerstandsdeler kan verkrijgen.

Die comparatoren waarvan de niet-inverterende ingangen worden gevoed met een spanning die groter is dan de referentie (toegepast door de deler op de inverterende ingang) zullen een logische één geven aan de uitgang, de rest (waar de ingangsspanning lager is dan de referentie of gelijk is aan nul) zal nul geven.

Vervolgens wordt een encoder aangesloten, die tot taak heeft een combinatie van enen en nullen om te zetten in een standaard, goed begrepen binaire code.

ADC-circuits voor seriële conversie zijn minder snel dan parallelle convertorcircuits, maar ze hebben een eenvoudiger elementair ontwerp.Het gebruikt een comparator, EN-logica, een klok, een teller en een digitaal-naar-analoog-converter.

De figuur toont een diagram van zo'n ADC. Terwijl bijvoorbeeld de gemeten spanning op de ingang van de comparatorschakeling hoger is dan het hellingssignaal van de tweede ingang (referentie), telt de teller de pulsen van de klokgenerator. Het blijkt dat de gemeten spanning evenredig is met het aantal getelde pulsen.

Er zijn ook serie-parallelle ADC's, waarbij het proces van het omzetten van een analoog signaal naar een digitaal signaal in de ruimte wordt gescheiden, zodat het blijkt dat de maximale inruilsnelheid wordt bereikt met minimale complexiteit.