Analog-til-digital konverter - formål, klassificering og funktionsprincip
En elektronisk enhed kaldet en analog-til-digital konverter (ADC) bruges til at konvertere et analogt signal til et digitalt signal (i en læsbar binær kodetypesekvens). I processen med at konvertere et analogt signal til digitalt implementeres følgende: sampling, kvantisering og kodning.
Sampling forstås som at tage prøver fra et tidskontinuerligt analogt signal af individuelle (diskrete) værdier, der falder på tidspunkter forbundet med bestemte intervaller og varigheder af clocksignaler, der følger hinanden.
Kvantisering involverer afrunding af værdien af et analogt signal valgt under sampling til det nærmeste kvantiseringsniveau, og kvantiseringsniveauerne har deres eget sekvensnummer, og disse niveauer adskiller sig fra hinanden med en fast deltaværdi, som ikke er andet end kvantiseringstrin.
Strengt taget er sampling processen med at repræsentere en kontinuerlig funktion som en række diskrete værdier, og kvantisering er opdelingen af et signal (værdier) i niveauer. Hvad angår kodning, forstås her kodning som en sammenligning af elementerne opnået som et resultat af kvantisering med en forudbestemt kombination af koder.
Der er mange metoder til at konvertere spænding til kode. Derudover har hver af metoderne individuelle egenskaber: nøjagtighed, hastighed, kompleksitet. I henhold til typen af konverteringsmetode klassificeres ADC'er i tre
-
parallelt
-
konsekvent,
-
seriel-parallel.
For hver metode forløber processen med at transformere et signal over tid på sin egen måde, deraf navnet. Forskellene ligger i, hvordan kvantisering og kodning udføres: en seriel, parallel eller seriel-parallel procedure til at tilnærme et digitalt resultat til det konverterede signal.
Diagrammet for en parallel analog-til-digital konverter er vist på figuren. Parallelle ADC'er er de hurtigste analog-til-digital-konvertere.
Antallet af elektroniske sammenligningsenheder (det samlede antal DA-komparatorer) svarer til kapaciteten af ADC: tre komparatorer er nok til to bit, syv til tre, 15 til fire osv. Modstandsspændingsdeleren er designet til at indstille en række konstante referencespændinger.
Indgangsspændingen (værdien af denne indgangsspænding måles her) påføres samtidigt til input fra alle komparatorer og sammenlignes med alle referencespændinger af dem, som denne resistive divider tillader at opnå.
De komparatorer, hvis ikke-inverterende indgange fødes med en spænding, der er større end referencen (påført af divideren til den inverterende indgang) vil give en logisk en ved udgangen, resten (hvor indgangsspændingen er mindre end referencen eller lig med nul) vil gav nul.
Derefter tilsluttes en encoder, dens opgave er at konvertere en kombination af enere og nuller til en standard, tilstrækkeligt forstået binær kode.
ADC kredsløb til seriel konvertering er mindre hurtige end parallel konverter kredsløb, men de har et enklere elementært design.Det bruger en komparator, OG logik, et ur, en tæller og en digital-til-analog konverter.
Figuren viser et diagram over en sådan ADC. For eksempel, mens den målte spænding påført indgangen af komparatorkredsløbet er højere end rampesignalet på den anden indgang (reference), tæller tælleren pulsgeneratoren. Det viser sig, at den målte spænding er proportional med antallet af talte impulser.
Der findes også serieparallelle ADC'er, hvor processen med at konvertere et analogt signal til et digitalt signal adskilles i rummet, så det viser sig, at den maksimale afvejningshastighed opnås med minimal kompleksitet.