Analógovo-digitálny prevodník - účel, klasifikácia a princíp činnosti

Elektronické zariadenie nazývané analógovo-digitálny prevodník (ADC) sa používa na konverziu analógového signálu na digitálny signál (v čitateľnej sekvencii typu binárneho kódu). V procese konverzie analógového signálu na digitálny sú implementované nasledovné: vzorkovanie, kvantovanie a kódovanie.

Vzorkovanie je chápané ako odoberanie vzoriek z časovo spojitého analógového signálu jednotlivých (diskrétnych) hodnôt spadajúcich do časových okamihov spojených s určitými intervalmi a trvaním hodinových signálov po sebe nasledujúcich.

Kvantovanie zahŕňa zaokrúhľovanie hodnoty analógového signálu zvoleného počas vzorkovania na najbližšiu kvantizačnú úroveň a kvantizačné úrovne majú svoje vlastné poradové číslo a tieto úrovne sa navzájom líšia pevnou delta hodnotou, čo nie je nič iné ako kvantovací krok.

Presne povedané, vzorkovanie je proces reprezentácie spojitej funkcie ako série diskrétnych hodnôt a kvantovanie je rozdelenie signálu (hodnoty) do úrovní. Čo sa týka kódovania, kódovanie sa tu chápe ako porovnanie prvkov získaných kvantizáciou s vopred určenou kombináciou kódov.

Existuje mnoho spôsobov konverzie napätia na kód. Okrem toho má každá z metód individuálne vlastnosti: presnosť, rýchlosť, zložitosť. Podľa typu metódy konverzie sú ADC rozdelené do troch

• paralelne

• konzistentný,

• sériovo-paralelné.

Pre každú metódu proces transformácie signálu v priebehu času prebieha vlastným spôsobom, odtiaľ názov. Rozdiely spočívajú v tom, ako sa kvantovanie a kódovanie vykonáva: sériový, paralelný alebo sériovo-paralelný postup na aproximáciu digitálneho výsledku konvertovanému signálu.

Schéma paralelného analógovo-digitálneho prevodníka je znázornená na obrázku. Paralelné ADC sú najrýchlejšie analógovo-digitálne prevodníky.

Počet elektronických porovnávacích zariadení (celkový počet DA komparátorov) zodpovedá kapacite ADC: tri komparátory stačia na dva bity, sedem na tri, 15 na štyri atď. Odporový delič napätia je určený na nastavenie rozsahu konštantných referenčných napätí.

Vstupné napätie (tu sa meria hodnota tohto vstupného napätia) je súčasne privedené na vstupy všetkých komparátorov a porovnávané so všetkými referenčnými napätiami tých, ktoré tento odporový delič umožňuje získať.

Tie komparátory, ktorých neinvertujúce vstupy sú napájané napätím väčším ako referenčné (aplikované deličom na invertujúci vstup), dajú na výstupe logickú jednotku, zvyšok (kde je vstupné napätie menšie ako referenčné alebo rovné nula) dá nulu.

Potom sa pripojí kodér, ktorého úlohou je previesť kombináciu jednotiek a núl do štandardného, ​​adekvátne zrozumiteľného binárneho kódu.

Obvody ADC na sériový prevod sú menej rýchle ako obvody s paralelným prevodníkom, ale majú jednoduchší elementárny dizajn.Používajú komparátor, logiku AND, hodiny, počítadlo a digitálno-analógový prevodník.

Na obrázku je znázornená schéma takéhoto ADC. Napríklad, zatiaľ čo namerané napätie privedené na vstup komparačného obvodu je vyššie ako signál rampy druhého vstupu (referenčného), počítadlo počíta impulzy generátora hodín. Ukazuje sa, že namerané napätie je úmerné počtu spočítaných impulzov.

Existujú aj sériovo-paralelné ADC, kde je proces prevodu analógového signálu na digitálny signál oddelený v priestore, takže sa ukazuje, že maximálna rýchlosť kompromisu je dosiahnutá s minimálnou zložitosťou.