- Какво е ADC за последователно сближаване?
- Работа на последователно приближаващо ADC
- Време за преобразуване, скорост и разделителна способност на последователно сближаване ADC
- Предимства и недостатъци на последователното сближаване ADC
- Приложения на SAR ADC
Едно аналогово-цифров преобразувател (ADC) е вид устройство, което ни помага да обработи хаотични данни от реалния свят в цифров гледна точка. За да разберем реални данни като температура, влажност, налягане, позиция, се нуждаем от преобразуватели, всички те измерват определени параметри и ни връщат електрически сигнал под формата на напрежение и ток. Тъй като по-голямата част от нашите устройства в днешно време са цифрови, става необходимо да преобразуваме тези сигнали в цифрови. Това е мястото, където ADC влиза, въпреки че има много различни видове ADC, но в тази статия ще говорим за един от най-използваните типове ADC, които са известни като последователно приближение ADC. В ранна статия говорихме за основата на ADC с помощта на Arduino, можете да проверите това, ако сте нов в електрониката и искате да научите повече за ADC.
Какво е ADC за последователно сближаване?
На последователното приближение ADC е ADC избор на ниска цена среда за приложения с висока разделителна способност на това решение за SAR ADCs варира от 8 - 18 бита, с проба ускорява до 5 мега-проби в секунда (Msps). Също така, той може да бъде конструиран в малък форм фактор с ниска консумация на енергия, поради което този тип ADC се използва за преносими инструменти, захранвани с батерии.
Както подсказва името, този ADC прилага двоичен алгоритъм за търсене за преобразуване на стойностите, поради което вътрешната схема може да работи на няколко MHZ, но действителната честота на дискретизация е много по-малка поради алгоритъма за последователно приближение. Ще обсъдим повече за това по-късно в тази статия.
Работа на последователно приближаващо ADC
Изображението на корицата показва основната схема за последователно сближаване ADC. Но за да разберем малко по-добре принципа на работа, ще използваме неговата 4-битова версия. Изображението по-долу показва точно това.
Както можете да видите, този ADC се състои от компаратор, цифрово-аналогов преобразувател и регистър на последователно сближаване заедно с управляващата верига. Сега, когато започне нов разговор, схемата за вземане на проби и задържане изважда входния сигнал. И този сигнал се сравнява със специфичния изходен сигнал на ЦАП.
Сега да кажем, че дискретизираният входен сигнал е 5.8V. Препратката към ADC е 10V. Когато преобразуването започне, регистърът на последователно приближение задава най-значимия бит на 1, а всички останали битове - на нула. Това означава, че стойността става 1, 0, 0, 0, което означава, че за референтно напрежение 10V ЦАП ще генерира стойност 5V, което е половината от референтното напрежение. Сега това напрежение ще бъде сравнено с входното напрежение и въз основа на изхода на компаратора, изходът на последователния регистър за приближение ще бъде променен. Изображението по-долу ще го изясни повече. Освен това можете да разгледате обща референтна таблица за повече подробности относно ЦАП. Преди това направихме много проекти за ADC и DAC, можете да ги проверите за повече информация.
Това означава, че Vin е по-голям от изхода на ЦАП, най-значимият бит ще остане такъв, какъвто е, а следващият бит ще бъде зададен за ново сравнение. В противен случай, ако входното напрежение е по-малко от стойността на ЦАП, най-значимият бит ще бъде настроен на нула, а следващият бит ще бъде настроен на 1 за ново сравнение. Сега, ако видите изображението по-долу, напрежението на ЦАП е 5V и тъй като е по-малко от входното напрежение, следващият бит преди най-значимия бит ще бъде настроен на един, а другите битове ще бъдат нулирани, този процес ще продължи до стойност, най-близка до входното напрежение достига.
Ето как последователното сближаване ADC се променя по 1 бит наведнъж, за да се определи входното напрежение и да се получи изходната стойност. И каквато и да е стойността в четири повторения, ще получим изходния цифров код от входната стойност. И накрая, списък с всички възможни комбинации за четирицифрено последователно приближение ADC е показан по-долу.
Време за преобразуване, скорост и разделителна способност на последователно сближаване ADC
Време за преобразуване:
Като цяло можем да кажем, че за N битов ADC ще са необходими N тактови цикъла, което означава, че времето за преобразуване на този ADC ще стане-
Tc = N x Tclk
* Tc е съкращение от Conversion Time.
И за разлика от други ADC, времето за преобразуване на този ADC не зависи от входното напрежение.
Тъй като използваме 4-битов ADC, за да избегнем псевдоними ефекти, трябва да вземем проба след 4 последователни импулса на часовника.
Скорост на преобразуване:
Типичната скорост на преобразуване за този тип ADC е около 2 - 5 мега проби в секунда (MSPS), но има малко, които могат да достигнат до 10 (MSPS). Пример може да бъде LTC2378 от Linear Technologies.
Резолюция:
Разделителната способност на този тип ADC може да бъде около 8 - 16 бита, но някои видове могат да достигнат до 20 бита, пример може да бъде ADS8900B от Analog Devices.
Предимства и недостатъци на последователното сближаване ADC
Този тип ADC има много предимства пред останалите. Той има висока точност и ниска консумация на енергия, докато е лесен за използване и има ниско време на латентност. Времето на латентност е времето на началото на получаване на сигнала и времето, когато данните са достъпни за изтегляне от ADC, обикновено това време на латентност се определя в секунди. Но също така някои таблици с данни се отнасят до този параметър като цикли на преобразуване, в конкретен ADC, ако данните са налични за изтегляне в рамките на един цикъл на преобразуване, можем да кажем, че има латентност с един цикъл на разговор. И ако данните са налични след N цикъла, можем да кажем, че имат едно забавяне на цикъл на преобразуване. Основен недостатък на SAR ADC е сложността на дизайна и производствените разходи.
Приложения на SAR ADC
Тъй като това е най-често използваният ADC, той се използва за много приложения като употреби в биомедицински устройства, които могат да бъдат имплантирани на пациента, тези видове ADC се използват, тъй като консумира много по-малко енергия. Също така много интелигентни часовници и сензори са използвали този тип ADC.
В обобщение можем да кажем, че основните предимства на този тип ADC са ниска консумация на енергия, висока разделителна способност, малък форм-фактор и точност. Този тип характер го прави подходящ за интегрирани системи. Основното ограничение може да бъде ниската честота на вземане на проби и частите, необходими за изграждането на този ADC, който е ЦАП, и сравнителен инструмент, и двете трябва да работят много точно, за да получат точен резултат.