Kako deluje zaporedni približevalni (sar) adc in kje ga je najbolje uporabiti?

Iz analognega v digitalni pretvornik (ADC) je vrsta naprave, ki nam pomaga, da obdelavo kaotične podatke v realnem svetu v digitalni stališča. Da bi razumeli resnične podatke, kot so temperatura, vlaga, tlak, položaj, potrebujemo pretvornike, ki merijo določene parametre in nam vrnejo električni signal v obliki napetosti in toka. Ker je danes večina naših naprav digitalnih, jih je treba pretvoriti v digitalne. Tu pride ADC, čeprav obstaja veliko različnih vrst ADC, toda v tem članku bomo govorili o enem najpogosteje uporabljenih tipov ADC, ki so znani kot zaporedni približevalni ADC. V zgodnjem članku smo govorili o osnovi ADC s pomočjo Arduina, to lahko preverite, če ste novi v elektroniki in želite izvedeti več o ADC.

Kaj je zaporedni približevalni ADC?

Zaporedni prilagajanje ADC je ADC izbira za nizkocenovnega srednje do aplikacij visoke ločljivosti se ločljivost za SAR AD-pretvornikih od 8 - 18 bitov, pri čemer vzorec hitrostjo do 5 mega vzorcih na sekundo (MSPS). Prav tako ga je mogoče izdelati v majhnem faktorju z majhno porabo energije, zato se ta tip ADC uporablja za prenosne instrumente na baterije.

Kot že ime pove, ta ADC za pretvorbo vrednosti uporablja algoritem binarnega iskanja, zato lahko notranje vezje deluje na več MHZ, vendar je dejanska hitrost vzorčenja zaradi algoritma zaporednega približevanja veliko manjša. Več o tem razpravljamo kasneje v tem članku.

Delovanje zaporednega približevanja ADC

Slika na naslovnici prikazuje osnovno zaporedno približevalno vezje ADC. Da pa bomo malo bolje razumeli načelo dela, bomo uporabili njegovo 4-bitno različico. Spodnja slika prikazuje točno to.

Kot lahko vidite, je ta ADC sestavljen iz primerjalnika, digitalno-analognega pretvornika in zaporednega približnega registra skupaj z krmilnim vezjem. Zdaj, kadar se začne nov pogovor, vzorčno in zadrževalno vezje vzorči vhodni signal. In ta signal se primerja s specifičnim izhodnim signalom DAC.

Zdaj recimo, da je vzorčeni vhodni signal 5,8 V. Referenca ADC je 10V. Ko se pretvorba začne, zaporedni približni register nastavi najpomembnejši bit na 1 in vse druge bite na nič. To pomeni, da vrednost postane 1, 0, 0, 0, kar pomeni, da bo pri referenčni napetosti 10V DAC ustvaril vrednost 5V, kar je polovica referenčne napetosti. Zdaj se ta napetost primerja z vhodno napetostjo in na podlagi izhoda primerjalnika se spremeni izhod zaporednega približnega registra. Spodnja slika bo to bolj pojasnila. Poleg tega si lahko za podrobnosti o DAC ogledate splošno referenčno tabelo. V preteklosti smo izvedli že veliko projektov o ADC-jih in DAC-jih. Za več informacij jih lahko preverite.

To pomeni, da če je Vin večji od izhoda DAC, bo najpomembnejši bit ostal takšen kot je, naslednji bit pa bo nastavljen za novo primerjavo. Če je vhodna napetost manjša od vrednosti DAC, bo najpomembnejši bit nastavljen na nič, naslednji bit pa na 1 za novo primerjavo. Če vidite spodnjo sliko, je napetost DAC 5V in ker je manjša od vhodne napetosti, bo naslednji bit pred najpomembnejšim bitom nastavljen na eno, drugi biti pa na nič, se bo ta postopek nadaljeval, dokler vrednost, ki je najbližja vhodni napetosti.

Tako se zaporedni približevalni ADC spremeni 1 bit naenkrat, da določi vhodno napetost in ustvari izhodno vrednost. In ne glede na vrednost v štirih ponovitvah bomo iz vhodne vrednosti dobili izhodno digitalno kodo. Na koncu je spodaj prikazan seznam vseh možnih kombinacij za štiri-bitni zaporedni približevalni ADC.

Čas pretvorbe, hitrost in ločljivost zaporednega približevanja ADC

Čas pretvorbe:

Na splošno lahko rečemo, da bo za N bitni ADC potreben N urnih ciklov, kar pomeni, da bo čas pretvorbe tega ADC

Tc = N x Tclk

* Tc je kratica za Pretvorbeni čas.

Za razliko od drugih ADC-jev je čas pretvorbe tega ADC-ja neodvisen od vhodne napetosti.

Ker uporabljamo 4-bitni ADC, moramo v 4 zaporednih impulzih ure, da se izognemo učinkom vzdevanja, vzeti vzorec.

Hitrost pretvorbe:

Tipična hitrost pretvorbe te vrste ADC je približno 2–5 mega vzorcev na sekundo (MSPS), vendar je malo takih, ki lahko dosežejo do 10 (MSPS). Primer bi bil LTC2378 podjetja Linear Technologies.

Resolucija:

Ločljivost te vrste ADC je lahko približno 8 - 16 bitov, nekatere vrste pa lahko znašajo tudi do 20 bitov, primer je lahko ADS8900B podjetja Analog Devices.

Prednosti in slabosti zaporednega približevanja ADC

Ta vrsta ADC-jev ima številne prednosti pred drugimi. Ima visoko natančnost in majhno porabo energije, medtem ko je enostaven za uporabo in ima majhen čas zakasnitve. Čas zakasnitve je čas začetka pridobivanja signala in čas, ko so podatki na voljo za pridobivanje iz ADC, običajno je ta čas zakasnitve določen v sekundah. Toda tudi nekateri obrazci se na ta parameter sklicujejo kot pretvorbeni cikli, v določenem ADC, če so podatki na voljo za pridobitev v enem ciklu pretvorbe, lahko rečemo, da ima eno zakasnitev cikla pogovora. In če so podatki na voljo po N ciklih, lahko rečemo, da imajo eno zakasnitev cikla pretvorbe. Glavna pomanjkljivost SAR ADC je njegova zapletenost zasnove in proizvodni stroški.

Aplikacije SAR ADC

Ker je to najpogosteje uporabljen ADC, se uporablja za številne aplikacije, kot je uporaba v biomedicinskih napravah, ki jih je mogoče bolniku vsaditi, se te vrste ADC uporabljajo, ker porabijo manj energije. Tudi številne pametne ure in senzorji so uporabljali to vrsto ADC.

Če povzamemo, lahko rečemo, da so primarne prednosti te vrste ADC nizka poraba energije, visoka ločljivost, majhen faktor faktorja in natančnost. Zaradi te vrste znakov je primeren za integrirane sisteme. Glavna omejitev je lahko nizka hitrost vzorčenja in deli, potrebni za izdelavo tega ADC-ja, ki je DAC, in primerjalnika, pri čemer morata oba zelo natančno delati, da dobimo natančen rezultat.