دعونا نلقي نظرة على النطاق الرئيسي من القضايا التي يمكن أن تعزى إلى مبدأ تشغيل المحولات التناظرية إلى الرقمية (ADC) من مختلف الأنواع. العد المتسلسل ، موازنة البت - ما هو مخفي وراء هذه الكلمات؟ ما هو مبدأ تشغيل متحكم ADC؟ هذه ، بالإضافة إلى عدد من الأسئلة الأخرى ، سننظر فيها في إطار المقال. سنخصص الأجزاء الثلاثة الأولى للنظرية العامة ، ومن العنوان الفرعي الرابع سوف ندرس مبدأ عملهم. يمكنك تلبية شروط ADC و DAC في الأدبيات المختلفة. يختلف مبدأ تشغيل هذه الأجهزة قليلاً ، لذلك لا تخلط بينها. لذلك ، ستنظر المقالة في تحويل الإشارات من النموذج التناظري إلى النموذج الرقمي ، بينما تعمل DAC في الاتجاه المعاكس.
التعريف
قبل النظر في مبدأ تشغيل ADC ، دعنا نتعرف على نوع الجهاز. المحولات التناظرية إلى الرقمية هي أجهزة تقوم بتحويل الكمية المادية إلى تمثيل رقمي مناظر. يمكن لأي شيء تقريبًا أن يكون بمثابة معلمة أولية - التيار ، والجهد ، والسعة ،المقاومة ، زاوية المحور ، تردد النبض وهلم جرا. لكن لكي نكون على يقين ، سنعمل مع تحول واحد فقط. هذا هو "رمز الجهد". اختيار هذا الشكل من العمل ليس عرضيًا. بعد كل شيء ، تعتمد ADC (مبدأ تشغيل هذا الجهاز) وميزاته إلى حد كبير على مفهوم القياس المستخدم. يُفهم هذا على أنه عملية مقارنة قيمة معينة بمعيار محدد مسبقًا.
مواصفات ADC
أهمها عمق البت وتردد التحويل. يتم التعبير عن الأول بالبتات والأخير في التهم بالثانية. يمكن أن يصل عرض المحولات التناظرية إلى الرقمية الحديثة إلى 24 بت أو يصل إلى وحدات GSPS. لاحظ أن ADC يمكنها فقط تزويدك بواحدة من خصائصها في كل مرة. كلما ارتفع مستوى أدائهم ، زادت صعوبة العمل مع الجهاز ، وهو في حد ذاته يكلف أكثر. لكن الفائدة هي أنه يمكنك الحصول على مؤشرات عمق البت اللازمة من خلال التضحية بسرعة الجهاز.
أنواع ADC
يختلف مبدأ التشغيل باختلاف مجموعات الأجهزة. سننظر في الأنواع التالية:
- بالتحويل المباشر
- بالتقريب المتتالي
- مع التحويل الموازي
- محول A / D مع موازنة الشحن (دلتا سيغما).
- دمج ADC.
هناك العديد من أنواع خطوط الأنابيب والتركيبات الأخرى التي لها خصائصها الخاصة وبنية مختلفة. لكن هؤلاءتعتبر العينات التي سيتم النظر فيها في إطار المقال ذات أهمية نظرًا لحقيقة أنها تلعب دورًا إرشاديًا في مكانها المناسب للأجهزة ذات هذه الخصوصية. لذلك ، دعونا ندرس مبدأ ADC ، وكذلك اعتماده على الجهاز المادي.
محولات A / D مباشرة
أصبحت مشهورة جدًا في الستينيات والسبعينيات من القرن الماضي. في شكل دوائر متكاملة ، تم إنتاجها منذ الثمانينيات. هذه أجهزة بسيطة للغاية ، وحتى بدائية لا يمكنها التباهي بأداء كبير. عادة ما يكون عمق البت الخاص بهم من 6 إلى 8 بتات ، ونادرًا ما تتجاوز السرعة 1 GSPS.
مبدأ تشغيل هذا النوع من ADC هو كما يلي: المدخلات الإيجابية للمقارنات تتلقى في نفس الوقت إشارة دخل. يتم تطبيق جهد بحجم معين على الأطراف السالبة. ثم يحدد الجهاز طريقة عمله. يتم ذلك بجهد مرجعي. لنفترض أن لدينا جهازًا به 8 مقارنات. عند تطبيق الجهد المرجعي ، سيتم تشغيل 4 منهم فقط. سينشئ مشفر الأولوية رمزًا ثنائيًا سيتم إصلاحه بواسطة سجل الإخراج. فيما يتعلق بالمزايا والعيوب ، يمكننا القول أن مبدأ التشغيل هذا يسمح لك بإنشاء أجهزة عالية السرعة. ولكن للحصول على العمق المطلوب ، عليك أن تتعرق كثيرًا.
الصيغة العامة لعدد المقارنات تبدو كالتالي: 2 ^ N. تحت N تحتاج إلى وضع عدد الأرقام. يمكن استخدام المثال المذكور سابقًا مرة أخرى: 2 ^ 3=8. في المجموع ، للحصول على الفئة الثالثة ، فمن الضروري8 المقارنات. هذا هو مبدأ تشغيل ADCs ، والتي تم إنشاؤها أولاً. ليست مريحة للغاية ، لذلك ظهرت أبنية أخرى لاحقًا.
محولات التقريب المتتالية من التناظرية إلى الرقمية
هنا يتم استخدام خوارزمية "الترجيح". باختصار ، الأجهزة التي تعمل وفقًا لهذه التقنية تسمى ببساطة العد التسلسلي ADC. مبدأ التشغيل كالتالي: يقيس الجهاز قيمة إشارة الإدخال ، ثم يقارن بالأرقام التي يتم إنشاؤها وفق طريقة معينة:
- يحدد نصف الجهد المرجعي المحتمل.
- إذا تغلبت الإشارة على حد القيمة من النقطة رقم 1 ، يتم مقارنتها بالرقم الذي يقع في المنتصف بين القيمة المتبقية. لذلك ، في حالتنا سيكون ¾ من الجهد المرجعي. إذا لم تصل الإشارة المرجعية إلى هذا المؤشر ، فسيتم إجراء المقارنة مع الجزء الآخر من الفاصل الزمني وفقًا لنفس المبدأ. في هذا المثال ، هذا هو ¼ من الجهد المرجعي.
- الخطوة 2 يجب أن تتكرر N مرة ، مما يعطينا N بت من النتيجة. هذا بسبب إجراء عدد H من المقارنات.
مبدأ التشغيل هذا يجعل من الممكن الحصول على أجهزة ذات معدل تحويل مرتفع نسبيًا ، وهي أجهزة تقريبية متعاقبة ADCs. مبدأ التشغيل كما ترى بسيط وهذه الأجهزة رائعة في المناسبات المختلفة.
المحولات التناظرية إلى الرقمية المتوازية
يعملون مثل الأجهزة التسلسلية. صيغة الحساب هي (2 ^ H) -1. إلى عن علىفي الحالة السابقة ، نحتاج إلى مقارنات (2 ^ 3) -1. للتشغيل ، يتم استخدام مجموعة معينة من هذه الأجهزة ، يمكن لكل منها مقارنة الدخل والجهد المرجعي الفردي. المحولات التناظرية إلى الرقمية المتوازية هي أجهزة سريعة إلى حد ما. لكن مبدأ بناء هذه الأجهزة يتطلب طاقة كبيرة لدعم أدائها. لذلك ، ليس من العملي استخدامها على طاقة البطارية.
محول A / D متوازن Bitwise
يعمل بطريقة مشابهة للجهاز السابق. لذلك ، من أجل شرح أداء موازنة ADC شيئًا فشيئًا ، سيتم اعتبار مبدأ التشغيل للمبتدئين حرفيًا على الأصابع. في قلب هذه الأجهزة تكمن ظاهرة الانقسام. بمعنى آخر ، يتم إجراء مقارنة متسقة للقيمة المقاسة مع جزء معين من القيمة القصوى. يمكن أخذ القيم الموجودة في ½ و 1/8 و 1/16 وما إلى ذلك. لذلك ، يمكن للمحول التناظري إلى الرقمي إكمال العملية بأكملها في تكرارات N (خطوات متتالية). علاوة على ذلك ، H يساوي عمق البت لـ ADC (انظر إلى الصيغ المقدمة سابقًا). وبالتالي ، لدينا مكاسب كبيرة في الوقت ، إذا كانت سرعة التقنية مهمة بشكل خاص. على الرغم من سرعتها الكبيرة ، تتمتع هذه الأجهزة أيضًا بدقة ثابتة منخفضة.
محولات A / D مع موازنة الشحن (دلتا سيغما)
هذا هو أكثر أنواع الأجهزة إثارة للاهتمام ، ليس أقلهبفضل مبدأ عملها. يكمن في حقيقة أن جهد الدخل يُقارن مع ما تم تجميعه بواسطة المُدمج. يتم تغذية النبضات ذات القطبية السالبة أو الموجبة إلى المدخلات (كل هذا يتوقف على نتيجة العملية السابقة). وبالتالي ، يمكننا القول أن مثل هذا المحول التناظري إلى الرقمي هو نظام مؤازر بسيط. لكن هذا مجرد مثال للمقارنة ، لذا يمكنك فهم ماهية دلتا سيجما ADC. مبدأ التشغيل نظامي ، ولكن من أجل الأداء الفعال لهذا المحول التناظري إلى الرقمي لا يكفي. والنتيجة النهائية هي دفق لا ينتهي من 1 و 0 ثانية من خلال مرشح الترددات المنخفضة الرقمي. يتم تكوين تسلسل بت معين منها. يتم التمييز بين محولات ADC من الدرجة الأولى والثانية.
دمج المحولات التناظرية إلى الرقمية
هذه هي الحالة الخاصة الأخيرة التي سيتم النظر فيها في المقالة. بعد ذلك ، سنصف مبدأ تشغيل هذه الأجهزة ، ولكن على المستوى العام. إن ADC هذا عبارة عن محول تناظري إلى رقمي يعمل بالدفع والسحب. يمكنك التعرف على جهاز مماثل في جهاز رقمي متعدد. وهذا ليس مستغربا ، لأنها توفر دقة عالية وفي نفس الوقت تمنع التداخل بشكل جيد.
الآن دعونا نركز على كيفية عملها. يكمن في حقيقة أن إشارة الدخل تشحن المكثف لفترة زمنية محددة. كقاعدة عامة ، هذه الفترة هي وحدة من تردد الشبكة التي تزود الجهاز بالطاقة (50 هرتز أو 60 هرتز). يمكن أن يكون أيضًا متعدد. وبالتالي ، يتم قمع الترددات العالية.التشوش. في الوقت نفسه ، يتم تسوية تأثير الجهد غير المستقر لمصدر التيار الكهربائي لتوليد الكهرباء على دقة النتيجة.
عندما ينتهي وقت شحن المحول التناظري إلى الرقمي ، يبدأ المكثف في التفريغ بمعدل ثابت معين. يحسب العداد الداخلي للجهاز عدد نبضات الساعة التي يتم إنشاؤها أثناء هذه العملية. وبالتالي ، كلما طالت الفترة الزمنية ، زادت أهمية المؤشرات.
تكامل الدفع والسحب ADC لديها دقة عالية ودقة. نتيجة لذلك ، بالإضافة إلى هيكل البناء البسيط نسبيًا ، يتم تنفيذها كدوائر كهربائية دقيقة. العيب الرئيسي لمبدأ التشغيل هذا هو الاعتماد على مؤشر الشبكة. تذكر أن إمكانياته مرتبطة بفترة تردد مصدر الطاقة.
هذه هي الطريقة التي يعمل بها ADC للتكامل المزدوج. مبدأ تشغيل هذا الجهاز ، على الرغم من أنه معقد للغاية ، إلا أنه يوفر مؤشرات الجودة. في بعض الحالات ، هذا ضروري ببساطة.
اختر APC بمبدأ العملية التي نحتاجها
لنفترض أن أمامنا مهمة معينة. ما الجهاز الذي يجب اختياره بحيث يلبي جميع طلباتنا؟ أولاً ، لنتحدث عن الدقة والدقة. في كثير من الأحيان يتم الخلط بينهم ، على الرغم من أنهم في الممارسة العملية يعتمدون قليلا جدا على بعضهم البعض. اعلم أن محول A / D 12 بت قد يكون أقل دقة من محول 8 بت A / D. في هذافي هذه الحالة ، الدقة هي مقياس لعدد المقاطع التي يمكن استخلاصها من نطاق الإدخال للإشارة المقاسة. لذا ، فإن ADCs 8 بت تحتوي على 28=256 وحدة من هذا القبيل.
الدقة هي الانحراف الكلي لنتيجة التحويل التي تم الحصول عليها من القيمة المثالية ، والتي يجب أن تكون عند جهد إدخال معين. أي أن المعلمة الأولى تميز القدرات المحتملة التي تمتلكها ADC ، والثاني يوضح ما لدينا في الممارسة. لذلك ، قد يكون النوع الأبسط (مثل المحولات التناظرية إلى الرقمية المباشرة) مناسبًا لنا ، مما يلبي الاحتياجات نظرًا للدقة العالية.
للحصول على فكرة عما هو مطلوب ، تحتاج أولاً إلى حساب المعلمات المادية وبناء معادلة رياضية للتفاعل. من المهم فيها وجود أخطاء ثابتة وديناميكية ، لأنه عند استخدام مكونات ومبادئ مختلفة لبناء جهاز ، فإنها ستؤثر على خصائصه بطرق مختلفة. يمكن العثور على مزيد من المعلومات التفصيلية في الوثائق الفنية المقدمة من الشركة المصنعة لكل جهاز محدد.
مثال
دعونا نلقي نظرة على SC9711 ADC. مبدأ تشغيل هذا الجهاز معقد بسبب حجمه وقدراته. بالمناسبة ، عند الحديث عن الأخير ، تجدر الإشارة إلى أنها متنوعة حقًا. لذلك ، على سبيل المثال ، يتراوح تردد التشغيل المحتمل من 10 هرتز إلى 10 ميجا هرتز. بمعنى آخر ، يمكن أن يستغرق الأمر 10 ملايين عينة في الثانية! والجهاز نفسه ليس شيئًا صلبًا بللديه هيكل بناء معياري. لكنها تستخدم ، كقاعدة عامة ، في التكنولوجيا المعقدة ، حيث من الضروري العمل مع عدد كبير من الإشارات.
الخلاصة
كما ترى ، لدى ADCs مبادئ تشغيل مختلفة. يتيح لنا ذلك تحديد الأجهزة التي تلبي الاحتياجات التي تنشأ ، مع السماح لنا أيضًا بإدارة الأموال المتاحة لدينا بحكمة.
