ADCの動作の一般原則

原則に起因することができます問題の主な範囲を見てみましょう アナログ-デジタル変換器（ADC） 、 異なるタイプの。 シーケンシャルアカウント、連続バランシング - 何がこれらの言葉の背後にありますか？ マイクロコントローラのADCの動作原理は何ですか？ これらおよび他の問題は、物品の枠組みの中で議論されます。 最初の3つは一般的な理論に専念され、4本目の字幕は、彼らがどのように機能するかを検討します。 あなたは、様々な文献のADCとDAC条件を満たすことができます。 これらのデバイスの動作原理は、わずかに異なっているので、それらを混同しないでください。 DACは、逆に動作しつつ、物品は、アナログからデジタルへの信号の変換を考えます。

定義

ADCの原則を考慮する前に、デバイスが何であるかを見つけるてみましょう。 アナログ・デジタル変換器は、物理量は、対応する数値表現に変換する装置です。 その上で、電流、電圧、容量、抵抗、シャフトの回転、脈拍数と - 最初のパラメータは、ほとんど何も作用することができます。 しかし、確信を持っているために、私たちは一つだけの変換で動作します。 この「コード電圧」。 この作品の形式の選択は偶然ではありません。 ADC（このデバイスの動作原理）と、その機能の後に使用された測定概念の種類に大きく依存しています。 これは、以前に確立された標準と一定の値を比較するプロセスを指します。

特性ADC

主ビットと呼ばれ、変換レートすることができます。 最初のビットで表現し、第二 - サンプル中の第二。 現代のアナログ - デジタル変換器は24ビットまたはGSPSユニットに付属の変換速度を有していてもよいです。 ADCは同時に彼の特徴の一つだけの利用をご提供できることに注意してください。 彼らのパフォーマンスも大きく、より多くのデバイスで動作することは困難であり、それはより高価そのものです。 しかし利点は、器具の速度を犠牲にすることにより、必要なビット深度性能を得ることであってもよいです。

ADCの種類

動作原理は、装置の異なるグループ間で異なります。 私たちは、次のタイプを考慮してください。

1. 直接変換以来。
2. 逐次近似付き。
3. パラレル変換を有します。
4. 平衡電荷（デルタシグマ）を有するアナログ - デジタル変換器。
5. ADCを統合します。

異なるアーキテクチャの独自の特殊な性質を持っているコンベアと組み合わせた他の多くの種類があります。 彼らはそのニッチなデバイスな特異性で模範的な役割を果たしているので、しかし記事の枠組みの中で考慮されるこれらのサンプルは、興味深いものです。 だから、私たちは、ADCの原則だけでなく、物理デバイスへの依存度を調べてみましょう。

デジタルコンバータへの直接アナログ

彼らは、前世紀の60〜70居住では非常に人気となっています。 形で 集積回路 80年代を用いて製造されます。 それは、有効数字を自慢することはできませんでも原始的なデバイスは非常に簡単です。 彼らの能力は、通常6〜8ビットであり、そしてスピードはめったに1 GSPSを超えていません。

ADCのこのタイプの動作原理は、比較器入力信号のプラス入力端子に同時にあります。 負の端子電圧に一定値です。 そして、デバイスはその動作を決定します。 これは、基準電圧のおかげで行われます。 私たちは、デバイス8個のコンパレータを持っていると仮定しましょう。 基準電圧の1/2を供給する場合にのみ4それらのを可能にしています。 プライオリティエンコーダを形成し 、バイナリコード、 出力レジスタとラッチです。 相対的な強みと弱みを言うことができる のこの原則という 操作が高速デバイスを作成することができます。 しかし、必要なワード長を得るためには、多額の汗をかく必要があります。

次のように比較器の数のための一般式は、2 ^ N. Nの下の桁数を置くことが必要です。 見前の例を再び使用することができる：^ 3 = 8 2。 第三の放電の小計は8個のコンパレータでなければなりません。 これは、最初に作成されたADCの原則です。 非常に便利ではないので、その後に他のアーキテクチャがありました。

アナログ - デジタル変換器、逐次

アルゴリズム「重み」はここで使用されます。 このような手順で動作するデバイスが短く、単にADC連続紙幣と呼びます。 次のように動作の原理は、デバイスは、入力信号によって測定され、そしてそれは、特定の手順に従って生成される数値と比較されます。

1. 可能性の半分基準電圧のセット。
2. 信号の大きさの制限がトリップ№1を克服した場合は、残りの値の中間にある数値と比較されます。 だから、私たちのケースでは、基準電圧の3/4になります。 基準信号は、この図を下回る場合、比較は同じ原理によってインターバルの別の部分で行われます。 この例では、基準電圧の1/4。
3. ステップ2は、私たちの結果のNビットを与えるn回繰り返されなければなりません。 これは、比較のN個の行為によるものです。

装置のこの原理は、逐次比較型ADCであり、比較的高い転化率で得ることができます。 あなたが見ることができるように動作原理、シンプル、そしてこれらのデバイスは、さまざまな機会のための理想的です。

並列アナログ - デジタル変換器

彼らは、シリアルデバイスのように動作します。 計算式 - （2 ^ N）-1。 ケースは、以前に考えられ、我々は（2 ^ 3）-1のコンパレータを必要とします。 操作の入力と個々の基準電圧を比較して、それぞれがこれらのデバイスの特定の配列を、使用。 並列アナログ - デジタル変換器は非常に速いデバイスです。 しかし、これらのデバイスの構築の原則は、その効率をサポートするためにはかなりの電力を必要とすることです。 そのため、バッテリ駆動不適切での使用。

連続したバランスと、アナログ・デジタル変換器

これは、以前のデバイスと同様の方法で動作します。 そのため、連続したバランスのADCの動作を説明するために、初心者のための動作原理は、指に文字通り考慮されます。 これらのデバイスでは二分法の現象に基づきます。 換言すれば、シリアル比較が最大値の特定の部分で測定した値で行われます。 値1/2、1/8、1/16などを取ることができます。 したがって、アナログ - デジタル変換器は、N回の繰り返し（連続工程）のための処理を行うことができます。 前記NビットのADC（以前に上記の式を見て）に等しいです。 それは特に重要な性能の技術であればこのように、我々は、時間にかなりの利益を持っています。 かなりの速さにもかかわらず、これらのデバイスは、低静的エラーによって特徴付けられます。

電荷平衡（デルタシグマ）を有するアナログ - デジタル変換器

これは、少なくとも、その動作原理によるデバイスの最も興味深いタイプではありません。 これは、累積積分ように入力電圧を比較することにあります。 負または正極性の入力パルスは、（それが前の操作の結果に依存する）です。 したがって、我々は、アナログ - デジタル変換器は、単純な追跡システムであると言うことができます。 しかし、これは比較のための一例であり、あなたは理解することができますどのようなデルタシグマ ADCを。 オペレーションシステムの原理は、しかし、アナログ - デジタル変換器の効果的な動作のために十分ではありません。 最終結果は、デジタルローパスフィルタを通過したものとゼロの無限ストリームです。 彼らは、特定のビットシーケンスを形成します。 一次及び二次のADCコンバータを区別する。

アナログ - デジタル変換器を統合

これは、物品の一部とみなされる後者の特別なケースです。 次に、我々は、これらのデバイスの動作を説明するが、一般的なレベルになります。 このADCは、プッシュプル統合とアナログ - デジタル変換器です。 このようなデバイスを満たすためには、することができ、デジタルマルチメータ。 彼らは、高精度を提供すると同時に、ほかの干渉を抑制するので、これは、驚くべきことではありません。

今度は、その操作の原則に焦点を当ててみましょう。 これは、入力コンデンサは、一定時間充電されているという事実にあります。 典型的には、この期間は、パワーデバイス（50Hzまたは60Hz）電源周波数の一つです。 また、複数のことができます。 したがって、高周波ノイズが抑制されます。 同時に結果の精度に電気の影響不安定電圧電源を平ら。

充電時間は、アナログ - デジタル変換器を終了すると、コンデンサが特定の固定された速度で放電し始めます。 内部カウンタデバイスは、このプロセスの間に生成されるクロックパルスの数をカウントします。 パフォーマンスこのため、時間間隔より長く、より高いです。

ADCのtwostrokeの統合は、高精度と持って 解像度を。 これに起因して、だけでなく、比較的単純な構造の構築、それらはチップとして実行されています。 作品のような原理の主な欠点 - パフォーマンスのネットワークに依存します。 その機能は、高周波電力の供給期間の継続時間に縛られていることを覚えておいてください。

ここではどのようにADCの二重の統合です。 デバイスの動作原理は、それは非常に複雑であっても、それは品質指標を提供します。 いくつかのケースでは、これは単純に不可欠です。

の必要な原則とAPCに私たちを選択します。

さんが言ってみましょう、我々は特定のタスクに直面しています。 それが私たちのニーズをすべて満たすことができるように、どのデバイスを選択するには？ まずは、分解能と精度について話しましょう。 実際には、彼らは非常に弱く秒1に依存しているが、非常に多くの場合、彼らは、混乱しています。 12ビットのアナログ - デジタル変換器は、8ビットよりも正確であってもよいことに留意されたいです。 この場合、解像度は - 測定された信号入力範囲に割り当てることができるセグメントの量の尺度です。 したがって、8ビットADCは、8月²日= 256このような単位を有しています。

精度 - 与えられた入力電圧であるべきである理想値からのずれを、得られた全変換結果です。 これは、最初のパラメータはADCを持っている可能性を特徴付ける、であり、第二は、私たちが実際に持っているものを示しています。 したがって、我々はステップアップすることができ、その高精度に起因する要件を満たす（例えば、直接アナログ - デジタル変換器）より単純型、。

それは物理的なパラメータを計算し、相互作用の数式を構築するために開始するために必要なもののアイデアを持っています。 デバイスの構成の種々の構成要素および原理を使用しているとき、彼らは、その性能に異なる影響を与えるので重要それらは、静的および動的誤差です。 より詳細な情報は、各特定のデバイスの製造業者によって提供される技術文書に見出すことができます。

例

のは、ADCのSC9711を見てみましょう。 このデバイスの動作原理は、その大きさと容量の複合体です。 後者といえば、彼らが本当に多様であることに留意すべきです。 従って、例えば、可能な動作周波数は10ヘルツから10メガヘルツまで変化します。 言い換えれば、それは、1秒当たり1000万回のサンプルを作ることができます！ そして、デバイス自体は、固体のものではなく、構造のモジュール構造を持っています。 しかし、それは通常、あなたが多数の信号で動作する必要がある複雑なアプリケーションで使用されています。

結論

あなたが見ることができるように、ADCは本質的に異なる動作原則を持っています。 これは、私たちは生じるニーズを満たすため、利用可能な資源の合理的な利用を許可するデバイスを選択することができます。