Donanım geliştiricilerin yolu: A'dan D'ye, "B, C" den daha fazlası var (ADC hakkında çok iyi bilim)
Kaynak: EETOP sert adam (forum kullanıcı adı: ICNO.1) blogu
Adres:
Elektronik bilgi sistemleri çalışmasında, dijital analog dünya giderek daha fazla zarafet gösterirken, gerçek dünyanın analog olduğu söylenmiş olabilir. Ancak sözde dijital ve analog yalnızca görelidir.Analogu sonsuz dijital büyüklüklerin bir kombinasyonu olarak veya dijitali farklı aralık özelliklerine sahip analoglar olarak kabul edebilirsiniz. Modülüs arasındaki fark, örnekleme ve nicemleme arasındaki farktır!
Peki Analog, Dijitale nasıl ulaşabilir?
1. ADC adımları
1. Örnekleyin ve tutun
Analog sinyal, sonsuz örnekleme noktalarına sahip bir dijital sinyal ile karşılaştırılırsa, gerçek dijital iletimi gerçekleştirmek için bu sonlu noktalardan bazılarını almamız gerekir. Kaç puan seçilmeli? Nasıl seçilir?
Nyquist örnekleme teoremi:
Basitçe ifade etmek gerekirse, örnekleme frekansı sinyal frekansının, fs2fn'nin iki katından büyük olmalıdır. Ancak o zaman sinyal geri yüklenebilir. Aksi takdirde, spektrum örtüşme nedeniyle kurtarılamaz.Özel nedenlerden dolayı, formül türetme ve analizini kendiniz bulun. Spektrum aşağıda gösterildiği gibi
Saklamanın anlamının basit bir şekilde anlaşılması, örneklenen değeri bir sonraki dönüşüme kaydetmektir.
2. Niceleme ve kodlama
Sözde niceleme, örneklemeden sonra N çoklu nokta sayısını belirli standartlara ve adımlara göre dijital 0 ve 1'e dönüştürmektir.Bu işlem, farklı yöntemlere göre birçok ADC türüne bölünebilir, bu nedenle farklı performans özelliklerine sahiptirler, aşağıya bakın .
ADC'nin iki, birkaç mimarisi
1. Entegre ADC
Adından da anlaşılacağı gibi, entegre ADC'nin temel prensibi, giriş sinyalini ve referans sinyalini entegre etmek için bir op amp kullanmaktır.Burada, referans sinyali genellikle giriş sinyalinin polaritesine zıttır, böylece çıkış voltajı yükselme ve düşme sürelerine sahip olacaktır.Zaman, sayaca göre sayılır. Son olarak, örneklenen sinyalin değeri fonksiyonel ilişkiye göre elde edilir.
Özellik tanıtımı:
C: Entegrasyon süresi, dönüşüm doğruluğunu belirler.Bu nedenle, dönüşüm hızından ödün vererek doğruluk iyileştirilebilir Cihazın dönüşüm doğruluğunun yüksek olmadığı bazı erken uygulamalarda, bu mimari nadiren sonraki ADC'lerde kullanılır.
B: Güçlü gürültü önleme özelliği. Pozitif ve negatif sıfır noktalı beyaz gürültü, entegrasyon sırasında ortadan kaldırılabilir.
2. Ardışık karşılaştırma SAR
Adından da anlaşılacağı gibi, çıktı dijital değerini dönüştürmek için karşılaştırma kullanır Karşılaştırma için kullanılan değer, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi DAC tarafından üretilir: Başlatılan DAC'nin çıkışı, kayıt tarafından 1 / 2Vref'e ayarlanır ve ardından karşılaştırıcı, çıktı 1 veya 0'ı belirlemek için boyutu belirler. Ardından kayıt çıkışı DAC'ı tekrar ayarlamak için bir sonraki adıma geçin ve bu şekilde son LSB'ye devam edin. Sırasıyla 0 ve 1 çıkışı, dönüştürülen dijital büyüklüklerdir. Algoritmanın özü, sayı değerlerini tahmin etme oyununa benzer şekilde ikiye ayırma araştırmasıdır.
Özellik tanıtımı:
C: 100K ila 1M arasında orta hız, 12 ila 16 bitlik orta hassasiyet, iyi genel performans, bu nedenle en yaygın kullanılan ADC mimarilerinden biridir.
B: Doğruluk esas olarak DAC'nin dönüşüm doğruluğu tarafından belirlenir, bu nedenle DAC'nin kalibre edilmesi gerekir ve karşılaştırıcının ayrıca yüksek hızın yüksek hassasiyetini karşılaması gerekir ve sistemle eşleşebilir.
C: Güç tüketimi, yüksek hızlı uygulamaları da sınırlayan dönüştürme hızı tarafından belirlenen ayarlanabilir.
D: Kısacası, SAR ADC'nin dahili bileşenlerinin birleştirilmesi ve optimum performansla eşleşecek şekilde tasarlanması gerekir.
3. Flash ADC
Temel ilke, paralel işleme için birden fazla karşılaştırıcı kullanarak, açıkça, yüksek hızda şekilde gösterilmiştir!
Özellik tanıtımı:
C: Açıkçası yeterince hızlı, karşılaştırıcılar paralel olarak işleniyor.
B: Büyük güç tüketimi ve geniş alan doğal olarak çok sayıda karşılaştırıcıdan kaynaklanmaktadır.
C: Çoğu 16 bitten az olan yüksek güç tüketimi nedeniyle de çözünürlük yeterli değil.
D: Dönüşüm döngüsü, belirli bir doğruluğu sağlamak için sürekli kalibrasyon gerektirir.
İki ADC mimarisinin karşılaştırması:
4. - ADC
Sigma-Delta ADC ayrıca, özellikle yüksek çözünürlüklü ADC tasarımında şu anda oldukça fazla kullanılan bir tür ADC mimarisidir.Bu modüle edilmiş ADC dönüşüm tasarımı, daha iyisini elde etmek için algoritmaları işlemek ve birleştirmek için dijital devreleri mümkün olduğunca kullanır. verim. Temel teknik noktalar: yüksek hızda örnekleme ve gürültü şekillendirme.
Örnekleme üzerinden Sigma-Delta modülasyonu:
Şekilde gösterildiği gibi, sigma-delta, fark toplamı anlamına gelir. Adından da anlaşılacağı üzere bu sürece bir göz atalım:
İlk entegre op amp çıkışının 1 olduğunu varsayarsak, Q çıkışı daha sonra 1 olacak ve ikinci op amp çıkışı + V olacaktır.
+ V, ilk op amp girişine geri beslenir, entegratörü ters yönde çıkışa yönlendirir ve toplanacak sinyal Vi de entegratörün çıkışını yönlendirir.Genel olarak, entegratörün çıkışı 0 ise, ikinci karşılaştırıcının geri beslemesi - V, entegratörü çıkışa yönlendirmek için. Bu döngünün nihai amacı, op amp'in temel özelliklerini gerçekleştirmektir: ters çevirici terminal 0 olmalıdır!
Bu şekilde tüm çıkıştaki 1 sayı oranına karşılık gelen gerilim değeri aslında ölçülecek sinyalin gerilim değeridir! Anlayabiliyor musun? Karşılık gelen değer, hataları sürekli olarak biriktirerek ve toplayarak elde edilir! Q, tamamlamak için 01 değerlik bir dizi çıktı verecektir.
Yüksek hızda örnekleme:
Yukarıdaki işlemdeki tetikleme saati çok hızlıdır, Nyquist örnekleme gerekliliğinden çok daha büyüktür, böylece niceleme gürültüsü daha yüksek bir frekans bandına itilebilir. Niceleme gürültüsü: En küçük dijital nicemleme birimindeki hata, nicemleme gürültüsü, yani 1LSB ile 2LSB arasındaki hata değeri olarak adlandırılır.
Gürültü şekillendirme:
Önceki adımda elde edilen yüksek hızlı 01 dijital akış, nihai çıktı sonucunu elde etmek için dijital olarak işlenebilir. Yüksek hızda örnekleme işlemi, gürültü şekillendirme sürecinde doğruluk, yüksek hız ancak yüksek gürültü için hız sağlayacak şekilde çalıştırıldığından, gürültü dijital filtreler ve çıkarma devreleri aracılığıyla ortadan kaldırılır ve son sinyal çıkış hızı, yüksek hassasiyetli veriler elde etmek için düşürülür. Dönüşüm sonucu!
Aşağıdaki şekilde özetlendiği gibi:
Birkaç ADC mimarisinin basit bir karşılaştırması:
Üç, ADC parametreleri
1. Çözünürlük
En küçük çözülebilir analog voltaj değeridir.Örneğin, 12 bitlik bir ADC, Vref 3.3V'dir.Minimum çözünürlük: Vref / 2'den 12'ye kadar güç = 0.8mv'dir.
2. Dönüşüm hızı
Yani, 100kSPS gibi saniyede dönüştürülen dijital miktar, genellikle 15us gibi her bir dijital miktarın dönüşüm süresi olarak ifade edilir.
3. Çıkış arayüzü
Seri veya paralel arayüze sahip
4. Çalışma voltajı, referans voltajı (dahili veya harici referans), paket.
5. DNL diferansiyel doğrusal olmama hatası
6. INL integral doğrusal olmayan hata
Bu iki tür hatanın belirli bir rasgeleliği vardır, bu nedenle ADC hataları ortaya çıkacaktır.
7. Birkaç önemli iletişim parametresi
Dördüncüsü, ADC uygulaması
Yüzeysel deneyimlerime dayanarak ADC uygulama tasarımının ana noktalarından kısaca bahsetmek istedim, ancak yine de yazamıyorum. Belki mühendisin başkalarına durumu görmesini söylemesini sevmiyorsunuz, ancak işten sonra gittikçe daha fazla bunun doğru olduğunu görüyorum ve belirli bir öğe üzerinde ayrıntıya giremiyorsunuz. Uygulama tasarımının tüm noktaları, farklı özelliklerin ve farklı uygulamaların kombinasyonu da farklı işletim ortamlarında çok farklıdır. Sizin için en iyi yol, belirli bir temele hakim olmak ve ardından tamamen düşünmek ve doğrulamaktır.
ADC söz konusu olduğunda, tasarım doğal olarak seçimden, ne tür bir sinyalin ölçüleceği, ne tür hız gereksinimi, hassasiyet gereksinimi vb. İle başlar, bunlar önceki bilgilere göre seçilebilir. Bu süreç, kör tasarımı ve atık performansı ve maliyetini önleyebilir. ADC'nin doğruluğu doğal olarak referans voltajına bağlıdır.Daha sonra referans voltajı sabit olmalı, güç kaynağı kararlı olmalı, kristal osilatör saat sabit olmalı, zemin PCB tasarımında kullanılmalı, yüksek hızlı sinyaller iyi eşleştirilmeli ve parazit izole edilmelidir. Yazılımda uygun olacak N adet çoklu konfigürasyon seçeneği var, vb., Bilgi sığ ve bir an olsun göremiyorum.
V. Özet
Sinyal işleme sürecindeki en önemli bağlantılardan biri olan ADC, analog ile dijital arasında bir köprüdür.Mevcut sinyal işleme, daha yüksek algılama doğruluğu ve daha hızlı dönüşüm oranı yönünde gelişmektedir.Ses ve video arayüzlerinde, zayıf sinyal algılama ve diğer alanlarda kullanılmaktadır. Derinlemesine ve bu tür yongaların yerelleştirilmesi hala çok geride, ancak gelecek umut verici. Donanım geliştirmedeki uygulamalar için, onu bilmek ve uygulamayı neden daha iyi kavrayacağını bilmek.Zaman verildiğinde, dövüş sanatlarında elinde kılıç ve kalpte kılıç olmaması nihayet mümkün olabilir. Kılıcın krallığı.
Öneri - orijinal metni okumak için tıklayın, yazarın daha fazla ilgili blogunu görüntüleyebilirsiniz:
Yazarın daha fazla blogunu görüntülemek için orijinal metni okumak için tıklayın
