Adc xấp xỉ (sar) liên tiếp hoạt động như thế nào và nó được sử dụng ở đâu tốt nhất?

Một Analog sang Digital Converter (ADC) là một loại thiết bị giúp chúng ta xử lý các dữ liệu thực tế hỗn loạn trong một góc độ kỹ thuật số. Để hiểu dữ liệu trong thế giới thực như nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, vị trí, chúng ta cần các bộ chuyển đổi, tất cả những bộ chuyển đổi đó đo các thông số nhất định và cung cấp cho chúng ta tín hiệu điện trở lại dưới dạng điện áp và dòng điện. Vì phần lớn các thiết bị của chúng ta ngày nay là kỹ thuật số, nên việc chuyển đổi những tín hiệu đó thành tín hiệu kỹ thuật số trở nên cần thiết. Đó là nơi mà ADC xuất hiện, mặc dù có rất nhiều loại ADC khác nhau nhưng trong bài viết này, chúng ta sẽ nói về một trong những loại ADC được sử dụng nhiều nhất được gọi là ADC xấp xỉ kế tiếp. Trong bài viết đầu tiên, chúng tôi đã nói về cơ sở của ADC với sự trợ giúp của Arduino, bạn có thể kiểm tra điều đó nếu bạn là người mới làm quen với điện tử và muốn tìm hiểu thêm về ADC.

ADC xấp xỉ kế tiếp là gì?

Các liên tiếp xấp xỉ ADC là ADC và lựa chọn phương tiện chi phí thấp cho các ứng dụng có độ phân giải cao, độ phân giải cho SAR ADCs khoảng 8-18 bit, với mẫu tốc độ lên đến 5 mega-mẫu trên giây (Msps). Ngoài ra, nó có thể được chế tạo ở dạng nhỏ với mức tiêu thụ điện năng thấp, đó là lý do tại sao loại ADC này được sử dụng cho các thiết bị chạy bằng pin di động.

Như tên của nó, ADC này áp dụng thuật toán tìm kiếm nhị phân để chuyển đổi các giá trị, đó là lý do tại sao mạch bên trong có thể đang chạy ở một vài MHZ nhưng tốc độ mẫu thực tế ít hơn nhiều do thuật toán Xấp xỉ kế tiếp. Chúng tôi thảo luận thêm về nó sau trong bài viết này.

Hoạt động của ADC xấp xỉ kế tiếp

Hình ảnh bìa trình bày mạch ADC xấp xỉ liên tiếp cơ bản. Nhưng để hiểu nguyên lý hoạt động tốt hơn một chút, chúng ta sẽ sử dụng phiên bản 4-bit của nó. Hình ảnh dưới đây cho thấy chính xác điều đó.

Như bạn có thể thấy, ADC này bao gồm một bộ so sánh, một bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự và một thanh ghi xấp xỉ kế tiếp cùng với mạch điều khiển. Bây giờ, bất cứ khi nào một cuộc trò chuyện mới bắt đầu, mạch mẫu và mạch giữ sẽ lấy mẫu tín hiệu đầu vào. Và tín hiệu đó được so sánh với tín hiệu đầu ra cụ thể của DAC.

Bây giờ giả sử, tín hiệu đầu vào được lấy mẫu là 5,8V. Tham chiếu của ADC là 10V. Khi quá trình chuyển đổi bắt đầu, thanh ghi xấp xỉ kế tiếp đặt bit quan trọng nhất thành 1 và tất cả các bit khác bằng không. Điều này có nghĩa là giá trị trở thành 1, 0, 0, 0, có nghĩa là, đối với điện áp tham chiếu 10V, DAC sẽ tạo ra giá trị 5V bằng một nửa điện áp tham chiếu. Bây giờ điện áp này sẽ được so sánh với điện áp đầu vào và dựa trên đầu ra của bộ so sánh, đầu ra của thanh ghi xấp xỉ kế tiếp sẽ được thay đổi. Hình ảnh dưới đây sẽ làm rõ điều đó hơn. Hơn nữa, bạn có thể xem bảng tham chiếu chung để biết thêm chi tiết về DAC. Trước đây chúng tôi đã thực hiện nhiều dự án về ADC và DAC, bạn có thể kiểm tra những dự án đó để biết thêm thông tin.

Điều này có nghĩa là nếu Vin lớn hơn đầu ra của DAC, bit quan trọng nhất sẽ giữ nguyên như vậy và bit tiếp theo sẽ được thiết lập để so sánh mới. Ngược lại, nếu điện áp đầu vào nhỏ hơn giá trị DAC, bit quan trọng nhất sẽ được đặt thành 0 và bit tiếp theo sẽ được đặt thành 1 để so sánh mới. Bây giờ nếu bạn nhìn thấy hình ảnh bên dưới, điện áp DAC là 5V và vì nó nhỏ hơn điện áp đầu vào, bit tiếp theo trước bit quan trọng nhất sẽ được đặt thành một và các bit khác sẽ đặt thành 0, quá trình này sẽ tiếp tục cho đến khi giá trị gần nhất với điện áp đầu vào đạt được.

Đây là cách ADC xấp xỉ liên tiếp thay đổi 1 bit tại một thời điểm để xác định điện áp đầu vào và tạo ra giá trị đầu ra. Và bất kể giá trị nào có thể là trong bốn lần lặp, chúng ta sẽ nhận được mã kỹ thuật số đầu ra từ giá trị đầu vào. Cuối cùng, danh sách tất cả các kết hợp có thể có cho ADC xấp xỉ liên tiếp bốn bit được hiển thị bên dưới.

Thời gian chuyển đổi, tốc độ và độ phân giải của ADC xấp xỉ kế tiếp

Thời gian chuyển đổi:

Nói chung, chúng ta có thể nói rằng đối với một ADC N bit, sẽ mất N chu kỳ đồng hồ, có nghĩa là thời gian chuyển đổi của ADC này sẽ trở thành-

Tc = N x Tclk

* Tc là viết tắt của Thời gian chuyển đổi.

Và không giống như các bộ ADC khác, thời gian chuyển đổi của bộ ADC này không phụ thuộc vào điện áp đầu vào.

Vì chúng ta đang sử dụng ADC 4 bit, để tránh hiệu ứng răng cưa, chúng ta cần lấy mẫu sau 4 xung đồng hồ liên tiếp.

Tốc độ chuyển đổi:

Tốc độ chuyển đổi điển hình của loại ADC này là khoảng 2 - 5 Mega Mẫu mỗi giây (MSPS), nhưng có một số ít có thể đạt tới 10 (MSPS). Một ví dụ sẽ là LTC2378 của Linear Technologies.

Độ phân giải:

Độ phân giải của loại ADC này có thể vào khoảng 8-16 bit, nhưng một số loại có thể lên đến 20 bit, ví dụ có thể là ADS8900B của Thiết bị Analog.

Ưu điểm và nhược điểm của ADC xấp xỉ kế tiếp

Loại ADC này có nhiều ưu điểm hơn các loại khác. Nó có độ chính xác cao và tiêu thụ điện năng thấp, trong khi nó dễ sử dụng và có thời gian trễ thấp. Thời gian trễ là thời gian bắt đầu thu tín hiệu và thời gian dữ liệu có sẵn để tìm nạp từ ADC, thông thường thời gian trễ này được xác định bằng giây. Nhưng cũng có một số biểu dữ liệu gọi tham số này là chu kỳ chuyển đổi, trong một ADC cụ thể nếu dữ liệu có sẵn để tìm nạp trong một chu kỳ chuyển đổi, chúng ta có thể nói rằng nó có độ trễ một chu kỳ hội thoại. Và nếu dữ liệu có sẵn sau N chu kỳ, chúng ta có thể nói nó có độ trễ một chu kỳ chuyển đổi. Một nhược điểm lớn của SAR ADC là thiết kế phức tạp và chi phí sản xuất.

Các ứng dụng của SAR ADC

Vì đây là ADC được sử dụng phổ biến nhất, nó được sử dụng cho nhiều ứng dụng như sử dụng trong các thiết bị y sinh có thể được cấy vào bệnh nhân, những loại ADC này được sử dụng vì nó tiêu thụ rất ít điện năng. Ngoài ra, nhiều đồng hồ thông minh và cảm biến đã sử dụng loại ADC này.

Tóm lại, chúng ta có thể nói rằng những ưu điểm chính của loại ADC này là tiêu thụ điện năng thấp, độ phân giải cao, hệ số hình thức nhỏ và độ chính xác. Loại ký tự này làm cho nó phù hợp với các hệ thống tích hợp. Hạn chế chính có thể là tốc độ lấy mẫu thấp và các bộ phận cần thiết để xây dựng bộ ADC này, đó là DAC và bộ so sánh, cả hai bộ phận này phải hoạt động rất chính xác để có được kết quả chính xác.