Paano gumagana ang sunud-sunod na approximation (sar) adc at saan ito pinakamahusay na ginagamit?

Ang Analog to Digital Converter (ADC) ay isang uri ng aparato na makakatulong sa amin na maproseso ang magulong data sa totoong mundo sa isang digital na pananaw. Upang maunawaan ang data sa totoong mundo tulad ng temperatura, halumigmig, presyon, posisyon, kailangan namin ng mga transduser, lahat ng mga iyon ay sumusukat sa ilang mga parameter at bigyan kami ng isang de-koryenteng signal pabalik sa anyo ng boltahe at kasalukuyang. Dahil ang karamihan sa aming mga aparato sa ngayon ay digital, kinakailangan na gawing digital signal ang mga signal na iyon. Iyon ay kung saan ang ADC ay dumating, kahit na maraming mga iba't ibang mga uri ng ADC doon, ngunit sa artikulong ito, pag-uusapan natin ang tungkol sa isa sa mga pinaka ginagamit na uri ng ADC na kilala bilang sunud - sunod na approximation ADC. Sa isang maagang artikulo, napag-usapan namin ang batayan ng ADC sa tulong ng Arduino, maaari mong suriin na kung bago ka sa electronics at nais mong malaman ang tungkol sa ADC.

Ano ang isang Sunud-sunod na Approximation ADC?

Ang Sunud-sunod na Approximation ADC ay ang pagpipilian ng ADC para sa mga aplikasyon ng medium na may mababang gastos, ang resolusyon para sa mga SAR ADC ay umaabot mula 8 - 18 na mga piraso, na may mga sample na bilis hanggang sa 5 mega-sample bawat segundo (Msps). Gayundin, maaari itong maitayo sa isang maliit na form factor na may mababang paggamit ng kuryente, na ang dahilan kung bakit ginagamit ang ganitong uri ng ADC para sa mga portable na instrumento na pinapatakbo ng baterya.

Tulad ng ipinahihiwatig ng pangalan, ang ADC na ito ay naglalapat ng isang binary search algorithm upang mai-convert ang mga halaga, na kung saan ay kung bakit ang panloob na circuitry ay maaaring tumakbo sa maraming MHZ ngunit ang aktwal na rate ng sample ay mas mababa dahil sa sunud - sunod na algorithm ng Pag-approx. Tinalakay namin ang higit pa tungkol dito sa susunod sa artikulong ito.

Paggawa ng Sunud-sunod na Pagtatantya ADC

Ipinapakita ng imahe ng pabalat ang pangunahing sunud-sunod na approximation na ADC circuit. Ngunit upang maunawaan nang kaunti ang prinsipyo ng pagtatrabaho, gagamitin namin ang isang 4-bit na bersyon nito. Ang imahe sa ibaba ay nagpapakita ng eksaktong iyon.

Tulad ng nakikita mo, ang ADC na ito ay binubuo ng isang kumpara, isang digital sa analog converter, at isang sunud-sunod na pagpaparehistro ng approximation kasama ang control circuit. Ngayon, tuwing nagsisimula ang isang bagong pag-uusap, ang sample at humahawak sa mga circuit ng sample ng input signal. At ang senyas na iyon ay inihambing sa tukoy na signal ng output ng DAC.

Ngayon sabihin natin, ang sampol na signal ng input ay 5.8V. Ang sanggunian ng ADC ay 10V. Kapag nagsimula ang conversion, itinatakda ng sunud-sunod na rehistro ng pagtatantya ang pinakamahalagang bit sa 1 at lahat ng iba pang mga piraso sa zero. Nangangahulugan ito na ang halaga ay nagiging 1, 0, 0, 0, na nangangahulugang, para sa isang boltahe na 10V na sanggunian, ang DAC ay makakagawa ng isang halaga ng 5V na kalahati ng boltahe ng sanggunian. Ngayon ang boltahe na ito ay ihinahambing sa input boltahe at batay sa output ng kumpara, ang output ng sunud-sunod na rehistro ng approximation ay mabago. Lilinawin ito ng imahe sa ibaba. Dagdag dito, maaari kang tumingin sa isang generic na talahanayan ng sanggunian para sa higit pang mga detalye sa DAC. Dati gumawa kami ng maraming mga proyekto sa mga ADC at DAC, maaari mong suriin ang mga iyon para sa karagdagang impormasyon.

Nangangahulugan ito kung ang Vin ay mas malaki kaysa sa output ng DAC, ang pinaka-makabuluhang bit ay mananatili tulad nito, at ang susunod na bit ay maitatakda para sa isang bagong paghahambing. Kung hindi man, kung ang input boltahe ay mas mababa kaysa sa halaga ng DAC, ang pinaka-makabuluhang bit ay itatakda sa zero, at ang susunod na bit ay maitatakda sa 1 para sa isang bagong paghahambing. Ngayon kung nakikita mo ang imahe sa ibaba, ang boltahe ng DAC ay 5V at dahil mas mababa ito sa input boltahe, ang susunod na bit bago magtakda ang pinaka-makabuluhang bit sa isa, at ang iba pang mga piraso ay magtatakda sa zero, magpapatuloy ang prosesong ito hanggang sa halagang pinakamalapit sa naabot na boltahe ng pag-input.

Ganito nagbabago ang sunud-sunod na pagtatantya ng ADC nang kaunti upang matukoy ang input boltahe at makagawa ng halaga ng output. At anuman ang halaga na maaaring nasa apat na pag-ulit, makukuha namin ang output digital code mula sa halaga ng pag-input. Sa wakas, ang isang listahan ng lahat ng posibleng mga kombinasyon para sa isang apat na bit na sunud-sunod na pagtanggap ng ADC ay ipinakita sa ibaba.

Oras ng Conversion, Bilis, at Resolusyon ng Sunud-sunod na Pag-apruba ng ADC

Oras ng Conversion:

Sa pangkalahatan, masasabi natin na para sa isang N bit ADC, aabutin ang mga N cycle ng orasan, na nangangahulugang ang oras ng conversion ng ADC na ito ay magiging-

Tc = N x Tclk

* Ang Tc ay maikli para sa Oras ng Conversion.

At hindi katulad ng ibang mga ADC, ang oras ng conversion ng ADC na ito ay independiyente sa boltahe ng pag-input.

Habang gumagamit kami ng isang 4-bit ADC, upang maiwasan ang mga aliasing effect, kailangan naming kumuha ng isang sample pagkatapos ng 4 na magkakasunod na pulso ng orasan.

Bilis ng Conversion:

Ang tipikal na bilis ng conversion ng ganitong uri ng ADC ay nasa paligid ng 2 - 5 Mga Sampol ng Mega bawat Segundo (MSPS), ngunit may iilan na maaaring maabot ang hanggang sa 10 (MSPS). Ang isang halimbawa ay LTC2378 ng Linear Technologies.

Resolusyon:

Ang resolusyon ng ganitong uri ng ADC ay maaaring humigit-kumulang 8 - 16 na mga piraso, ngunit ang ilang mga uri ay maaaring umakyat sa 20-bit, isang halimbawa ay maaaring ADS8900B ng Mga Analog Device.

Mga Advantage at Disadvantages ng Sunud-sunod na Approximation ADC

Ang ganitong uri ng ADCs ay may maraming kalamangan kaysa sa iba. Ito ay may mataas na katumpakan at mababang paggamit ng kuryente, samantalang madaling gamitin at may mababang oras ng latency. Ang oras ng latency ay ang oras ng simula ng pagkuha ng signal at ang oras kung kailan magagamit ang data upang makuha mula sa ADC, karaniwang ang oras ng latency na ito ay tinukoy sa mga segundo. Ngunit ang ilang mga datasheet ay tumutukoy din sa parameter na ito bilang mga cycle ng conversion, sa isang partikular na ADC kung ang data ay magagamit upang makuha sa loob ng isang siklo ng conversion, masasabi nating mayroon itong latency ng isang ikot ng pag-uusap. At kung ang data ay magagamit pagkatapos ng N cycle, masasabi nating mayroon itong isang latency ng isang ikot ng conversion. Ang isang pangunahing kawalan ng SAR ADC ay ang pagiging kumplikado ng disenyo at gastos ng produksyon.

Mga aplikasyon ng SAR ADC

Dahil ito ay isang pinaka-karaniwang ginagamit na ADC, ginagamit ito para sa maraming mga application tulad ng paggamit sa mga biomedical na aparato na maaaring itanim sa pasyente, ang mga uri ng ADC na ito ay ginagamit dahil kumakain ng mas kaunting lakas. Gayundin, maraming mga smartwatches at sensor ang gumamit ng ganitong uri ng ADC.

Sa buod, maaari nating sabihin na ang pangunahing bentahe ng ganitong uri ng ADC ay mababang paggamit ng kuryente, mataas na resolusyon, maliit na form factor, at kawastuhan. Ginagawa itong uri ng character na angkop para sa mga integrated system. Ang pangunahing limitasyon ay maaaring ang mababang rate ng sampling nito at ang mga bahagi na kinakailangan upang buuin ang ADC na ito, na isang DAC, at isang kumpare, pareho sa mga iyon ay dapat na kailangang gumana nang tumpak upang makakuha ng tumpak na resulta.