- ADC ประมาณต่อเนื่องคืออะไร?
- การทำงานของ ADC ประมาณแบบต่อเนื่อง
- เวลาในการแปลงความเร็วและความละเอียดของ ADC ประมาณต่อเนื่อง
- ข้อดีและข้อเสียของ ADC การประมาณต่อเนื่อง
- การใช้งาน SAR ADC
อนาล็อกเป็นดิจิตอล Converter (ADC)เป็นชนิดของอุปกรณ์ที่จะช่วยให้เราในการประมวลผลข้อมูลที่วุ่นวายจริงของโลกในมุมมองดิจิตอล ในการทำความเข้าใจข้อมูลในโลกแห่งความเป็นจริงเช่นอุณหภูมิความชื้นความดันตำแหน่งเราจำเป็นต้องมีตัวแปลงสัญญาณซึ่งทั้งหมดนี้จะวัดพารามิเตอร์บางอย่างและให้สัญญาณไฟฟ้ากลับมาในรูปของแรงดันและกระแส เนื่องจากปัจจุบันอุปกรณ์ส่วนใหญ่ของเราเป็นดิจิทัลจึงจำเป็นต้องแปลงสัญญาณเหล่านั้นให้เป็นสัญญาณดิจิทัล นั่นคือสิ่งที่ ADC เข้ามาแม้ว่าจะมี ADC หลายประเภทแต่ในบทความนี้เราจะพูดถึง ADC ประเภทหนึ่งที่ใช้กันมากที่สุดซึ่งเรียกว่าADC แบบประมาณต่อเนื่อง. ในบทความตอนต้นเราได้พูดคุยเกี่ยวกับพื้นฐานของ ADC ด้วยความช่วยเหลือของ Arduino คุณสามารถตรวจสอบได้ว่าคุณยังใหม่กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับ ADC หรือไม่
ADC ประมาณต่อเนื่องคืออะไร?
เนื่องประมาณ ADCเป็น ADC ของทางเลือกสำหรับการขนาดกลางที่มีต้นทุนต่ำเพื่อการใช้งานที่มีความละเอียดสูงที่ความละเอียดสำหรับ SAR ADCsช่วง 8-18 บิตด้วยตัวอย่างความเร็วสูงถึง 5 ล้านตัวอย่างต่อวินาที (Msps) นอกจากนี้ยังสามารถสร้างในรูปแบบขนาดเล็กที่มีการใช้พลังงานต่ำซึ่งเป็นสาเหตุที่ ADC ประเภทนี้ใช้สำหรับเครื่องมือที่ใช้แบตเตอรี่แบบพกพา
เป็นชื่อที่แสดงถึง ADC นี้ใช้ขั้นตอนวิธีการค้นหาแบบไบนารีการแปลงค่าซึ่งเป็นเหตุผลที่วงจรภายในอาจจะทำงานหลาย MHZ แต่อัตราตัวอย่างที่เกิดขึ้นจริงมีมากน้อยเนื่องจากการขั้นตอนวิธีการประมาณค่าต่อเนื่องเราจะพูดคุยเพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้ในบทความนี้
การทำงานของ ADC ประมาณแบบต่อเนื่อง
ภาพหน้าปกแสดงให้เห็นถึงพื้นฐานเนื่องวงจรประมาณ ADC แต่เพื่อให้เข้าใจหลักการทำงานให้ดีขึ้นเล็กน้อยเราจะใช้เวอร์ชัน 4 บิต ภาพด้านล่างแสดงให้เห็นว่า
อย่างที่คุณเห็น ADC นี้ประกอบด้วยตัวเปรียบเทียบตัวแปลงดิจิตอลเป็นอนาล็อกและทะเบียนการประมาณต่อเนื่องพร้อมกับวงจรควบคุม ตอนนี้เมื่อใดก็ตามที่การสนทนาใหม่เริ่มต้นขึ้นตัวอย่างและวงจรจะสุ่มตัวอย่างสัญญาณอินพุต และสัญญาณนั้นจะถูกเปรียบเทียบกับสัญญาณเอาต์พุตเฉพาะของ DAC
สมมติว่าสัญญาณอินพุตตัวอย่างคือ 5.8V การอ้างอิงของ ADC คือ 10V เมื่อการแปลงเริ่มต้นการลงทะเบียนการประมาณต่อเนื่องจะตั้งค่าบิตที่สำคัญที่สุดเป็น 1 และบิตอื่น ๆ ทั้งหมดเป็นศูนย์ ซึ่งหมายความว่าค่าจะกลายเป็น 1, 0, 0, 0 ซึ่งหมายความว่าสำหรับแรงดันอ้างอิง 10V DAC จะให้ค่า 5V ซึ่งเป็นครึ่งหนึ่งของแรงดันอ้างอิง ตอนนี้แรงดันไฟฟ้านี้จะถูกเปรียบเทียบกับแรงดันไฟฟ้าขาเข้าและขึ้นอยู่กับเอาท์พุทตัวเปรียบเทียบผลลัพธ์ของการลงทะเบียนการประมาณต่อเนื่องจะเปลี่ยนไป ภาพด้านล่างจะชี้แจงเพิ่มเติม นอกจากนี้คุณสามารถดูตารางอ้างอิงทั่วไปสำหรับรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับ DAC ก่อนหน้านี้เราได้ทำโครงการมากมายเกี่ยวกับ ADC และ DAC คุณสามารถตรวจสอบข้อมูลเพิ่มเติมได้
ซึ่งหมายความว่าหาก Vin มีค่ามากกว่าเอาต์พุตของ DAC บิตที่สำคัญที่สุดจะยังคงอยู่เหมือนเดิมและบิตถัดไปจะถูกตั้งค่าสำหรับการเปรียบเทียบใหม่ มิฉะนั้นหากแรงดันไฟฟ้าขาเข้าน้อยกว่าค่า DAC บิตที่สำคัญที่สุดจะถูกตั้งค่าเป็นศูนย์และบิตถัดไปจะถูกตั้งค่าเป็น 1 สำหรับการเปรียบเทียบใหม่ ตอนนี้ถ้าคุณเห็นภาพด้านล่างแรงดัน DAC คือ 5V และเนื่องจากมีค่าน้อยกว่าแรงดันไฟฟ้าขาเข้าบิตถัดไปก่อนบิตที่สำคัญที่สุดจะตั้งค่าเป็นหนึ่งและบิตอื่น ๆ จะตั้งค่าเป็นศูนย์กระบวนการนี้จะดำเนินต่อไปจนกว่า ค่าที่ใกล้เคียงที่สุดกับแรงดันไฟฟ้าขาเข้า
นี่คือวิธีที่ ADC ประมาณต่อเนื่องเปลี่ยนไปทีละ 1 บิตเพื่อกำหนดแรงดันไฟฟ้าขาเข้าและสร้างค่าเอาต์พุต และค่าใดก็ตามที่อาจอยู่ในการวนซ้ำสี่ครั้งเราจะได้รับรหัสดิจิทัลเอาต์พุตจากค่าอินพุต ในที่สุดรายการชุดค่าผสมที่เป็นไปได้ทั้งหมดสำหรับADC แบบประมาณสี่บิตต่อเนื่องกันแสดงอยู่ด้านล่าง
เวลาในการแปลงความเร็วและความละเอียดของ ADC ประมาณต่อเนื่อง
เวลาแปลง:
โดยทั่วไปเราสามารถพูดได้ว่าสำหรับ N bit ADC จะใช้เวลา N clock cycle ซึ่งหมายความว่าเวลาแปลงของ ADC นี้จะกลายเป็น -
Tc = N x Tclk
* Tc ย่อมาจาก Conversion Time
และไม่เหมือนกับ ADC อื่น ๆ เวลาในการแปลงของ ADC นี้ไม่ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าอินพุต
ในขณะที่เราใช้ ADC 4 บิตเพื่อหลีกเลี่ยงเอฟเฟกต์นามแฝงเราจำเป็นต้องเก็บตัวอย่างหลังจากพัลส์นาฬิกาติดต่อกัน 4 ครั้ง
ความเร็วในการแปลง:
ความเร็วในการแปลงทั่วไปของ ADC ประเภทนี้อยู่ที่ประมาณ 2 - 5 Mega Samples Per Seconds (MSPS) แต่มีไม่กี่ตัวที่สามารถเข้าถึงได้สูงสุด 10 (MSPS) ตัวอย่างเช่น LTC2378 โดย Linear Technologies
ความละเอียด:
ความละเอียดของ ADC ประเภทนี้อาจอยู่ที่ประมาณ 8 - 16 บิต แต่บางประเภทสามารถขยายได้ถึง 20 บิตตัวอย่างเช่น ADS8900B โดยอุปกรณ์อนาล็อก
ข้อดีและข้อเสียของ ADC การประมาณต่อเนื่อง
ADC ประเภทนี้มีข้อดีกว่าคนอื่น ๆ มีความแม่นยำสูงและใช้พลังงานต่ำในขณะที่ใช้งานง่ายและมีเวลาแฝงต่ำ เวลาในการตอบสนองคือเวลาของการเริ่มต้นของการได้มาของสัญญาณและเวลาที่ข้อมูลพร้อมสำหรับการดึงข้อมูลจาก ADC โดยทั่วไปเวลาในการตอบสนองนี้จะกำหนดเป็นวินาที แต่เอกสารข้อมูลบางชุดยังอ้างถึงพารามิเตอร์นี้ว่ารอบการแปลงใน ADC หนึ่ง ๆ หากข้อมูลพร้อมให้ดึงภายในรอบการแปลงหนึ่งเราสามารถพูดได้ว่ามีเวลาแฝงของรอบการสนทนาหนึ่งรอบ และหากข้อมูลพร้อมใช้งานหลังจาก N รอบเราสามารถพูดได้ว่ามีเวลาแฝงของรอบ Conversion หนึ่ง ข้อเสียที่สำคัญของ SAR ADCคือความซับซ้อนในการออกแบบและต้นทุนการผลิต
การใช้งาน SAR ADC
เนื่องจากเป็น ADC ที่ใช้กันมากที่สุดจึงใช้กับแอปพลิเคชันต่างๆเช่นใช้ในอุปกรณ์ชีวการแพทย์ที่สามารถฝังในผู้ป่วยจึงใช้ ADC ประเภทนี้เนื่องจากใช้พลังงานน้อยมาก นอกจากนี้สมาร์ทวอทช์และเซ็นเซอร์จำนวนมากก็ใช้ ADC ประเภทนี้
โดยสรุปเราสามารถพูดได้ว่าข้อดีหลักของ ADC ประเภทนี้คือการใช้พลังงานต่ำความละเอียดสูงรูปแบบขนาดเล็กและความแม่นยำ อักขระประเภทนี้ทำให้เหมาะสำหรับระบบรวม ข้อ จำกัด หลักอาจเป็นอัตราการสุ่มตัวอย่างที่ต่ำและชิ้นส่วนที่ต้องใช้ในการสร้าง ADC นี้ซึ่งก็คือ DAC และตัวเปรียบเทียบทั้งสองอย่างนี้ควรต้องทำงานอย่างถูกต้องมากเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่แม่นยำ