Analogno-digitalni pretvornik - namen, razvrstitev in princip delovanja

Elektronska naprava, imenovana analogno-digitalni pretvornik (ADC), se uporablja za pretvorbo analognega signala v digitalni signal (v zaporedju tipa berljive binarne kode). V procesu pretvorbe analognega signala v digitalnega se izvajajo: vzorčenje, kvantizacija in kodiranje.

Vzorčenje se razume kot jemanje vzorcev iz časovno neprekinjenega analognega signala posameznih (diskretnih) vrednosti, ki padajo v časovne trenutke, povezane z določenimi intervali in trajanji taktnih signalov, ki si sledijo drug za drugim.

Kvantizacija vključuje zaokroževanje vrednosti analognega signala, izbranega med vzorčenjem, na najbližji kvantizacijski nivo, kvantizacijski nivoji pa imajo svojo zaporedno številko, ti nivoji pa se med seboj razlikujejo za fiksno delta vrednost, ki ni nič drugega kot kvantizacijski korak.

Strogo gledano je vzorčenje postopek predstavljanja zvezne funkcije kot niza diskretnih vrednosti, kvantizacija pa je delitev signala (vrednosti) na ravni. Kar zadeva kodiranje, tukaj kodiranje razumemo kot primerjavo elementov, dobljenih kot rezultat kvantizacije, z vnaprej določeno kombinacijo kod.

Obstaja veliko načinov za pretvorbo napetosti v kodo. Poleg tega ima vsaka od metod posamezne značilnosti: natančnost, hitrost, kompleksnost. Glede na način pretvorbe so ADC razdeljeni v tri skupine

• vzporedno

• dosledno,

• zaporedno-vzporedno.

Pri vsaki metodi proces transformacije signala skozi čas poteka na svoj način, od tod tudi ime. Razlike so v načinu izvajanja kvantizacije in kodiranja: serijski, vzporedni ali serijsko-vzporedni postopek za približevanje digitalnega rezultata pretvorjenemu signalu.

Diagram vzporednega analogno-digitalnega pretvornika je prikazan na sliki. Vzporedni ADC so najhitrejši analogno-digitalni pretvorniki.

Število elektronskih primerjalnikov (skupno število primerjalnikov DA) ustreza zmogljivosti ADC: trije primerjalniki zadostujejo za dva bita, sedem za tri, 15 za štiri itd. Uporovni delilnik napetosti je zasnovan za nastavitev obsega konstantnih referenčnih napetosti.

Vhodna napetost (vrednost te vhodne napetosti je izmerjena tukaj) se istočasno dovaja na vhode vseh primerjalnikov in primerja z vsemi referenčnimi napetostmi tistih, ki jih ta uporovni delilnik omogoča pridobiti.

Tisti primerjalniki, katerih neinvertirani vhodi se napajajo z napetostjo, ki je višja od referenčne (ki jo delilnik dovaja na invertni vhod), bodo na izhodu dali logično enoto, ostali (kjer je vhodna napetost manjša od referenčne ali enaka nič) bo dal nič.

Nato je priključen kodirnik, njegova naloga je pretvoriti kombinacijo enic in ničel v standardno, ustrezno razumljivo binarno kodo.

ADC vezja za serijsko pretvorbo so manj hitra kot vzporedna pretvorniška vezja, vendar imajo preprostejšo osnovno zasnovo. Uporablja primerjalnik, IN logiko, uro, števec in digitalno-analogni pretvornik.

Slika prikazuje diagram takšnega ADC. Na primer, medtem ko je izmerjena napetost, uporabljena na vhodu primerjalnega vezja, višja od signala rampe drugega vhoda (referenca), števec šteje impulze generatorja ure. Izkazalo se je, da je izmerjena napetost sorazmerna s številom preštetih impulzov.

Obstajajo tudi serijsko-vzporedni ADC, kjer je proces pretvorbe analognega signala v digitalni prostorsko ločen, tako da se izkaže, da je največja kompromisna hitrost dosežena z minimalno kompleksnostjo.