ADC的一般操作原理

让我们考虑可归因于不同类型的 模数转换器（ADC） 操作原理的主要问题。 一个顺序的帐户，按位平衡 - 这些单词后面隐藏什么？ ADC微控制器的原理是什么？ 这些，以及其他一些问题，我们将在文章的框架内考虑。 我们将把前三部分用于一般理论，从第四个小标题我们将研究其工作原理。 您可以在不同的文献中符合ADC和DAC的条款。 这些设备的操作原理略有不同，所以不要混淆它们。 因此，本文将考虑将信号从模拟形式转换为数字，而DAC则以其他方式工作。

定义

在考虑ADC的原理之前，我们先来了解一下什么样的设备。 模数转换器是将物理量转换成相应的数字表示的装置。 作为初始参数，几乎任何事情都可以：电流，电压，电容，电阻，轴旋转角度，脉冲频率等。 但为了确定，我们只会进行一次转型。 这是“电压代码”。 这种格式的选择不是偶然的。 毕竟，ADC（该器件的工作原理）及其特性在很大程度上取决于使用什么测量概念。 这意味着将某个价值与先前建立的标准进行比较的过程。

ADC的特性

主要的是转换的位深度和频率。 第一个以位表示，第二个以每秒的计数表示。 现代模数转换器可以具有24位容量或转换速度，可达到GSPS单位。 请注意，ADC可以同时为您提供其特性之一。 性能越高，使用设备就越困难，而且本身更昂贵。 但是可以通过必要的数字获得好处，牺牲设备的速度。

ADC类型

操作原理因不同的设备组而异。 我们将考虑以下类型：

1. 直接转型。
2. 随着逐渐逼近。
3. 并行转换。
4. 具有电荷平衡（delta-sigma）的模拟数字转换器。
5. 集成ADC。

还有许多其他输送机和组合类型具有不同架构的特殊特性。 但是，在文章框架内将被考虑的样本是有意义的，因为它们在其具有这种特异性的器件的利基中起着指示性的作用。 因此，我们来研究ADC的原理，以及它对物理设备的依赖。

直接模数转换器

他们在上世纪60-70年代非常受欢迎。 集成电路 的形式从80年代开始生产。 这些都非常简单，甚至是不能吹嘘显着指标的原始设备。 它们的位深度通常为6-8位，速度很少超过1 GSPS。

这种类型的ADC的工作原理如下：输入信号同时输入到比较器的正输入端。 负端子被提供一定值的电压。 然后设备确定其操作模式。 这是由于参考电压而完成的。 假设我们有一个设备有8个比较器。 当施加½参考电压时，只包括其中4个参考电压。 优先级编码器将产生 二进制代码， 由输出寄存器固定。 关于优点和缺点，可以说 这样的 操作 原理 允许创建高速设备。 但是要获得必要的能力，你必须要汗水很多。

比较器数量的通用公式如下：2 ^ N. 在N之下，您需要设置数位数。 以前考虑的例子可以再次使用：2 ^ 3 = 8。 需要8位比较人才能获得第3位数。 这是ADC的原则，首先创建。 不是很方便，所以在随后还有其他的架构。

模数转换器

这里我们使用“加权”算法。 简而言之，使用这种技术的器件称为简单的ADC用于顺序计数。 操作原理如下：设备测量输入信号的值，然后将其与根据某种技术生成的数字进行比较：

1. 设置一半可能的参考电压。
2. 如果信号克服了来自点＃1的值的极限，则将其与位于剩余值之间的中间的数字进行比较。 所以，在我们的例子中，这将是参考电压的3/4。 如果参考信号未达到该索引，则将以相同的方式与间隔的其他部分进行比较。 在这个例子中，它是参考电压的1/4。
3. 步骤2必须重复N次，这将给我们一个H位结果。 这是由于H的比较数。

这种操作原理允许您获得具有相对较高转换速度的器件，这些器件是逐次逼近的ADC。 正如你所看到的那样，操作原理很简单，这些设备在不同情况下都是非常好的。

并行模数转换器

他们像串行设备一样工作。 计算公式为（2 ^ H）-1。 对于之前考虑的情况，我们需要（2 ^ 3）-1比较。 为了操作，使用这些器件的一定阵列，每个器件可以比较输入和各个参考电压。 并行模数转换器是非常快速的器件。 但是，构建这些设备的原理是为了保持其性能需要相当大的功率。 因此，不建议使用电池供电。

具有逐位平衡的模数转换器

它根据与先前设备类似的方案操作。 因此，为了解释ADC的逐位平衡的操作，初学者的工作原理将被视为在手指上。 这些设备的核心是二分法的现象。 换句话说，执行测量量与最大值的某一部分的一致的比较。 可以采用1/2，1/8，1/16等的值。 因此，模数转换器可以执行H次迭代的整个过程（连续步骤）。 而H等于ADC位宽度（见前面给出的公式）。 因此，如果技术的速度特别重要，我们可以大大增加时间。 尽管相当快的速度，这些装置的特征还在于静态误差较小。

具有电荷平衡（delta-sigma）的模数转换器

这是最有趣的设备类型，尤其是由于其工作原理。 它包括将输入电压与积分器累积的电压进行比较的事实。 具有负极性或正极性的脉冲被馈送到输入（全部取决于先前操作的结果）。 因此，可以说这样的模数转换器是简单的跟踪系统。 但这只是一个比较例子，所以你可以了解一个delta-sigma ADC是什么。 操作原理是系统，但是对于该模数转换器的高效运行是不够的。 最终的结果是通过数字LPF的单位和零的无尽流。 其中，形成某一位序列。 区分第一和第二阶的ADC转换器。

集成模数转换器

这是在文章的框架内将被考虑的最后一个特殊情况。 接下来，我们将描述这些设备的操作，但是在一般级别。 该ADC是具有推挽式集成的模数转换器。 您可以在数字万用表中遇到类似的设备。 这并不奇怪，因为它们提供高精度并同时抑制噪声。

现在我们来关注他的工作原理。 它包括输入信号在固定时间内对电容充电。 通常，此周期是为设备（50 Hz或60 Hz）供电的网络频率的单位。 它也可以是多个。 因此，抑制了高频噪声。 同时，电网发电不稳定电压对结果精度的影响也得到了提高。

当模数转换器的充电时间结束时，电容以一定的固定速率开始放电。 器件的内部计数器对在此过程中产生的时钟脉冲数进行计数。 因此，时间间隔越长，指标越重要。

推挽式集成ADC具有高精度和 分辨率。 由于这一点，以及相对简单的结构结构，它们作为芯片执行。 这个工作原理的主要缺点是依赖于网络的指标。 请记住，其功能与电源频率周期的持续时间有关。

以下是双积分ADC的工作原理。 该设备的运行原理虽然相当复杂，但却提供了质量指标。 在某些情况下，这是必要的。

以我们所需工作的原则选择APC

假设我们面临着一定的任务。 如何选择一个设备，以满足我们的所有要求？ 首先，我们来谈谈决议和准确性。 很多时候他们很困惑，虽然在实践中他们非常弱依赖于第二个。 请记住，12位模数转换器可以具有比8位转换器更低的精度。 在这种情况下，分辨率是可以从测量信号的输入范围中提取多少段的度量。 因此，8位ADC具有2 ⁸ = 256个这样的单元。

精度是所得到的转换与理想值的总偏差，这对于给定的输入电压应该是理想值。 也就是说，第一个参数描述了ADC的潜在功能，第二个参数显示了我们在实践中的功能。 因此，我们可以采用更简单的类型（例如，直接模数转换器），由于高精度，可以满足需求。

为了有一个想法需要什么，首先我们需要计算物理参数并构建交互的数学公式。 重要的是静态和动态错误，因为当使用不同的组件和构造设备的原理时，它们将对其特性产生不同的影响。 更详细的信息可以在每个特定设备的制造商提供的技术文档中找到。

例子

我们来看看ADC SC9711。 由于其尺寸和功能，该设备的操作原理很复杂。 顺便说一句，谈到后者，必须指出，它们真的是多样化的。 因此，例如，可能工作的频率范围为10Hz至10MHz。 换句话说，它每秒可以做1000万次！ 而设备本身并不是一体的，而是具有模块化的结构结构。 但是，它通常用于复杂的技术，在那里需要大量的信号。

结论

如您所见，ADC基本上具有不同的工作原理。 这使我们能够选择满足要求的设备，同时允许我们明智地使用可用的方式。