Ardışık yaklaşım (sar) adc nasıl çalışır ve en iyi nerede kullanılır?

Bir Dijital Dönüştürücü (ADC) analog bize dijital açıdan kaotik gerçek dünya verileri işlemek için yardımcı cihaz türüdür. Sıcaklık, nem, basınç, konum gibi gerçek dünya verilerini anlamak için dönüştürücülere ihtiyacımız var, bunların hepsi belirli parametreleri ölçüyor ve bize voltaj ve akım biçiminde bir elektrik sinyali veriyor. Günümüzde cihazlarımızın çoğu dijital olduğundan, bu sinyalleri dijital sinyallere dönüştürmek gerekli hale geliyor. ADC'nin geldiği yer burasıdır, ancak orada birçok farklı ADC türü vardır, ancak bu makalede, ardışık yaklaşım ADC olarak bilinen en çok kullanılan ADC türlerinden biri hakkında konuşacağız.. Erken bir makalede, Arduino'nun yardımıyla ADC'nin temelinden bahsettik, elektronikte yeniyseniz ve ADC hakkında daha fazla bilgi edinmek istiyorsanız bunu kontrol edebilirsiniz.

Ardışık Yaklaşım ADC nedir?

Ardışık yaklaşım ADC yüksek çözünürlüklü uygulamalar için düşük maliyetli bir ortam için tercih edilen bir ADC, SAR ADC'ler için çözünürlük 8 arasında değişir - 18 bit, örnek saniye (Msps) başına 5 mega örnekler hızlandırır ile. Ayrıca, düşük güç tüketimi ile küçük bir form faktöründe inşa edilebilir, bu nedenle bu tip ADC taşınabilir pille çalışan aletler için kullanılır.

Adından da anlaşılacağı gibi, bu ADC, değerleri dönüştürmek için ikili bir arama algoritması uygular, bu nedenle dahili devre birkaç MHZ'de çalışıyor olabilir, ancak gerçek örnekleme oranı Ardışık Yaklaşım algoritması nedeniyle çok daha azdır. Bu makalenin ilerleyen bölümlerinde daha fazla tartışacağız.

Ardışık Yaklaşım ADC'nin Çalışması

Kapak resmi, temel ardışık yaklaşım ADC devresini gösterir. Ancak çalışma prensibini biraz daha iyi anlamak için 4 bitlik bir versiyonunu kullanacağız. Aşağıdaki resim tam olarak bunu göstermektedir.

Gördüğünüz gibi, bu ADC, bir karşılaştırıcı, bir dijitalden analoğa dönüştürücü ve kontrol devresiyle birlikte ardışık bir yaklaşım yazmacından oluşur. Şimdi, yeni bir konuşma başladığında, örnekleme ve tutma devresi giriş sinyalini örnekler. Ve bu sinyal, DAC'nin spesifik çıkış sinyali ile karşılaştırılır.

Şimdi örneklenmiş giriş sinyalinin 5.8V olduğunu varsayalım. ADC'nin referansı 10V'dir. Dönüştürme başladığında, ardışık yaklaşım kaydı en önemli biti 1'e ve diğer tüm bitleri sıfıra ayarlar. Bu, değerin 1, 0, 0, 0 olduğu anlamına gelir, bu da 10 V referans voltajı için DAC'nin referans voltajın yarısı olan 5 V'luk bir değer üreteceği anlamına gelir. Şimdi bu voltaj, giriş voltajı ile karşılaştırılacak ve karşılaştırıcı çıkışına bağlı olarak, ardışık yaklaşım kaydının çıkışı değiştirilecektir. Aşağıdaki resim onu ​​daha da netleştirecektir. Ayrıca, DAC hakkında daha fazla ayrıntı için genel bir referans tablosuna bakabilirsiniz. Daha önce ADC'ler ve DAC'lar üzerine birçok proje yaptık, daha fazla bilgi için bunlara göz atabilirsiniz.

Bu, Vin'in DAC'nin çıktısından daha büyük olması durumunda, en önemli bit olduğu gibi kalacak ve bir sonraki bit yeni bir karşılaştırma için ayarlanacak demektir. Aksi takdirde, giriş voltajı DAC değerinden düşükse, en önemli bit sıfıra ayarlanacak ve yeni bir karşılaştırma için sonraki bit 1'e ayarlanacaktır. Şimdi aşağıdaki resmi görürseniz, DAC voltajı 5V'dir ve giriş voltajından daha düşük olduğu için, en önemli bitten önceki bir sonraki bit bire ayarlanacak ve diğer bitler sıfıra ayarlanacaktır, bu işlem giriş gerilimine en yakın değere ulaşır.

Bu, giriş voltajını belirlemek ve çıkış değerini üretmek için ardışık yaklaşım ADC'nin bir seferde 1 bit değiştirmesidir. Ve dört yinelemede değer ne olursa olsun, çıktı dijital kodunu giriş değerinden alacağız. Son olarak, dört bitlik bir ardışık yaklaşım ADC için tüm olası kombinasyonların bir listesi aşağıda gösterilmektedir.

Ardışık Yaklaşım ADC'sinin Dönüşüm Süresi, Hızı ve Çözünürlüğü

Dönüşüm Zamanı:

Genel olarak, N bitlik bir ADC için N saat döngüsü alacağını söyleyebiliriz, bu da bu ADC'nin dönüşüm zamanının -

Tc = N x Tclk

* Tc, Dönüşüm Süresinin kısaltmasıdır.

Ve diğer ADC'lerden farklı olarak, bu ADC'nin dönüşüm süresi giriş voltajından bağımsızdır.

4 bitlik bir ADC kullandığımız için, örtüşme efektlerinden kaçınmak için, 4 ardışık saat darbesinden sonra bir örnek almamız gerekir.

Dönüşüm Hızı:

Bu tür ADC'nin tipik dönüştürme hızı, Saniyede 2 - 5 Mega Numune (MSPS) civarındadır, ancak 10'a (MSPS) ulaşabilen çok azı vardır. Bir örnek, Linear Technologies tarafından hazırlanan LTC2378 olacaktır.

Çözüm:

Bu tip ADC'nin çözünürlüğü yaklaşık 8 - 16 bit olabilir, ancak bazı türler 20 bit'e kadar çıkabilir, bir örnek Analog Cihazlar tarafından ADS8900B olabilir.

Ardışık Yaklaşım ADC'nin Avantaj ve Dezavantajları

Bu tip ADC'lerin diğerlerine göre birçok avantajı vardır. Yüksek doğruluk ve düşük güç tüketimine sahipken, kullanımı kolaydır ve düşük gecikme süresine sahiptir. Gecikme süresi, sinyal alımının başlama zamanı ve verilerin ADC'den alınmaya hazır olduğu zamandır, tipik olarak bu gecikme süresi saniye cinsinden tanımlanır. Ancak bazı veri sayfaları bu parametreye dönüşüm döngüleri olarak da atıfta bulunur, belirli bir ADC'de veriler bir dönüşüm döngüsü içinde alınmaya uygunsa, bir konuşma döngüsü gecikmesi olduğunu söyleyebiliriz. Veriler N döngüden sonra mevcutsa, bir dönüşüm döngüsü gecikmesi olduğunu söyleyebiliriz. SAR ADC'nin önemli bir dezavantajı, tasarım karmaşıklığı ve üretim maliyetidir.

SAR ADC Uygulamaları

Bu en sık kullanılan bir ADC olduğundan, hastaya implante edilebilen biyomedikal cihazlarda kullanım gibi birçok uygulama için kullanılır, bu tip ADC'ler çok daha az güç tükettiği için kullanılır. Ayrıca, birçok akıllı saat ve sensör bu tip ADC'yi kullandı.

Özetle bu tip ADC'nin başlıca avantajlarının düşük güç tüketimi, yüksek çözünürlük, küçük form faktörü ve doğruluk olduğunu söyleyebiliriz. Bu tür bir karakter, onu entegre sistemler için uygun hale getirir. Temel sınırlama, düşük örnekleme oranı ve bir DAC olan bu ADC'yi oluşturmak için gereken parçalar ve bir karşılaştırıcı olabilir; her ikisinin de doğru bir sonuç elde etmek için çok doğru çalışması gerekir.