Penukar analog-ke-digital - tujuan, klasifikasi dan prinsip operasi

Peranti elektronik yang dipanggil penukar analog-ke-digital (ADC) digunakan untuk menukar isyarat analog kepada isyarat digital (dalam urutan jenis kod binari yang boleh dibaca). Dalam proses menukar isyarat analog kepada digital, perkara berikut dilaksanakan: pensampelan, pengkuantitian dan pengekodan.

Pensampelan difahamkan sebagai mengambil sampel daripada isyarat analog berterusan masa bagi nilai individu (diskrit) yang jatuh pada momen masa yang dikaitkan dengan selang dan tempoh isyarat jam tertentu mengikut satu sama lain.

Pengkuantitian melibatkan pembulatan nilai isyarat analog yang dipilih semasa pensampelan ke tahap pengkuantitian terdekat, dan tahap pengkuantitian mempunyai nombor jujukan mereka sendiri, dan tahap ini berbeza antara satu sama lain dengan nilai delta tetap, yang tidak lebih daripada langkah pengkuantitian.

Tegasnya, pensampelan ialah proses mewakili fungsi berterusan sebagai satu siri nilai diskret, dan kuantisasi ialah pembahagian isyarat (nilai) kepada tahap. Bagi pengekodan, di sini pengekodan difahami sebagai perbandingan unsur-unsur yang diperoleh hasil daripada kuantisasi dengan gabungan kod yang telah ditetapkan.

Terdapat banyak kaedah untuk menukar voltan kepada kod. Di samping itu, setiap kaedah mempunyai ciri individu: ketepatan, kelajuan, kerumitan. Mengikut jenis kaedah penukaran, ADC dikelaskan kepada tiga

• selari

• konsisten,

• selari bersiri.

Untuk setiap kaedah, proses mengubah isyarat dari masa ke masa berjalan dengan caranya sendiri, oleh itu namanya. Perbezaannya terletak pada cara pengkuantitian dan pengekodan dilakukan: prosedur bersiri, selari atau selari bersiri untuk menganggarkan hasil digital kepada isyarat yang ditukar.

Gambar rajah penukar analog-ke-digital selari ditunjukkan dalam rajah. ADC selari ialah penukar analog-ke-digital terpantas.

Bilangan peranti perbandingan elektronik (jumlah bilangan komparator DA) sepadan dengan kapasiti ADC: tiga pembanding cukup untuk dua bit, tujuh untuk tiga, 15 untuk empat, dsb. Pembahagi voltan perintang direka untuk menetapkan julat voltan rujukan malar.

Voltan masukan (nilai voltan input ini diukur di sini) secara serentak digunakan pada input semua pembanding dan dibandingkan dengan semua voltan rujukan yang dibenarkan oleh pembahagi perintang ini.

Pembanding yang input bukan penyongsangannya disuap dengan voltan yang lebih besar daripada rujukan (digunakan oleh pembahagi kepada input penyongsangan) akan memberikan satu logik pada output, selebihnya (di mana voltan input kurang daripada rujukan atau sama dengan sifar) akan memberikan sifar.

Kemudian pengekod disambungkan, tugasnya adalah untuk menukar gabungan satu dan sifar menjadi kod binari standard yang difahami dengan secukupnya.

Litar ADC untuk penukaran bersiri adalah kurang pantas berbanding litar penukar selari, tetapi ia mempunyai reka bentuk asas yang lebih ringkas. Ia menggunakan pembanding, logik DAN, jam, pembilang dan penukar digital-ke-analog.

Rajah menunjukkan gambar rajah ADC sedemikian. Sebagai contoh, sementara voltan yang diukur digunakan pada input litar pembanding adalah lebih tinggi daripada isyarat ramp input kedua (rujukan), pembilang mengira denyutan penjana jam. Ternyata voltan yang diukur adalah berkadar dengan bilangan denyutan yang dikira.

Terdapat juga ADC selari siri, di mana proses menukar isyarat analog kepada isyarat digital dipisahkan dalam ruang, jadi ternyata kelajuan pertukaran maksimum dicapai dengan kerumitan minimum.