DAC և ADC փոխակերպման սարքեր: Անալոգային-թվային փոխարկիչներ (ADC). Նպատակը, սարքը, կիրառումը

ADC բանաձևը `անալոգային ազդանշանի արժեքի նվազագույն փոփոխությունը, որը կարող է փոխարկվել տվյալ ADC- ի կողմից, կապված է դրա հզորության հետ: Առանց աղմուկը հաշվի առնելու մեկ չափման դեպքում լուծումն ուղղակիորեն որոշվում է խստություն ADC

ADC- ի հզորությունը բնութագրում է դիսկրետ արժեքների քանակը, որոնք փոխարկիչը կարող է թողարկել ելքի ժամանակ: Երկուական ADC- ներում այն \u200b\u200bչափվում է բիթերով, երրորդական ADC- ներում `trites- ով: Օրինակ, երկուական 8-բիթանոց ADC- ն ի վիճակի է արտադրել 256 դիսկրետ արժեքներ (0 ... 255), քանի որ 2 8 \u003d 256 (\\ ցուցադրման ոճ 2 ^ (8) \u003d 256), երրորդական 8-բիթանոց ADC- ն ի վիճակի է 6561 դիսկրետ արժեքների, քանի որ 3 8 \u003d 6561 (\\ ցուցադրման ոճ 3 ^ (8) \u003d 6561).

Լարման բանաձևը հավասար է առավելագույն և նվազագույն ելքային կոդին համապատասխանող լարման տարբերությանը ՝ բաժանված դիսկրետ ելքային արժեքների քանակով: Օրինակ:

  • Օրինակ 1
    • Ներածման միջակայք \u003d 0-ից 10 վոլտ
    • Բիթ ADC 12 բիթ ՝ 2 12 \u003d 4096 քվանտացման մակարդակ
    • Երկուական ADC լարման թույլատրելիություն. (10-0) / 4096 \u003d 0.00244 վոլտ \u003d 2.44 մՎտ
    • Եռակի ADC 12 տրիտի կտորի խորությունը ՝ 3 12 \u003d 531 441 քվանտացման մակարդակ
    • Երրորդական ADC- ի լարման բանաձեւը. (10-0) / 531441 \u003d 0,0188 մՎ \u003d 18,8 μV
  • Օրինակ 2
    • Ներածման միջակայք \u003d -10-ից +10 վոլտ
    • Բիթ ADC բիթի խորության 14 բիթ. 2 14 \u003d 16384 քվանտացման մակարդակ
    • Երկուական ADC լարման թույլատրելիություն. (10 - (- 10)) / 16384 \u003d 20/16384 \u003d 0.00122 վոլտ \u003d 1.22 մՎ
    • Եռակի ADC 14 տրիտի կտորի խորությունը. 3 14 \u003d 4 782 969 քվանտացման մակարդակ
    • Երրորդական ADC- ի լարման բանաձեւը. (10 - (- 10)) / 4782969 \u003d 0.00418 մՎ \u003d 4.18 μV

Գործնականում ADC- ի լուծաչափը սահմանափակվում է մուտքային ազդանշանի ազդանշան-աղմուկ հարաբերակցությամբ: ADC մուտքի մոտ բարձր աղմուկի ինտենսիվությամբ անհնար է դառնում տարբերակել մուտքային ազդանշանի հարակից մակարդակները, այսինքն ՝ լուծաչափը վատթարանում է: Այս պարագայում իրականում հասանելի լուծումը նկարագրվում է արդյունավետ բիտ խորությունը (անգլ. արդյունավետ բիթերի քանակ, ENOB), ինչը պակաս է ADC- ի իրական բիթային խորությունից: Բարձր աղմկոտ ազդանշան փոխարկելիս ելքային կոդի նվազագույն նշանակալի բիթերը գործնականում անօգուտ են, քանի որ դրանք պարունակում են աղմուկ: Հայտարարված բիթի լայնությանը հասնելու համար մուտքային ազդանշանի ազդանշան-աղմուկ հարաբերակցությունը պետք է լինի մոտավորապես 6 դբ յուրաքանչյուր բիթի խորության յուրաքանչյուր բիտի համար (6 դԲ համապատասխանում է ազդանշանի մակարդակի երկու անգամ փոփոխությանը):

Փոխակերպման տեսակները

Օգտագործված ալգորիթմների մեթոդի համաձայն, ADC- ն բաժանված է.

  • Հաջորդական մերձեցում
  • Սիգմա դելտայի սերիական մոդուլյացիա
  • Lուգահեռ մեկ փուլով
  • Twoուգահեռ երկու կամ ավելի փուլեր (փոխակրիչ)

Առաջին երկու տիպի ADC- ները ենթադրում են նմուշառման և պահեստավորման սարքի (UWH) պարտադիր օգտագործումը: Այս սարքը ծառայում է ազդանշանի անալոգային արժեքը պահելու համար փոխարկումը կատարելու համար պահանջվող ժամանակի համար: Առանց դրա, սերիական ADC- ի փոխարկման արդյունքն անվավեր է: Արտադրվում են հաջորդական մերձեցման ինտեգրված ADC- ներ, որոնք պարունակում են UVR և պահանջում են արտաքին UVR [ ] .

Գծային ADC- ներ

ADC- ների մեծ մասը համարվում է գծային, չնայած A / D փոխակերպումը ըստ էության ոչ գծային գործընթաց է (քանի որ շարունակական և դիսկրետ տարածության քարտեզագրման գործողությունը ոչ գծային է):

Ամկետ գծային ADC- ի հետ կապված նշանակում է, որ ելքային թվային արժեքի վրա ցուցադրվող մուտքային արժեքների շարքը գծայինորեն կապված է այս ելքային արժեքի հետ, այսինքն ՝ ելքային արժեքի կ հասնում է, երբ մուտքային արժեքները տատանվում են

մ(կ + բ) մ(կ + 1 + բ),

Որտեղ մ և բ - որոշ հաստատուններ: Հաստատուն բսովորաբար 0 կամ -0,5: Եթե բ \u003d 0, ADC- ն կոչվում է ոչ զրոյական քվանտիզատոր (միջին բարձրացում), եթե բ \u003d −0.5, ապա կոչվում է ADC քվանտիզատոր ՝ զրոյով, քվանտացման քայլի կենտրոնում (կես քայլք).

Ոչ գծային ADC- ներ

Ոչ գծայնությունը նկարագրող կարևոր պարամետր է ինտեգրալ ոչ գծայնություն (INL) և դիֆերենցիալ ոչ գծայնություն (DNL)

Խոռոչի սխալ (ցնցում)

Եկեք թվայնացնենք սինուսոիդային ազդանշանը x (t) \u003d A sin \u2061 2 π f 0 t (\\ ցուցադրման ոճ x (t) \u003d A \\ sin 2 \\ pi f_ (0) t)... Իդեալում, նմուշները վերցվում են պարբերական պարբերականությամբ: Սակայն իրականում նմուշառման ժամանակը ենթակա է տատանումների ՝ համաժամացման ազդանշանի դիմային մասի ցնցման պատճառով ( ժամացույցի ցնցում) Ենթադրելով, որ նմուշառման ժամանակի անորոշությունը կարգի է Δ t (\\ displaystyle \\ Delta t), մենք գտնում ենք, որ այս երեւույթի պատճառած սխալը կարելի է գնահատել որպես

Ե ա պ ≤ | x ′ (t) Δ t | 2 A π f 0 Δ t (\\ displaystyle E_ (ap) \\ leq | x "(t) \\ Delta t | \\ leq 2A \\ pi f_ (0) \\ Delta t).

Սխալը ցածր հաճախականություններում համեմատաբար փոքր է, բայց բարձր հաճախությունների դեպքում այն \u200b\u200bկարող է զգալիորեն մեծանալ:

Բացվածքի սխալի ազդեցությունը կարելի է անտեսել, եթե դրա մեծությունը համեմատաբար փոքր է քվանտացման սխալի հետ համեմատած: Այսպիսով, համաժամացման ազդանշանի համար կարող եք սահմանել ցնցող հետևյալ պահանջները.

Δ t< 1 2 q π f 0 {\displaystyle \Delta t<{\frac {1}{2^{q}\pi f_{0}}}} ,

Որտեղ q (\\ displaystyle q) - ADC բիթի խորություն:

ADC բիթի խորություն Մուտքային առավելագույն հաճախականությունը
44,1 կՀց 192 կՀց 1 ՄՀց 10 ՄՀց 100 ՄՀց
8 28,2 ն 6,48 ն 1,24 նս 124 ps 12,4 ps
10 7.05 ն 1,62 նս 311 ps 31.1 ps 3.11 ps
12 1,76 նս 405 ps 77.7 ps 7.77 ps 777 fs
14 441 ps 101 ps 19.4 ps 1,94 ps 194 fs
16 110 ps 25.3 ps 4.86 ps 486 fs 48,6 ֆս
18 27.5 ps 6,32 ps 1,21 ps 121 fs 12.1 fs
24 430 ֆր 98,8 ֆս 19.0 fs 1,9 FS 190 ինչպես

Այս աղյուսակից կարելի է եզրակացնել, որ ցանկալի է օգտագործել որոշակի բիթ հզորության ADC ՝ հաշվի առնելով համաժամացման ճակատի ցնցողի կողմից սահմանված սահմանափակումները ( ժամացույցի ցնցում) Օրինակ ՝ աուդիո ձայնագրության համար անիմաստ է օգտագործել ճշգրիտ 24-բիթանոց ADC, եթե ժամացույցի բաշխման համակարգը ի վիճակի չէ ծայրահեղ ցածր անորոշություն ապահովել:

Ընդհանուր առմամբ, ժամացույցի ազդանշանի որակը չափազանց կարևոր է ոչ միայն այս պատճառով: Օրինակ ՝ միկրոսխեմաների նկարագրությունից AD9218 (Անալոգային սարքեր):

Highանկացած բարձր արագությամբ ADC չափազանց զգայուն է օգտագործողի կողմից տրամադրված նմուշառման ժամացույցի որակի նկատմամբ: Ենթարկման և պահման միացումն ըստ էության խառնիչ է: Noiseամացույցի ցանկացած աղմուկ, աղավաղում կամ ժամանակի ցնցում զուգորդվում է ցանկալի ազդանշանի հետ անալոգայինից թվային ելքի վրա:

Այսինքն ՝ ցանկացած բարձր արագությամբ ADC չափազանց զգայուն է օգտագործողի կողմից մատակարարվող թվայնացման ժամացույցի հաճախականության որակի նկատմամբ: Նմուշառման և պահպանման շրջանը ըստ էության խառնիչ է (բազմապատկիչ): Noiseամացույցի հաճախականության ցանկացած աղմուկ, աղավաղում կամ ցնցում խառնվում են օգտակար ազդանշանի հետ և սնվում թվային արտադրանքով:

Նմուշառման հաճախականությունը

Անալոգային ազդանշանը ժամանակի շարունակական գործառույթ է. ADC- ում այն \u200b\u200bվերափոխվում է թվային արժեքների հաջորդականության: Ուստի անհրաժեշտ է որոշել անալոգային ազդանշանից թվային արժեքների նմուշառման արագությունը: Թվային արժեքների արտադրման հաճախականությունը կոչվում է նմուշառման հաճախականությունը ADC

Սահմանափակ սպեկտրալ տիրույթով անընդհատ փոփոխվող ազդանշանը թվայնացվում է (այսինքն `ազդանշանի արժեքները չափվում են ժամանակային ընդմիջումով Տ նմուշառման ժամանակահատվածն է), և բնօրինակ ազդանշանը կարող է լինել ճիշտ վերականգնվել է ժամանակից դիսկրետ արժեքներից ՝ ինտերպոլյացիայի միջոցով: Վերակառուցման ճշգրտությունը սահմանափակված է քվանտացման սխալով: Այնուամենայնիվ, ըստ Կոտելնիկով-Շանոնի թեորեմի, ճշգրիտ վերակառուցումը հնարավոր է միայն այն դեպքում, եթե նմուշառման արագությունը բարձր է ազդանշանային սպեկտրի առավելագույն հաճախականության կրկնակիից:

Քանի որ իրական ADC- ները չեն կարող միանգամից իրականացնել A / D փոխարկում, անալոգային մուտքային արժեքը պետք է կայուն պահվի փոխարկման գործընթացի առնվազն սկզբից մինչև վերջ (այս ժամանակահատվածը կոչվում է փոխարկման ժամանակը) Այս խնդիրը լուծվում է ADC- ի մուտքի մոտ հատուկ շղթայի օգտագործմամբ `նմուշ պահող սարք (UVC): Ուլտրամանուշակագույն ճառագայթը, որպես կանոն, պահպանում է կոնդենսատորի մուտքային լարումը, որը միացված է մուտքին անալոգային անջատիչի միջոցով. Երբ անջատիչը փակ է, մուտքագրվում է մուտքային ազդանշանը (կոնդենսատորը լիցքավորվում է մուտքային լարման վրա), երբ այն բացվում է, այն պահվում է: Շատ ADC- ներ, որոնք պատրաստված են ինտեգրալային շղթաների տեսքով, պարունակում են ներկառուցված UVC:

Սպեկտրալ aliasing (aliasing)

Բոլոր ADC- ները գործում են ըստ մուտքային արժեքների նմուշառման ՝ ֆիքսված ընդմիջումներով: Հետևաբար, ելքային արժեքները թերի պատկեր են այն մասին, թե ինչ է մուտքագրվում: Նայելով ելքային արժեքներին `ոչ մի կերպ չի կարելի ասել, թե ինչպես է իրեն պահում մուտքը: միջեւ նմուշներ Եթե \u200b\u200bհայտնի է, որ մուտքային ազդանշանը բավականաչափ դանդաղ է փոխվում ՝ համեմատելով նմուշառման արագության հետ, ապա կարելի է ենթադրել, որ նմուշների միջանկյալ արժեքները ինչ-որ տեղ գտնվում են այս նմուշների արժեքների միջև: Եթե \u200b\u200bմուտքային ազդանշանն արագորեն փոխվում է, ապա մուտքային ազդանշանի միջանկյալ արժեքների վերաբերյալ ենթադրություններ հնարավոր չէ անել, և, հետևաբար, անհնար է միանշանակ վերականգնել սկզբնական ազդանշանի ձևը:

Եթե \u200b\u200bADC- ի կողմից արտադրված թվային արժեքների հաջորդականությունը թվայինից անալոգային փոխարկչի կողմից վերափոխվում է անալոգային ձևի, ապա ցանկալի է, որ ստացված անալոգային ազդանշանը լինի հնարավորինս ճշգրիտ նախնական ազդանշանից: Եթե \u200b\u200bմուտքային ազդանշանը փոխվում է ավելի արագ, քան վերցվում է իր նմուշները, ապա ճշգրիտ ազդանշանի վերականգնումն անհնար է, և կեղծ ազդանշանը ներկա կլինի DAC ելքում: Կոչվում են ազդանշանի կեղծ հաճախականության բաղադրիչներ (բացակայում են սկզբնական ազդանշանի սպեկտրում) կեղծանունը (կեղծ հաճախականություն, կեղծ ցածր հաճախականության բաղադրիչ): Կեղծված տոկոսադրույքը կախված է ազդանշանի արագության և նմուշի արագության տարբերությունից: Օրինակ, 1,5 կՀց-ում նմուշառված 2 կՀց սինուս ալիքը կվերարտադրվի որպես 500 Հց սինուս ալիք: Այս խնդիրն անվանվեց հաճախականության ծածկույթ (կեղծանունը).

Կեղծանունը կանխելու համար, ADC մուտքի վրա կիրառվող ազդանշանը պետք է զտված լինի ցածր անցումով, որպեսզի ճնշեն սպեկտրալ բաղադրիչները, որոնք նմուշի տոկոսի կեսից ավելին են: Այս զտիչը կոչվում է հակազերծում (հակաալազային) զտիչ, դրա կիրառումը չափազանց կարևոր է իրական ADC- ներ կառուցելիս:

Ընդհանուր առմամբ, անալոգային մուտքային ֆիլտրի օգտագործումը հետաքրքիր է ոչ միայն այս պատճառով: Թվում է, թե թվային զտիչը, որը սովորաբար կիրառվում է թվայնացումից հետո, ունի անհամեմատ ավելի լավ պարամետրեր: Բայց եթե ազդանշանը պարունակում է բաղադրիչներ, որոնք շատ ավելի հզոր են, քան օգտակար ազդանշանը և հաճախականությամբ բավականաչափ հեռու են դրանից, որպեսզի անալոգային ֆիլտրով արդյունավետորեն ճնշվեն, այս լուծումը թույլ է տալիս պահպանել ADC- ի դինամիկ տիրույթը. Եթե աղմուկը 10 դԲ ուժեղ է ազդանշանից, այն կկորցնի միջին հաշվով երեք բիթ հզորություն:

Թեև կեղծանունը շատ դեպքերում անցանկալի ազդեցություն է, այն կարող է օգտագործվել անվերջ: Օրինակ, այս էֆեկտի շնորհիվ դուք կարող եք անել առանց հաճախականության վերափոխման դեպի ներքև, երբ նեղ գոտու բարձր հաճախականության ազդանշանը թվայնացնում եք (տես խառնիչ): Դա անելու համար, սակայն, ADC- ի անալոգային մուտքային փուլերը պետք է ունենան զգալիորեն ավելի բարձր պարամետրեր, քան պահանջվում է հիմնարար (տեսանյութ կամ ցածր) ներդաշնակության մեջ ADC- ի ստանդարտ օգտագործման համար: Սա նաև պահանջում է արտաքին գոտուց հաճախականությունների արդյունավետ զտում մինչ ADC- ն, քանի որ թվայնացումից հետո դրանց մեծ մասը նույնականացնելու և / կամ զտելու միջոց չկա:

Կեղծ-պատահական ազդանշանի միացում

ADC- ի որոշ բնութագրեր կարող են բարելավվել `օգտագործելով dither տեխնիկան: Այն բաղկացած է մուտքային անալոգային ազդանշանին փոքր ամպլիտուդի պատահական աղմուկի (սպիտակ աղմուկի) ավելացումից: Որպես կանոն, աղմուկի ամպլիտուդը ընտրվում է LSB- ի կեսի մակարդակում: Այս լրացման ազդեցությունն այն է, որ LSM վիճակը պատահականորեն անցում է կատարում 0-ի և 1-ի վիճակների միջև շատ փոքր մուտքային ազդանշանի վրա (առանց աղմուկ ավելացնելու, LSM- ն երկար ժամանակ կլիներ 0 կամ 1 վիճակում): Խառը աղմուկով ազդանշանի համար, ազդանշանը պարզապես մոտակա թվանշանին կլորացնելու փոխարեն, պատահական կլորացում վեր կամ վար է տեղի ունենում, և միջին ժամանակը, որի ընթացքում ազդանշանը կլորացվում է այս կամ այն \u200b\u200bմակարդակին, կախված է նրանից, թե որքանով է ազդանշանն այդ մակարդակին մոտ: , Այսպիսով, թվայնացված ազդանշանը պարունակում է տեղեկատվություն ազդանշանի ամպլիտուդի մասին LSM– ից ավելի լավ լուծաչափով, այսինքն ՝ արդյունավետ ADC բիթային հզորությունը մեծանում է: Տեխնիկայի բացասական կողմը ելքային ազդանշանի աղմուկի ավելացումն է: Փաստորեն, քվանտացման սխալը տարածվում է հարևան մի քանի նմուշների վրա: Այս մոտեցումն ավելի ցանկալի է, քան պարզապես կլորացնելը մոտակա դիսկրետ մակարդակին: Կեղծ պատահական ազդանշանը խառնելու տեխնիկայի օգտագործման արդյունքում մենք ունենք ժամանակին ազդանշանի ավելի ճշգրիտ վերարտադրություն: Theտման միջոցով ազդանշանի փոքր փոփոխությունները կարող են վերականգնվել կեղծ-պատահական LSM ցատկերից: Բացի այդ, եթե աղմուկը որոշիչ է (ավելացված աղմուկի ամպլիտուդը հայտնի է ճշգրիտ ցանկացած պահի), ապա այն կարելի է հանել թվայնացված ազդանշանից, նախկինում ավելացնելով դրա բիթի խորությունը, դրանով իսկ գրեթե ամբողջությամբ վերացնելով ավելացված աղմուկը:

Շատ փոքր ամպլիտուդիաների ձայնային ազդանշանները, որոնք թվայնացված են առանց կեղծ-պատահական ազդանշանի, ականջի կողմից ընկալվում են որպես շատ աղավաղված և տհաճ: Կեղծ-պատահական ազդանշանի խառնաշփոթի դեպքում ազդանշանի իրական մակարդակը ներկայացված է մի քանի հաջորդական նմուշների միջինով:

ADC տեսակները

Հետևյալները էլեկտրոնային ADC- ների կառուցման հիմնական ուղիներն են.

  • Directուգահեռ ADC- ներ ուղղակի վերափոխման համար, լրիվ զուգահեռ ADC- ներ, պարունակում են մեկ համեմատիչ յուրաքանչյուր դիսկրետ մուտքային մակարդակի համար: Timeանկացած պահի, միայն մուտքային ազդանշանի մակարդակից ցածր մակարդակներին համապատասխանող համեմատողները դուրս են բերում ավելցուկային ազդանշան իրենց ելքում: Բոլոր համեմատիչներից ստացված ազդանշանները գնում են ուղղակիորեն զուգահեռ գրանցում, այնուհետև կոդը մշակվում է ծրագրային ապահովման մեջ, կամ ապարատային տրամաբանական ծածկագրիչ, որն առաջացնում է անհրաժեշտ թվային կոդ ապարատային համակարգում ՝ կախված ծածկագրիչի մուտքի կոդից: Կոդավորողից ստացված տվյալները գրանցվում են զուգահեռ գրանցամատյանում: Parallelուգահեռ ADC- ների նմուշառման արագությունը հիմնականում կախված է անալոգային և տրամաբանական դարպասների ապարատային բնութագրերից, ինչպես նաև պահանջվող նմուշառման արագությունից: Directուգահեռ ուղղակի փոխակերպման ADC- ները ամենաարագն են, բայց սովորաբար ունեն 8 բիթից ոչ ավելի բանաձև, քանի որ դրանք ենթադրում են բարձր ապարատային ծախսեր ( 2 n - 1 \u003d 2 8 - 1 \u003d 255 (\\ ցուցադրման ոճ 2 ^ (n) -1 \u003d 2 ^ (8) -1 \u003d 255) համեմատողներ): Այս տեսակի ADC- ները ունեն շատ մեծ չիպի չափ, մուտքային մեծ հզորություն և կարող են առաջացնել կարճաժամկետ ելքային սխալներ: Հաճախ օգտագործվում են վիդեո կամ բարձր հաճախականության այլ ազդանշանների համար և լայնորեն օգտագործվում են արդյունաբերության մեջ ՝ իրական ժամանակում արագ փոփոխվող գործընթացները դիտարկելու համար:
  • Serուգահեռաբար սերիական ուղղակի փոխակերպման ADC- ներին, մասամբ հաջորդական ADC- ները, բարձր արագություն պահպանելով, կարող են զգալիորեն կրճատել համեմատողների քանակը (մինչև k ⋅ (2 n / k - 1) (\\ displaystyle k \\ cdot (2 ^ (n / k) -1)), որտեղ n ելքային կոդի բիթերի քանակն է, իսկ k - ուղղակի փոխարկման զուգահեռ ADC- ների քանակը), որը անհրաժեշտ է անալոգային ազդանշանը թվայինի վերածելու համար (8 բիթով և 2 ADC- ով, անհրաժեշտ է 30 համեմատող): Օգտագործվում են երկու կամ ավելի (k) ենթաշերտերի քայլեր: Դրանք պարունակում են ուղղակի փոխարկման k զուգահեռ ADC: Երկրորդ, երրորդ և այլն ADC- ները ծառայում են նվազեցնել առաջին ADC- ի քվանտացման սխալը `թվայնացնելով այս սխալը: Առաջին քայլը կոպիտ փոխարկումն է (ցածր լուծաչափ): Հաջորդը, որոշվում է մուտքի ազդանշանի և կոպիտ փոխարկման արդյունքին համապատասխանող անալոգային ազդանշանի տարբերությունը (օժանդակ DAC- ից, որին մատակարարվում է կոպիտ ծածկագիրը): Երկրորդ քայլում հայտնաբերված տարբերությունը վերափոխվում է, և ստացված ծածկագիրը զուգորդվում է կոպիտ կոդի հետ `ամբողջական օգտակար թվային արժեք ստանալու համար: Այս տեսակի ADC- ները զուգահեռ ուղղակի փոխարկման ADC- ներից դանդաղ են, ունեն բարձր լուծաչափ և փոքր փաթեթի չափ: Արտադրանքի թվայնացված տվյալների հոսքի արագությունը մեծացնելու համար ուղղակի վերափոխման զուգահեռ սերիական ADC- ն օգտագործում են զուգահեռ ADC- ների խողովակաշարային աշխատանքը:
  • ADC խողովակաշարի շահագործում, օգտագործվում է զուգահեռաբար սերիական ուղղակի փոխարկման ADC- ներում, ի տարբերություն զուգահեռաբար սերիական ուղղակի փոխակերպման ADC- ների բնականոն աշխատանքի, որում տվյալները փոխանցվում են ամբողջական փոխարկումից հետո, խողովակաշարային գործողության մեջ, մասնակի փոխարկման տվյալները փոխանցվում են շուտ, երբ այն պատրաստ լինի մինչև ամբողջական վերափոխման ավարտը:
  • Serial Direct Conversion ADC- ներ, լրիվ սերիական ADC- ներ (k \u003d n), ավելի դանդաղ, քան զուգահեռաբար դեպի սերիական ուղղակի փոխարկման ADC- ներ և մի փոքր ավելի դանդաղ զուգահեռաբար դեպի սերիական ուղղակի փոխակերպման ADC, բայց նույնիսկ ավելին n ⋅ (2 n / n - 1) \u003d n ⋅ (2 1 - 1) \u003d n (\\ ցուցադրման ոճ n \\ cdot (2 ^ (n / n) -1) \u003d n \\ cdot (2 ^ (1) -1) ) \u003d n), որտեղ n - ելքային կոդի բիթերի քանակն է, իսկ k - ուղղակի փոխարկման զուգահեռ ADC- ների քանակը) նվազեցնում է համեմատողների քանակը (8 բիթով պահանջվում է 8 համեմատիչ): Այս տեսակի եռաստիճան ADC- ները մոտավորապես 1,5 անգամ ավելի արագ են, քան նույն տիպի երկուական ADC- ները ՝ համաչափ մակարդակների և ապարատային ծախսերի քանակով:
  • կամ ADC ՝ մի փոքր հավասարակշռված պարունակում է համեմատիչ, օժանդակ DAC և հաջորդական մոտավոր ռեգիստր: ADC- ն անալոգային ազդանշանը վերափոխում է թվայինի N քայլերով, որտեղ N- ն ADC- ի հզորությունն է: Յուրաքանչյուր քայլին որոշվում է ցանկալի թվային արժեքի մեկ բիթը ՝ սկսած NWR– ից և ավարտվում LSM– ով: Հաջորդ բիթը որոշելու գործողությունների հաջորդականությունը հետևյալն է. Օժանդակ DAC- ը դրվում է անալոգային արժեքի վրա, որը կազմված է նախորդ քայլերում արդեն սահմանված բիթերից. այս քայլում որոշվող բիթը սահմանվում է 1, նվազագույն նշանակալի բիթերը `0: Օժանդակ DAC- ի վրա ստացված արժեքը համեմատվում է մուտքային անալոգային արժեքի հետ: Եթե \u200b\u200bմուտքային ազդանշանի արժեքը ավելի մեծ է, քան օժանդակ DAC- ի արժեքը, ապա որոշված \u200b\u200bբիթը դրվում է 1-ի վրա, այլապես 0. Այսպիսով, վերջնական թվային արժեքի որոշումը նման է երկուական որոնման: Այս տեսակի ADC- ները ունեն ինչպես բարձր արագություն, այնպես էլ լավ լուծունակություն: Այնուամենայնիվ, պահեստավորման նմուշի սարքի բացակայության դեպքում սխալը շատ ավելի մեծ կլինի (պատկերացրեք, որ ամենամեծ բիթը թվայնացնելուց հետո ազդանշանը սկսում է փոխվել):
  • (Անգլ. Delta-encoded ADC) պարունակում է հակադարձ հաշվիչ, որի ծածկագիրը ուղարկվում է օժանդակ DAC: Մուտքային ազդանշանը և օժանդակ DAC- ի ազդանշանը համեմատվում են համեմատիչի վրա: Համեմատիչից դեպի հաշվիչ բացասական հետադարձ կապի պատճառով հաշվիչի վրա ծածկագիրը անընդհատ փոխվում է, որպեսզի օժանդակ DAC- ի ազդանշանը հնարավորինս փոքր տարբերվի մուտքային ազդանշանից: Որոշ ժամանակ անց ազդանշանների տարբերությունը LSM- ից պակաս է դառնում, մինչդեռ հաշվիչի կոդը ընթերցվում է որպես ADC թվային ելքային ազդանշան: Այս տեսակի ADC- ներն ունեն շատ մեծ մուտքային տիրույթ և բարձր բանաձև, սակայն փոխարկման ժամանակը կախված է մուտքային ազդանշանից, չնայած այն վերևից սահմանափակ է: Ամենավատ դեպքում փոխարկման ժամանակը կազմում է T max \u003d (2 q) / f վրկորտեղ q - ADC բիտ խորություն, զ հետ - հաշվիչի ժամացույցի գեներատորի հաճախականությունը: Դիֆերենցիալ կոդավորված ADC- ները սովորաբար լավ ընտրություն են իրական աշխարհի ազդանշանների թվայնացման համար, քանի որ ֆիզիկական համակարգերում ազդանշանների մեծ մասը հակված չէ փոփոխություններ կատարելու: Որոշ ADC- ներ օգտագործում են համակցված մոտեցում. Դիֆերենցիալ կոդավորում և հաջորդական մերձեցում; սա հատկապես լավ է աշխատում այն \u200b\u200bդեպքերում, երբ հայտնի է, որ ազդանշանի բարձր հաճախականության բաղադրիչները համեմատաբար փոքր են:
  • Համեմատեք ADC- ն սղոցի ատամի ազդանշանի հետ (այս տեսակի որոշ ADC կոչվում են Ինտեգրում ADC- ներին, դրանք ներառում են նաև հաջորդական հաշվարկի ADC) պարունակում են սղոցի լարման գեներատոր (հաջորդական հաշվարկի ADC- ում, աստիճանի լարման գեներատոր, որը բաղկացած է հաշվիչից և DAC- ից), համեմատիչ և ժամանակաչափ: Սղոցի ատամի ալիքը գծայինից բարձրանում է ցածրից բարձր, ապա արագ ընկնում ցածր: Վերելքի սկզբում սկսվում է ժամանակի հաշվիչը: Երբ սղոցի ատամի ազդանշանը հասնում է մուտքի մակարդակին, համադրիչը գործարկվում է և կանգնեցնում հաշվիչը. արժեքը ընթերցվում է վաճառասեղանից և սնվում է ADC արտադրանքին: Այս տեսակի ADC- ն կառուցվածքում ամենապարզն է և պարունակում է տարրերի նվազագույն քանակ: Միևնույն ժամանակ, այս տեսակի ամենապարզ ADC- ները ունեն բավականին ցածր ճշգրտություն և զգայուն են ջերմաստիճանի և այլ արտաքին պարամետրերի նկատմամբ: Theշգրտությունը բարձրացնելու համար սղոցման ազդանշանի գեներատորը կարող է կառուցվել հաշվիչի և օժանդակ DAC- ի հիման վրա, բայց այս կառուցվածքն այլ առավելություններ չունի Հաջորդական մերձեցում ADC և ADC դիֆերենցիալ կոդավորում.
  • ADC լիցքի հավասարակշռմամբ (դրանք ներառում են երկու փուլային ինտեգրմամբ ADC, բազմաստիճան ինտեգրմամբ ADC և որոշ այլ) պարունակում է համեմատիչ, ընթացիկ ինտեգրատոր, ժամացույցի գեներատոր և զարկերակային հաշվիչ: Փոխակերպումը տեղի է ունենում երկու փուլով ( երկաստիճան ինտեգրում) Առաջին քայլում մուտքային լարման արժեքը վերափոխվում է հոսանքի (մուտքային լարման համամասնորեն), որը սնվում է ընթացիկ ինտեգրատորին, որի լիցքը սկզբում զրոյական է: Այս գործընթացը տևում է որոշ ժամանակ TNորտեղ Տ - ժամացույցի գեներատորի ժամանակահատված, Ն - հաստատուն (մեծ ամբողջ թիվ, որոշում է լիցքի կուտակման ժամանակը): Այս ժամանակից հետո ինտեգրատորի մուտքն անջատվում է ADC մուտքից և միացված է կայուն հոսանքի գեներատորին: Գեներատորի բևեռականությունն այնպիսին է, որ այն նվազեցնում է ինտեգրատորում պահվող լիցքը: Լիցքաթափման գործընթացը շարունակվում է այնքան ժամանակ, քանի դեռ ինտեգրատորում լիցքը չի զրոյի: Լիցքաթափման ժամանակը չափվում է ժամացույցի իմպուլսների հաշվարկով `ելքը սկսելու պահից մինչև ինտեգրատորի վրա զրոյական լիցքի հասնելը: Clockամացույցի իմպուլսների հաշվարկված քանակը կլինի ADC- ի ելքային ծածկագիրը: Կարելի է ցույց տալ, որ իմպուլսների քանակը նարտանետման ժամանակահատվածում հաշվարկված ` ն=Ու մեջ Ն(RI 0) −1, որտեղ Ու in - ADC մուտքային լարում, Ն - կուտակման փուլի իմպուլսների քանակը (սահմանված է վերևում), Ռ - դիմադրության դիմադրությունը, որը մուտքային լարումը վերածում է հոսանքի, Ես 0 - կայուն հոսանքի գեներատորից հոսանքի արժեքը, որը երկրորդ փուլում արտանետում է ինտեգրատորը: Այսպիսով, համակարգի պոտենցիալ անկայուն պարամետրերը (առաջին հերթին ՝ ինտեգրիչի կոնդենսատորի հզորությունը) ներառված չեն վերջնական արտահայտության մեջ: Սա հետեւանք է երկաստիճան գործընթաց. առաջին և երկրորդ փուլերում ներդրված սխալները փոխադարձաբար հանվում են: Նույնիսկ ժամացույցի գեներատորի երկարաժամկետ կայունությունը և համեմատողի կողմնակալության լարման չեն պարտադրվում. Այդ պարամետրերը պետք է կայուն լինեն միայն կարճ ժամանակով, այսինքն ՝ յուրաքանչյուր փոխակերպման ընթացքում (ոչ ավելին 2TN) Փաստորեն, երկու փուլով ինտեգրման սկզբունքը թույլ է տալիս ուղղակիորեն փոխարկել երկու անալոգային մեծությունների (մուտքային և տեղեկատու հոսանքի) հարաբերակցությունը թվային կոդերի հարաբերակցության հետ ( ն և Ն վերը սահմանված առումով) քիչ կամ քիչ լրացուցիչ սխալով: Այս տեսակի տիպիկ ADC- ները տատանվում են 10-ից 18 [ ] երկուական թվանշաններ: Լրացուցիչ առավելությունն այն փոխարկիչների կառուցման հնարավորությունն է, որոնք անզգայուն են պարբերական խանգարումներից (օրինակ `ցանցից ստացված աղմուկը)` մուտքային ազդանշանի ճշգրիտ ինտեգրման պատճառով ֆիքսված ժամանակահատվածի միջակայքում: Այս տեսակի ADC- ի անբավարարությունը փոխակերպման ցածր արագությունն է: Լիցքավորված հավասարակշռված ADC- ն օգտագործվում է բարձր ճշգրտության չափիչ գործիքներում:
  • ADC- ն `իմպուլսի կրկնության արագության միջանկյալ փոխակերպման... Սենսորից ստացված ազդանշանն անցնում է մակարդակի փոխարկիչի միջոցով, ապա լարման-հաճախականության փոխարկիչի միջոցով: Այսպիսով, ազդանշանը, որի բնութագիրը միայն զարկերակային հաճախությունն է, մուտքագրվում է մուտք դեպի անմիջապես տրամաբանական միացում: Տրամաբանական հաշվիչը ընդունում է այդ իմպուլսները որպես ներմուծում նմուշառման ժամանակ, այդպիսով իր ավարտին տալով կոդի համադրություն, թվային առումով հավասարազոր իմպուլսների քանակին, որոնք նմուշառման ժամանակ հասել են փոխարկիչ: Նման ADC- ները բավականին դանդաղ են և շատ ճշգրիտ չեն, բայց, այնուամենայնիվ, դրանք շատ պարզ են իրականացնել, ուստի ունեն ցածր գին:
  • Սիգմա-դելտա-ADC (կոչվում է նաև դելտա-սիգմա ADC) իրականացնում է անալոգայինից թվային փոխարկում նմուշառման արագությամբ պահանջվողից բազմակի անգամ ավելի բարձր, և զտելով այն ազդանշանում թողնում է միայն պահանջվող սպեկտրալ գոտին:

Ոչ էլեկտրոնային ADC- ները սովորաբար կառուցվում են նույն սկզբունքների հիման վրա:

Օպտիկական ADC

Կան օպտիկական մեթոդներ [ ] էլեկտրական ազդանշանի վերածումը ծածկագրի: Դրանք հիմնված են որոշակի նյութերի `էլեկտրական դաշտի ազդեցության տակ բեկման ինդեքսը փոխելու ունակության վրա: Այս դեպքում նյութի միջով անցնող լույսի ճառագայթը փոխում է դրա նյութի սահմանում իր արագությունը կամ շեղման անկյունը `համաձայն բեկման ինդեքսի փոփոխության: Այս փոփոխությունները գրանցելու մի քանի եղանակ կա: Օրինակ ՝ ֆոտոդետեկտորների շարքը արձանագրում է ճառագայթի շեղումը ՝ այն վերածելով դիսկրետ ծածկագրի: Հետաձգված փնջի մասնակցությամբ տարբեր միջամտությունների սխեմաները հնարավորություն են տալիս գնահատել ազդանշանի փոփոխությունները կամ կառուցել էլեկտրական մեծությունների համեմատիչներ:

IC- ների արժեքին ավելացնող գործոններից մեկը քորոցների քանակն է, քանի որ դրանք ստիպում են փաթեթը ավելի մեծ լինել, և յուրաքանչյուր քորոց պետք է միացված լինի ծխնելույզին: Քորոցների քանակը նվազեցնելու համար, ADC- ները, որոնք գործում են ցածր ընտրանքային տեմպերով, հաճախ ունեն սերիական ինտերֆեյս: Սերիական ADC- ները հաճախ օգտագործվում են լարերի խտությունը բարձրացնելու և ավելի փոքր տախտակ ստեղծելու համար:

Հաճախ ADC միկրոսխեմաները ունեն անալոգային մուլտիպլեքսերի միջոցով միկրոշրջանի ներսում միացված մի ADC- ին մի քանի անալոգային մուտք: Տարբեր ADC մոդելներ կարող են ներառել պահման նմուշի սարքեր, գործիքային ուժեղացուցիչներ կամ բարձր լարման դիֆերենցիալ մուտք և այլ նմանատիպ շղթաներ:

Ձայնագրության մեջ ADC- ի օգտագործումը

ADC- ները ներկառուցված են ժամանակակից ձայնագրման սարքավորումների մեջ, քանի որ ձայնի մշակումը սովորաբար իրականացվում է համակարգիչների վրա. նույնիսկ անալոգային ձայնագրություն օգտագործելիս, ADC- ն պահանջվում է ազդանշանը թարգմանել PCM հոսքի, որը կգրանցվի տեղեկատվության կրիչի վրա:

Աուդիո ձայնագրության մեջ օգտագործվող ժամանակակից ADC- ները կարող են գործել մինչև 192 կՀց նմուշային արագությամբ: Այս ոլորտում աշխատող շատ մարդիկ կարծում են, որ այս ցուցանիշն ավելորդ է և օգտագործվում է զուտ շուկայավարման պատճառներով (դրա մասին է վկայում Կոտելնիկով - Շաննոնի թեորեմը): Կարելի է ասել, որ աուդիո անալոգային ազդանշանը չի պարունակում այնքան տեղեկատվություն, որքան կարող է պահվել թվային ազդանշանում նմուշառման նման բարձր արագությամբ, և հաճախ Hi-Fi աուդիո սարքավորումների համար նմուշառման արագությունը 44,1 կՀց է (ստանդարտ CD- ների համար) Օգտագործվում է 48 կՀց: (բնորոշ է համակարգչում ձայնի ներկայացմանը): Այնուամենայնիվ, լայն թողունակությունը պարզեցնում և նվազեցնում է հակասահմանափակիչ ֆիլտրերի ներդրման ծախսերը ՝ թույլ տալով, որ դրանք պատրաստվեն ավելի քիչ հղումներով կամ կանգառի գոտում ավելի ցածր թեքությամբ, ինչը դրականորեն է ազդում անցուղում գտնվող ֆիլտրի փուլային արձագանքի վրա: ,

Բացի այդ, ADC- ի ավելցուկային թողունակությունը թույլ է տալիս համապատասխանաբար նվազեցնել ամպլիտուդիայի աղավաղումները, որոնք անխուսափելիորեն առաջանում են նմուշառման և պահպանման շրջանի առկայությունից: Նման աղավաղումները (հաճախականության արձագանքի ոչ գծայնություն) ունեն ձև մեղք (x) / x [ ] և վերաբերում են ամբողջ թողունակությանը, ուստի, որքան ավելի փոքր թողունակություն (հաճախականությամբ) օգտագործվում է (զբաղեցնում է օգտակար ազդանշանը), այնքան պակաս է աղավաղումը:

Աուդիո ձայնագրության համար A / D փոխարկիչներն ունեն լայն գնային միջակայք `$ 5000-ից $ 10,000 և ավելի բարձր` երկու ալիք ունեցող ADC- ի համար:

Համակարգիչներում օգտագործվող աուդիո ADC- ները ներքին և արտաքին են: Linux- ի համար կա նաև անվճար ծրագրային փաթեթ PulseAudio, որը թույլ է տալիս օժանդակ համակարգիչներ օգտագործել որպես արտաքին DAC / ADC հիմնական համակարգչի համար երաշխավորված ուշացումով:

.
  • 8-12 բիթանոց հաջորդական մոտավոր ADC- ն և 16-24 բիթանոց սիգմա-դելտա ADC- ն ներկառուցված են մեկ չիպային միկրոհսկիչների մեջ:
  • Թվային օսիլոսկոպներում անհրաժեշտ են շատ արագ ADC- ներ (օգտագործվում են զուգահեռ և խողովակաշարային ADC)
  • Ամանակակից մնացորդները օգտագործում են ADC- ներ մինչև 24 բիթ, որոնք ազդանշանը վերափոխում են անմիջապես լարվածության չափիչից (սիգմա-դելտա-ADC):
  • ADC- ները ռադիո մոդեմների և ռադիոհաղորդիչ տվյալների փոխանցման այլ սարքերի մի մասն են, որտեղ դրանք օգտագործվում են DSP պրոցեսորի հետ համատեղ որպես ապոդոդուլատոր:
  • Super Fast ADC- ն օգտագործվում է բազային կայանի ալեհավաքի համակարգերում (այսպես կոչված SMART ալեհավաքներ) և ներսում

    • Անալոգային թվային փոխարկիչների (ADC) - Սա սարք է, որի օգնությամբ տեղի է ունենում մուտքային ֆիզիկական քանակը թվային ներկայացման վերափոխելու գործընթացը: Մուտքային քանակը կարող է լինել ընթացիկ, լարման, դիմադրության, հզորության:

    ADC- ն սերտորեն կապված է չափման հայեցակարգի հետ, ինչը նշանակում է չափված մուտքային արժեքի ստանդարտի հետ համեմատության գործընթաց: Այսինքն, անալոգայինից թվային փոխարկումը համարվում է որպես մուտքային ազդանշանի արժեքի չափում և, համապատասխանաբար, դրա վրա կարող են կիրառվել չափման սխալի հասկացությունները:

    ADC- ն ունի մի շարք բնութագրեր, որոնցից հիմնականը կարողությունները և փոխարկման հաճախականությունն են: Բիթի խորությունը արտահայտվում է բիթերով, իսկ փոխակերպման արագությունը `վայրկյանների հաշվարկներով: Որքան բարձր է բիթի խորությունը և արագությունը, այնքան դժվար է ձեռք բերել անհրաժեշտ բնութագրեր և ավելի բարդ և թանկ փոխարկիչ:

    ADC սկզբունքը, կազմը և բլոկային դիագրամները մեծապես կախված են փոխարկման եղանակից:

    Դասակարգում

    Ներկայումս հայտնի են մեծ քանակությամբ լարման-կոդափոխման մեթոդներ: Այս մեթոդները միմյանցից զգալիորեն տարբերվում են պոտենցիալ ճշգրտությամբ, փոխակերպման արագությամբ և ապարատային բարդությամբ: Նկարում 2-ը ցույց է տալիս ADC- ների դասակարգումը ըստ փոխարկման մեթոդների:

    Անալոգայինից թվային փոխարկիչների սորտերի շարքում ամենատարածվածներն են.

    1. parallelուգահեռ փոխարկման ADC: Նրանք ունեն փոքր բիտ խորություն և բարձր արագություն: Գործողության սկզբունքը ընկած է համեմատիչների «գումարած» մուտքերում մուտքային ազդանշանի ստացման մեջ, և մի շարք վոլտեր սնվում են «մինուս» -ին: Համեմատիչները աշխատում են զուգահեռաբար, սխեմայի հետաձգման ժամանակը մեկ համեմատիչի մեջ ուշացման ժամանակի գումարն է և ծածկագրիչի հետաձգման ժամանակը: Դրանից ելնելով, ծածկագրիչը և համեմատիչը կարող են արագ արվել, և շղթան կստանա բարձր կատարողականություն:
    2. Հաջորդական մերձեցման ADC: Չափում է մուտքային ազդանշանի մեծությունը `կատարելով մի շարք« կշիռներ »կամ համեմատություն մուտքային լարման և մի շարք արժեքների միջև: Այն բնութագրվում է բարձր փոխակերպման արագությամբ և սահմանափակվում է ներքին DAC- ի ճշգրտությամբ:

    3. ADC լիցքի հավասարակշռմամբ: Գործողության սկզբունքն է մուտքային լարումը համեմատել ինտեգրիչի կողմից կուտակված լարման արժեքի հետ: Իմպուլսները սնվում են բացասական կամ դրական բևեռականության ինտեգրիչի ներդրմամբ `հիմնվելով համեմատության արդյունքի վրա: Արդյունքում ելքային լարումը «հետևում է» մուտքային լարմանը: Այն բնութագրվում է բարձր ճշգրտությամբ և ցածր ինքնաաղմուկով:

    Անալոգայինից թվային փոխարկումը օգտագործվում է այնտեղ, որտեղ անհրաժեշտ է անալոգային ազդանշանը թվային կերպով ստանալ և մշակել:

    • ADC- ն թվային վոլտմետրի և մուլտիմետրի բաղկացուցիչ մասն է:
    • Վիդեո ազդանշանների թվայնացման համար հատուկ վիդեո ADC- ներ օգտագործվում են համակարգչային հեռուստալրագրողների, վիդեո մուտքային քարտերի և տեսախցիկների համար: Համակարգիչների խոսափողը և գծային աուդիո մուտքերը միացված են աուդիո-ADC- ին:
    • ADC- ները տվյալների ստացման համակարգերի բաղկացուցիչ մասն են:
    • 8-12 բիթանոց հաջորդական մոտավոր ADC- ն և 16-24 բիթանոց սիգմա-դելտա ADC- ն ներկառուցված են մեկ չիպային միկրոհսկիչների մեջ:
    • Թվային օսիլոսկոպներում անհրաժեշտ են շատ արագ ADC- ներ (օգտագործվում են զուգահեռ և խողովակաշարային ADC)
    • Ամանակակից մնացորդները օգտագործում են ADC- ներ մինչև 24 բիթ, որոնք ազդանշանը վերափոխում են ուղղակի լարվածության չափիչից (սիգմա-դելտա-ADC):
    • ADC- ները ռադիո մոդեմների և ռադիոհաղորդիչ տվյալների փոխանցման այլ սարքերի մի մասն են, որտեղ դրանք օգտագործվում են DSP պրոցեսորի հետ համատեղ որպես ապոդոդուլատոր:
    • Ուլտրաձայն ADC- ները օգտագործվում են բազային կայանների ալեհավաքի համակարգերում (այսպես կոչված SMART ալեհավաքներ) և ռադարային ալեհավաքների զանգվածներում:

    34. Թվային-անալոգային փոխարկիչներ, նպատակը, կառուցվածքը, գործունեության սկզբունքը.

    Թվային-անալոգային փոխարկիչ (DAC) - թվային (սովորաբար երկուական) ծածկագիրը անալոգային ազդանշանի (հոսանք, լարում կամ լիցք) փոխակերպելու սարք: D / A փոխարկիչները դիսկրետ թվային աշխարհի և անալոգային ազդանշանների միջև են:

    Անալոգայինից թվային փոխարկիչը (ADC) կատարում է հակառակ գործողությունը:

    Աուդիո DAC- ը որպես մուտքային, սովորաբար PCM- ում ստանում է թվային ազդանշան: Տարբեր սեղմված ձևաչափերը PCM- ի վերափոխելու խնդիրն իրականացվում է համապատասխան կոդեկների միջոցով:

    Կիրառվել է DAC ամեն անգամ, երբ անհրաժեշտ է ազդանշանը թվայինից դարձնել անալոգային, օրինակ ՝ CD նվագարկիչներում (Աուդիո CD):

    ADC և DAC

    Տեղեկատվության անալոգայինից թվային փոխարկման սկզբունքը:

    Շատ դեպքերում պարզվում է, որ տեղեկատվության աղբյուրից անմիջապես ստացված ազդանշանը ներկայացվում է լարման կամ հոսանքի տեսքով, որը անընդհատ փոփոխվում է արժեքով (նկ. 10.69): Սա, մասնավորապես, էլեկտրական ազդանշանի բնույթն է, որը համապատասխանում է հեռախոսին, հեռուստատեսությանը և կապի այլ տեսակների: Նման հաղորդագրությունները հաղորդակցության գծով փոխանցելու կամ դրանց մշակման համար (օրինակ, միջամտությունը զտելու ժամանակ) կարող են օգտագործվել երկու ձևեր `անալոգային կամ թվային: Անալոգային ձևը նախատեսում է գործողությունը բոլոր ազդանշանային արժեքներով, թվային ձևը ՝ իր անհատական \u200b\u200bարժեքներով, որոնք ներկայացված են կոդերի զուգակցումների տեսքով:

    Ազդանշանները անալոգայինից թվային դարձնելը կատարվում է անալոգային թվային փոխարկիչ կոչվող սարքում:

    Անալոգայինից թվայինի ազդանշանի փոխարկիչում կարելի է առանձնացնել հետևյալ գործընթացները. Նմուշառում, քվանտացում, կոդավորում: Եկեք քննարկենք այս գործընթացների էությունը: Միևնույն ժամանակ, որոշակիության համար, հետագա ներկայացման ժամանակ, մենք ենթադրենք, որ թվային ձևի փոխարկումը կատարվում է ժամանակի ընթացքում փոփոխվող լարման տեսքով ներկայացված ազդանշանի միջոցով:

    Շարունակական ազդանշանների նմուշառում .

    Նմուշառման գործընթացը բաղկացած է այն փաստից, որ ժամանակի շարունակական ազդանշանից ընտրվում են դրա անհատական \u200b\u200bարժեքները, որոնք համապատասխանում են որոշակի ժամանակային միջակայքի T- ի հաջորդող ժամանակի պահերին (պահերը նկ. 10.69): T միջակայքը կոչվում է ժամացույցի ժամանակային ընդմիջում, իսկ նմուշները վերցնելու ժամանակները `ժամացույցի ժամանակ:

    Դիսկրետ ազդանշանի արժեքները պետք է ընթերցվեն այնքան փոքր ժամացույցի միջակայքով T, որ հնարավոր լինի վերականգնել ազդանշանը անալոգային ձևով `դրանցից պահանջվող ճշգրտությամբ:14.1.2. Քվանտացում և կոդավորում: Այս գործողությունների էությունը հետևյալն է. Ստեղծվում է այսպես կոչված քվանտացման մակարդակների ցանց (նկ. 10.70), որոնք միմյանց նկատմամբ տեղափոխվում են D մեծությամբ, որը կոչվում է քվանտացման քայլ: Քվանտացման յուրաքանչյուր մակարդակի կարող է տրվել հաջորդական թիվ (0, 1, 2, 3 և այլն): Բացի այդ, նմուշառման արդյունքում ստացված սկզբնական անալոգային լարման արժեքները փոխարինվում են դրանց ամենամոտ քվանտացման մակարդակներով: Այսպիսով, Նկարում գծապատկերում: 10.70. Լարման արժեքը տվյալ պահին փոխարինվում է ամենամոտ քվանտացման մակարդակով 3 թվով, ժամացույցի պահին լարման արժեքը մոտ է 6 մակարդակին և փոխարինվում է այս մակարդակով և այլն:

    Նկարագրված գործընթացը կոչվում է քվանտացման գործողություն, որի իմաստը ժամացույցի ժամանակներում նմուշառված անալոգային լարման արժեքների կլորացումն է: Anyանկացած կլորացման պես, քվանտացման գործընթացն էլ դիսկրետ լարման արժեքների ներկայացման մեջ առաջացնում է սխալ (քվանտացման սխալ) ՝ ստեղծելով այն, ինչը կոչվում է քվանտացման աղմուկ: ADC- ները նախատեսված են քվանտացման աղմուկը նվազեցնելու համար մի մակարդակի, երբ այն դեռ ապահովում է ազդանշանի ներկայացման պահանջվող ճշգրտությունը: Քվանտացման աղմուկը ավելի մանրամասն կքննարկվի ստորև:

    բրինձ 10.70

    բրինձ 10,71

    Ազդանշանների անալոգայինից թվային փոխարկման ժամանակ կատարված հաջորդ գործողությունը կոդավորումն է: Դրա իմաստը հետեւյալն է. Քվանտացման գործողության ընթացքում կատարված լարման արժեքի կլորացումը թույլ է տալիս այդ արժեքները ներկայացնել թվերով ՝ համապատասխան քվանտացման մակարդակների թվերով: Նկարում ցույց տրված դիագրամի համար: 10.70, կազմվում է թվերի հաջորդականություն. 3, 6, 7, 4, 1, 2 և այլն: Բացի այդ, այս եղանակով ստացված թվերի հաջորդականությունը ներկայացված է երկուական կոդով:

    Վերադառնանք քվանտացման աղմուկ կոչվող քվանտացման գործընթացի հետ կապված աղավաղումներին: Հեռախոսային կապի ընթացքում քվանտացման աղմուկը մարդու ականջի կողմից ընկալվում է որպես խոսակցություն ուղեկցող աղմուկ:

    Քանի որ քվանտացման գործընթացում լարման արժեքը ժամանակի յուրաքանչյուր ժամացույցի պահին կլորացվում է մոտակա քվանտացման մակարդակի վրա, լարման արժեքների ներկայացման սխալը միջակայքում է .

    Հետեւաբար, որքան մեծ է քվանտացման քայլը, այնքան մեծ է քվանտացման սխալը: Ենթադրելով, որ որևէ արժեք հավասարապես հավանական է նշված սահմաններում, կարելի է ստանալ քվանտացման սխալի rms արժեքի արտահայտություն:

    բրինձ 10,72

    բրինձ 10,73

    Քվանտացման աղմուկը իջեցնելը հասնում է միայն քվանտացման աստիճանը նվազեցնելու միջոցով: Քանի որ հարևանը քվանտացման մակարդակների միջև ճեղքվածք կա, ապա ակնհայտորեն նվազման հետ մեկտեղ, վոլտային արժեքների տվյալ տիրույթում, քվանտացման մակարդակների քանակը պետք է աճի: Թող լինի - լարման տատանման միջակայքի լայնությունը: Հետո քվանտային մակարդակների պահանջվող քանակը: Սովորաբար և.

    Հետևաբար, կարելի է տեսնել, որ քվանտացման աղմուկի նվազումը նվազեցմամբ հանգեցնում է քվանտացման մակարդակների թվի ավելացմանը: Սա մեծացնում է բիթերի քանակը, երբ քվանտացման մակարդակների թվերը ներկայացված են երկուական կոդերով:

    Հեռախոսային կապի կազմակերպման ժամանակ քվանտացման մակարդակների թվերը սովորաբար արտահայտվում են յոթից ութ-բիթանոց երկուական թվերով, իսկ քվանտացման մակարդակների քանակը հավասար է:

    Վերևում քննարկված սխալների ՝ քվանտացման սխալների հետ մեկտեղ ՝ անալոգայինից թվային փոխարկման ժամանակ առաջանում են ապարատային սխալներ ՝ կապված առանձին ADC միավորների աշխատանքի անճշտությունների հետ: Այս սխալները հետագայում կբացահայտվեն ADC շղթայի տարբեր նախագծերը դիտարկելիս:

    Թվայինից անալոգային փոխարկիչներ

    Ստորև կքննարկենք թվայինից անալոգային փոխարկիչները (DAC), որոնք կառուցված են երկուական կոդի քաշի գործակիցներին համամասնական լարման կամ հոսանքների ամփոփման սկզբունքի վրա:

    DAC միացում ՝ լարման ամփոփմամբ .

    Գործող ուժեղացուցիչի վրա լարման հանրագումարով նման միացումներից մեկը ներկայացված է Նկարում: 10.71. Ձգանները կազմում են ռեգիստր, որում տեղադրվում են երկուական թվեր, որոնք նախատեսված են ելքի վրա համաչափ լարման արժեքների վերափոխելու համար: Ենթադրենք, որ յուրաքանչյուր մատնահետքի ելքի լարումը կարող է վերցնել երկու հնարավոր արժեքներից մեկը ՝ E - 1-ին և 0-ի վիճակներում 0:

    Flip-flops- ի ելքերից լարումները փոխանցվում են DAC արտադրանքին `գործառնական ուժեղացուցիչի միջոցով, որը գործում է լարման կշռված գումարման ռեժիմում (անալոգային լրացում): Յուրաքանչյուր ձգանախմբի համար լրացուցիչ ներմուծում է տրամադրվում հավաքիչի մեջ `որոշակի փոխանցման հարաբերակցությամբ

    Այսպիսով, n-bit ազդանշանի ելքից ստացված լարումը փոխանցվում է ուժեղացուցիչի ելքին փոխանցման գործակիցով .; (n-1) թվանշանի այս գործակիցը. ; (n-2) թվանշանի համար. և այլն

    Ուշադրություն դարձրեք այն փաստին, որ ուժեղացուցիչի շահույթներն իր անհատական \u200b\u200bմուտքերից նույն հարաբերությունների մեջ են, ինչ երկուական համարի համապատասխան բիթերի կշռման գործոնները: Այսպիսով, 2 անգամ [ավելին, իսկ n- րդ կատեգորիայի կշռման գործակիցը 2 անգամ ավելի է, քան (n-1) րդ կատեգորիայի կշռման գործակիցից: Հետևաբար, 1-ին վիճակում գտնվող անհատական \u200b\u200bբիթերի տրիգերների ելքերից ուժեղացուցիչին թողարկվող լարումները համաչափ են բիթերի կշռման գործոններին:

    Եթե \u200b\u200bմի քանի արտանետումների գործարկիչները միաժամանակ գտնվում են 1 վիճակում, ապա ուժեղացուցիչի ելքի լարումը հավասար է անհատական \u200b\u200bազդակներից այս ելքին փոխանցվող լարման գումարին: Երկուական համարի առանձին թվանշանների թվանշանները թող գրանցամատյանում: Դրանից հետո ուժեղացուցիչի ելքի լարումը

    Այստեղ N- ը գրանցամատյանում մուտքագրված երկուական համարի տասնորդական արժեքն է:

    Վերջին արտահայտությունը ցույց է տալիս, որ DAC ելքի լարումը համամասնական է գրանցամատյանում համարի արժեքին:

    Հաշվի առեք DAC- ի աշխատանքը այն դեպքում, երբ ազդանշանների վրա երկուական հաշվիչ է կառուցված: Եթե \u200b\u200bայս հաշվիչի մուտքի վրա կիրառեք իմպուլսների հաջորդականություն, ապա յուրաքանչյուր հաջորդ զարկերակի ժամանմամբ, հաշվիչի համարը կավելանա մեկով, իսկ DAC- ի ելքի լարումը կբարձրանա մեկ միավորին համապատասխանող միավորի միավորին: վաճառասեղանի նվազագույն նշանակալի մասը: Նման քայլի չափը ... Այսպիսով, DAC ելքի լարումը կունենա աստիճանական ձև, ինչպես ցույց է տրված Նկարում: 10.72: Իմպուլսների ժամանումից հետո բոլոր հաշվիչի բիթերը պարունակում են 1, առավելագույն լարումը ձեւավորվում է DAC ելքում


    բրինձ 10,74

    Մեծ քանակությամբ արտանետումներով և ... Հետագայում, հաջորդ զարկերակով, հաշվիչը կվերականգնվի զրոյի, իսկ DAC- ի ելքային լարումը նույնպես կլինի զրո: Դրանից հետո հաշվիչը սկզբից սկսում է հաշվել իմպուլսները, և DAC ելքում կրկին ձեւավորվում է քայլ լարման:

    Փոխարկիչի ընդհանուր բացարձակ սխալը պետք է պակաս լինի ելքային լարման, որը համապատասխանում է մուտքային երկուական համարի նվազագույն նշանակալի բիթի միավորին:

    բրինձ 10,75

    բրինձ 10,76

    Այստեղից դուք կարող եք ձեռք բերել հարաբերական սխալի պայման.

    Այս հարաբերությունը որոշում է փոխարկիչի հարաբերական սխալի և դրա բիթերի քանակի միջև փոխհարաբերությունը n. Այսպիսով, for:

    Դիտարկվող փոխարկիչի շրջանի թերությունները.

    • օգտագործվում են բարձր ճշգրտության ռեզիստորներ ՝ տարբեր դիմադրություններով;
    • դժվար է ապահովել ազդանշանների ելքային լարման բարձր ճշգրտությունը:

    Այս թերությունները վերացվում են Նկարում ներկայացված DAC շղթայում: 10.73, որը ցույց է տալիս եռանիշ փոխարկիչի միացում: Դժվար չէ կառուցել մի շղթա `տրված թվանշանների քանակով: Այս շղթայի առանձնահատկությունները, որոնք կոչվում են միացում `դիմադրության նսեմացնողի լարման ամփոփմամբ, այն է, որ, առաջին հերթին, օգտագործվում են միայն երկու դիմադրության արժեքներ ունեցող ռեզիստորներ (R և 2R), և երկրորդ, ազդակների ելքային լարման ուղղակիորեն չեն մասնակցում DAC- ի ելքային լարման ձևավորմանը, բայց դրանք օգտագործվում են միայն ստեղների վիճակը վերահսկելու համար, այսինքն `վերացվում են նախորդ DAC շրջանի վերոհիշյալ թերությունները (տե՛ս Նկար 10.71):

    Եկեք ավելի սերտ նայենք նման փոխարկիչի աշխատանքին: Յուրաքանչյուր լիցքաթափում կա երկու ստեղ, որոնցից մեկի միջոցով լարման E- ն մատակարարվում է դիմադրության նսեմացմանը, մյուսի միջոցով `զրոյական լարման:

    Եկեք որոշենք գրանցամատյանում տեղադրված համարի անհատական \u200b\u200bթվանշանների միավորներից DAC- ի ելքում առաջացող լարումները: Թող գրանցամատյանում մի թիվ մուտքագրվի: Ձգանը գտնվում է 1-ին վիճակում, իսկ երրորդ բիտում ստեղնը բաց է, մնացած թվանշաններում տրիգերները գտնվում են 0 վիճակում, իսկ ստեղները և բաց (Նկար 10.74, ա): Հաջորդական վերափոխումներով դուք կարող եք ստանալ շրջան (նկ. 10.74,<3), из которой следует, что напряжение в точке .

    Եթե \u200b\u200bգրանցամատյանում թիվ եք դնում, ապա նեղացուցիչը կարող է ներկայացվել Նկարում ցույց տրված շղթայով: 10.75, ա. Փոխակերպելով այն, այն կարող է վերածվել նկարի վրա նշված սխեմայի: 10.75, ժամը. Ah կետում առաջացող լարումը ունի նույն [արժեքը, ինչ կետում նախորդ շղթայում: Նկ. 10.75-ից երեւում է, որ փոխարկիչի ելքին փոխանցվելիս այս լարումը բաժանվում է երկուսի և, այդպիսով,:

    Կարելի է ցույց տալ, որ մի շարք համար սթրեսը գտնվում է մի կետում: Երբ այս լարումը տեղափոխվում է կետի և կետից կետ հետագա, լարումը բաժանվում է յուրաքանչյուրի երկու անգամ և .

    Այսպիսով, ռեգիստրում երկուական համարի անհատական \u200b\u200bբիթերի միավորներին համապատասխանող ելքային լարումը համամասն է բիթերի քաշի գործակիցներին: N-bit ռեգիստրով, երկուական համարի բիթերի թվանշանները նշելով, մենք ստանում ենք լարման արտահայտությունը DAC ելքում.

    Արտահայտությունից կարելի է տեսնել, որ DAC- ի ելքային լարումը համամասնական է գրանցամատյանում տեղադրված N թվի արժեքին:

    Այս շրջագծում ապարատային փոխարկման սխալները կապված են դիմադրողների դիմադրությունների շեղումների հետ իրենց անվանական արժեքներից, ստեղների անկատարությունից (փակ ստացված վիճակում իրական ստեղնի դիմադրությունը հավասար չէ անվերջությանը, իսկ բաց վիճակում ՝ հավասար չէ զրոյի), լարման աղբյուրի անկայունությունը E. Այս շեղումները ամենամեծ ազդեցությունն են թողնում DAC սխալի վրա. ավելի բարձր թվանշաններում:

    DAC միացում հոսանքների գումարմամբ .

    Նկարում 10.76-ը ցույց է տալիս DAC շղթայի մեկ այլ տարբերակ `մի հոսանք` դիմադրության նսեմացուցիչում հոսանքների գումարման միջոցով: Կայուն լարման աղբյուրի E- ի փոխարեն, այս շղթան օգտագործում է կայուն հոսանքի աղբյուրներ: Եթե \u200b\u200bմատով խփելը գտնվում է 1-ին վիճակում, I աղբյուրի հոսանքը հանրային բանալու միջով հոսում է դեպի դիմադրության նսեմացնող: եթե ձգանը գտնվում է 0 վիճակում, ապա բացվում է մեկ այլ բանալի, որը փակում է աղբյուրը: Նկարում 10.77, և ցուցադրվում է համարին համապատասխան դիագրամը: Փոխակերպումների միջոցով այն վերածվում է համարժեք շղթաների Նկ. 10.77.6 և գ, որտեղից հետևում է ... Նույն լարումը գոյանում է ցանկացած կետից, եթե գրանցման համապատասխան բիթը պարունակում է մեկը: Երբ լարումը փոխանցվում է այս կետերի միջեւ, լարումը բաժանվում է երկուսի և, հետեւաբար, ելքային լարման

    DAC- ում օգտագործվող տարրեր .

    Հաշվի առեք DAC- ում օգտագործվող տարրերի սխեմաները:

    Կայուն լարման աղբյուր: Նկարում 10.78-ը ցույց է տալիս պարզ լարման կարգավորիչի դիագրամ: Տրանզիստորը շարքով միացված է կայունացուցիչի մուտքի և ելքի միջև: Ելքային լարման կայունացումը ապահովվում է այն փաստով, որ մուտքային լարման ավելացումով տրանզիստորի վրայով լարումը մեծանում է և հակառակը, նվազումով `տրանզիստորի վրայով լարումը նվազում է: Այսպիսով, մուտքային լարման բոլոր փոփոխությունները խոնավանում են տրանզիստորում: Տրանզիստորի այս ռեժիմը տրամադրվում է տրանզիստորի վրա կառուցված ուժեղացուցիչի միջոցով: Ենթադրենք, օրինակ, այն աճում է և, որպես արդյունք, հակված է աճելու և: Փոքր աճը, աճելով, զգալիորեն նվազեցնում է կոլեկտորի և բազայի վրա լարումը, ավելանում է կոլեկտորի և տրանզիստորի արտանետողի լարման անկումը:

    բրինձ 10,77

    բրինձ 10,78

    Ռեզիստորի և զեներային դիոդի շղթան ապահովում է կայուն լարում էմիտերի շղթայում, որը ձգտում է արգելափակել տրանզիստորը: Այս բացասական կողմնակալությունը փոխհատուցելու համար օգտագործվում է դրական լարում, որը վերցված է ռեզիստորներից կազմված լարման բաժանարար ռեզիստորից և. Որքան շատ, այնքան ավելի շատ լարում պետք է փոխանցվի բազային, և միևնույն ժամանակ, լարման փոփոխությունների մեծ մասը կկիրառվի բազայի վրա և, ուժեղացված, փոխանցվի բազային:

    Կայուն հոսանքի աղբյուր: Ընթացիկ կայունացուցիչը, որի դիագրամը ներկայացված է Նկարում: 10.79, աշխատում է նույն կերպ, ինչպես լարման կարգավորիչը: Տարբերությունն այն է, որ տրանզիստորի վրա ուժեղացուցիչի մուտքային լարումը հանվում է ռեզիստորից, որն ընթացիկ կայունացուցիչի շղթայում միացված է բեռի հետ սերիայի (բեռնվածքի հոսքն անցնում է I- ով: Եթե, օրինակ, այն ավելանում կամ նվազում է և , այսպիսով, հոսանքը ձգտում է աճել, այն մեծացնում է տրանզիստորի միջև և հիմքում գտնվող լարումը, ինչը հանգեցնում է կոլեկտորի և բազայի ներուժի նվազմանը, ավելացնում է լարումը կոլեկտորի և տրանզիստորի հիմքի միջև, ինչը կանխում է ընթացիկ I- ի աճը:

    Հիմնական սարքեր: Փոխարկիչի ստեղները դիմադրության ցանցի վրա լարման գումարման գումարով (տե՛ս Նկար 10.73) կարող են կատարվել Նկարում պատկերված գծապատկերի համաձայն: 10.80, ա. Տրանզիստորներ և կառավարվում են ձգանի արդյունքների լարման միջոցով: Արդյունքը միացված է դիմադրության նսեմացմանը:

    Flip-flop- ը թող լինի վիճակում 1. Իր հակադարձ ելքում կա զրոյական ներուժ, և տրանզիստորը, որի հիմքին է մատակարարվում այդ ներուժը, փակ է: Ձգանի ուղղակի ելքում կա բարձր լարում, որը, մտնելով տրանզիստորի մուտքը, այն բաց է պահում: Լարման E- ն մատակարարվում է դիմադրության նսեմացնողին բաց տրանզիստորի միջոցով: Եթե ձգանը գտնվում է 0 վիճակում, տրանզիստորը փակ է, իսկ բաց տրանզիստորի միջոցով զրոյական լարումը մատակարարվում է դիմադրության նսեմացնողին:

    Այսպիսով, այս սխեմայի համաձայն պատրաստված սարքը փոխարկիչի արտանետման մեջ երկու անջատիչի դեր է խաղում:

    Հոսանքների գումարմամբ փոխարկիչում բարձր պահանջներ չեն դրվում հանրային բանալու փոքր դիմադրության վրա: Այս փոխարկիչում կարող է օգտագործվել դիոդային անջատիչ, որի սխեման ներկայացված է Նկարում: 10.80.6. Եթե \u200b\u200bFlip-flop- ը 0 վիճակում է, ապա flip-flop- ի հակադարձ ելքից մատակարարվող բարձր լարման շնորհիվ դիոդը բաց է մնում: Աղբյուրի հոսքը փակվում է դիոդի և ձգանման միջոցով: Եթե \u200b\u200bմատով խփելը գտնվում է 1-ին վիճակում, դիոդը փակ է, և հոսանքը I- ը փակվում է դիոդի և դիմադրության նոսրացման միջոցով:

    բրինձ 10,79

    բրինձ 10.80

    Անալոգային թվային փոխարկիչներից

    Եկեք քննարկենք տարբեր սկզբունքների վրա կառուցված ADC- ների մի քանի տեսակներ:

    A / D փոխարկիչ `միջանկյալ փոխակերպմամբ
    լարումը ժամանակային միջակայքում         .

    Այս տեսակի փոխարկիչի սխեման ներկայացված է Նկարում: 10.81, ա, ժամանակի գծապատկերներ, որոնք պատկերում են փոխարկիչի գործընթացները - Նկարում: 10.81.6.

    Եկեք քննարկենք այս փոխարկիչի աշխատանքը: Clockամացույցի հաջորդ զարկերակով հաշվիչը զրոյի է վերածվում, և միևնույն ժամանակ սկսվում է գծային փոփոխվող լարման (CLV) գեներատորը: CLAY- ի ելքային լարումը մատակարարվում է երկու համեմատիչների մուտքերին, և որոնց մյուս մուտքերին, համապատասխանաբար, մատակարարվում են զրոյական լարում և թվային ձևի փոխարկվող լարումը: Այն ժամանակ, երբ թեքահարթակի լարումը, փոքր բացասական արժեքներից մեծանալով, անցնում է զրոյի, առաջին համեմատիչը թողարկում է զարկերակ: Այս զարկերակը գործարկիչը դնում է վիճակի 1. Երբ թեքահարթակի լարումը անցնում է արժեքը, երկրորդ համեմատիչը տալիս է զարկերակ: Այս զարկերակը ձգանը վերադարձնում է զրոյական վիճակի:

    բրինձ 10,81

    T ժամանակը, որի ընթացքում flip-flop- ը գտնվում է 1 վիճակում, համամասնական է մուտքային լարման: Այսպիսով, մուտքային լարումը վերափոխվում է ժամանակի տիրույթի:

    T ժամանակի ընթացքում գործարկիչի ելքից դեպի AND տարրի մուտքի վրա կիրառվում է բարձր լարում, և զարկերակի հաջորդականության գեներատորի (GIP) իմպուլսները տարրի միջով անցնում են դեպի հաշվիչի մուտքը (Cch): Ակնհայտ է, որ հաշվիչի մեջ դրված թիվը համամասնական է T- ին, ուստի նաև:

    Նոր լարման ընթերցում ստանալու համար անհրաժեշտ է նորից գործարկել մեկնարկային զարկերակը: Այսպիսով, ձգանման իմպուլսները պետք է հետևեն նմուշառման արագությանը: Եկեք ցույց տանք, թե ինչպես են որոշվում փոխարկիչի տարրերի պարամետրերը:

    Հաշվիչ բիթերի քանակը: Փոխարկիչի նշված հարաբերական սխալը որոշում է առավելագույն թիվը, մինչև որ հաշվիչը պետք է հաշվի.

    Հաշվիչ բիթերի քանակը հայտնաբերվում է որպես անհավասարությունը բավարարող նվազագույն n

    Pարկերակային գեներատորի հաճախականությունը: Արժեքը թվին փոխակերպելու գործընթացը տևում է T, համամասնորեն: Առավելագույն արժեքը կոչվում է փոխարկման ժամանակ.

    որտեղ և F համապատասխանաբար իմպուլսային գեներատորի ժամանակահատվածն ու հաճախականությունը: Այստեղից

    Փոխարկիչ նախագծելիս ժամանակը նշվում է: Այս պարամետրը սահմանում է փոխարկիչի այսպես կոչված դինամիկ սխալը `այն բանի շնորհիվ, որ մուտքի լարումը կարող է փոխվել փոխակերպման ընթացքում: Timeամանակի ընթացքում փոփոխությունը պետք է լինի պակաս, քան հաշվիչի նվազագույն նշանակալի բիթի միավորին համապատասխանող լարման:

    Կավի լարման թեքություն: Այս պարամետրը:

    Փոխարկիչի ապարատային սխալները կապված են դրա առանձին տարրերի շահագործման անճշտության հետ. Կավի լարման ոչ գծայնություն; այն ժամանակի շեղումները, երբ զարկերակը թողարկվում է համեմատողի կողմից համեմատիչի մուտքային լարման ճշգրիտ հավասարության պահից. ձգանի վերջի ժամանակը, AND տարրը; գեներատորի զարկերակի կրկնության արագության անկայունություն:

    Փակ օղակի անալոգային-թվային փոխարկիչ .

    Այս տեսակի փոխարկիչի բլոկային դիագրամը ներկայացված է Նկարում: 10.82, ա.

    Theամացույցի զարկերակը (TI) վերականգնում է Cc հաշվիչը զրոյի: Eroրո լարումը տեղի է ունենում DAC- ի ելքում, որը փոխում է հաշվիչի քանակը համամասնական լարման: Հաստատվում է անհավասարություն, որի դեպքում համեմատողը K- ն ապահովում է AND տարրի մուտքը տեղեկամատյան մակարդակով: 1. Այս դեպքում GUI- ի զարկերակային հաջորդականության գեներատորի իմպուլսներն անցնում են AND տարրի միջով և դեպի հաշվիչի մուտքը: Հաշվիչի մուտքի մոտ ստացված յուրաքանչյուր իմպուլս առաջացնում է դրանում պահվող թվի մեկով ավելացում, DAC- ի ելքի լարումը մեծանում է մեկ տարրական քայլով: Այսպիսով, լարումը մեծանում է աստիճանաբար, ինչպես ցույց է տրված Նկարում: 10.82.6.

    Այն ժամանակ, երբ լարումը հասնում է գերազանցող մակարդակի, համեմատիչը դուրս է բերում տեղեկամատյանային մակարդակ: 0, իսկ հետո դադարեցվում է գեներատորի իմպուլսների մուտքը հաշվիչ: Հաշվիչում այս անգամ ստացված թիվը համամասնական է լարման:

    բրինձ 10,82

    Հաշվի առնելով այն փաստը, որ քննարկվող տիպի ADC- ն չի օգտագործում լարման հանգույցի գեներատոր, դրա ապարատային սխալներն ավելի քիչ են, քան կարող են լինել ADC- ում `միջանկյալ փոխելով ժամանակային միջակայքի:

    Հետևման տեսակի անալոգային-թվային փոխարկիչ .

    Վերևում քննարկված ADC- ների երկու տեսակներն աշխատում են ցիկլային ռեժիմով: Դրանցում յուրաքանչյուր հաջորդական ժամացույցի զարկերակը փոխարկիչը դնում է իր նախնական վիճակի, որից հետո սկսվում է փոխարկման գործընթացը: Նման փոխարկիչների արագությունը սահմանափակվում է հիմնականում հաշվիչի արագությամբ (մասնավորապես `դրա նվազագույն նշանակության բիթերի մատնահետքերի արագությամբ, որոնցում անջատումը տեղի է ունենում բարձր հաճախականությամբ):

    Գործնականում հաճախ օգտագործվում է ոչ ցիկլային փոխարկիչ, որի բլոկային դիագրամը ներկայացված է Նկարում: 10.83: Այս շղթան նախորդ տիպի փոխարկիչի շղթայից տարբերվում է նրանով, որ այն օգտագործում է հակառակ հաշվիչ Cch, որը վերահսկվում է համեմատիչի K. ելքից ստացված ազդանշաններով: Երբ հաշվիչը տեղադրվում է ուղիղ հաշվարկի ռեժիմում, GUI գեներատորի իմպուլսները մուտքագրումը հաջորդաբար ավելացնում է դրա քանակը, լարումը մեծանում է մինչև հասնի լարման մակարդակին: Երբ հաշվիչը միացված է հետհաշվարկի ռեժիմին, որի ժամանակ հաշվիչի թիվը նվազում է, և, հետևաբար, լարումը նվազում է մինչև արժեքին հասնելը:

    Այսպիսով, t / in լարման ժամանակից կախված բոլոր փոփոխությունները վերահսկվում են DAC ելքի լարման միջոցով:

    Timeամանակի անհրաժեշտ պահերին հաշվիչի ելքից կարելի է վերցնել արժեքներին համաչափ թվեր:

    բրինձ 10.83

    Բիտ տիպի անալոգային-թվային փոխարկիչ .

    Փոխարկիչի բլոկային դիագրամը ներկայացված է Նկարում: 10.84: Փոխարկիչում կա թվային ռեգիստր, որը կառուցված է RS flip-flops- ների վրա: Այս ռեգիստրը լարումին համամասնական թիվ է կազմում:

    Սկզբում մեկը գրվում է միայն այս ռեգիստրի ամենանշանակալի բիթի ձգանման վրա: Գրանցամատյանում ստացված թիվը DAC- ի միջոցով վերափոխվում է լարման, որը համեմատվում է լարման հետ: Եթե \u200b\u200bանհավասարությունը պահպանվում է, ապա այն թիվը, որին այն փոխարկվում է, իրոք պարունակում է մեկը ամենանշանակալից բիտում: Եթե \u200b\u200bանհավասարությունը չի բավարարվում, ձգանը զրոյացվում է:

    Հաջորդը, միավորը գրվում է ռեգիստրի հաջորդ (n-1) -րդ բիթի ձգանի վրա և կրկին համեմատելով այս պահին մատյանում առկա թվին համապատասխանող c լարումը `պարզվում է, թե արդյոք միավորը պետք է լինի Այս բիթում պահված կամ այս բիթի ձգանը պետք է վերադարձվի վիճակ 0. Այսպիսով, կատարվում է բոլոր n բիթերում զննելու գործընթացը, որից հետո գրանցամատյանում ստացված թիվը կարող է ուղարկվել արդյունքի:

    Հաշվի առեք փոխարկիչում այս գործողությունների իրականացումը (տե՛ս նկ. 10.84): Clockամացույցի զարկերակը գործարկիչը դնում է 1 վիճակի, իսկ մյուսը ՝ վիճակը 0. Նույն զարկերակը միաժամանակ գրում է մեկը հերթափոխի ռեգիստրի ամենանշանակալից բիտին RG, և տեղեկամատյանային մակարդակը հայտնվում է գրանցամատյանի n- րդ ելքում: մեկը

    Համեմատողը համեմատում է համարների գրանցամատյանում ներկայումս առկա թվին համապատասխանող c- ն, և պայմանը բավարարվելիս այն դուրս է բերում տեղեկամատյանային մակարդակը: մեկը

    Երբ հերթափոխի զարկերակն է գալիս, համեմատողի ելքից մակարդակը տարրի միջոցով փոխանցվում է տարրի մուտքին, և եթե այս մակարդակը մատյան էր: 1, այնուհետև flip-flop- ը վերադառնում է վիճակ 0. Հերթափոխային զարկերակի ավարտին ավարտվում է գրանցամատյանի բովանդակության աջից մեկ բիթ տեղափոխելու գործընթացը, հայտնվում է մատյան մակարդակը: 1-ը այս ռեգիստրի (n-1)-րդ ելքի վրա, գործարկիչը դրվում է վիճակի 1. Հետագա հերթափոխի զարկերակի ժամանման հետ որոշվում է պահանջվող ձգանման վիճակը և (զարկերակի վերջում ձգանը դրված է 1 պետություն:

    Այս գործողությունները կրկնվում են մինչև որոշվի բոլոր ազդակների վիճակը:


    Այս հոդվածում քննարկվում են տարբեր տեսակի ADC- ների գործունեության սկզբունքի հետ կապված հիմնական խնդիրները: Միևնույն ժամանակ, անալոգայինից թվային փոխարկման մաթեմատիկական նկարագրությանը վերաբերող մի շարք կարևոր տեսական հաշվարկներ մնացին հոդվածի շրջանակներում, բայց տրամադրվում են հղումներ, որոնց միջոցով հետաքրքրված ընթերցողը կարող է ավելի խորը դիտարկել ADC գործողության տեսական ասպեկտները: , Այսպիսով, հոդվածն ավելի շատ զբաղվում է ADC- ի գործունեության ընդհանուր սկզբունքների ըմբռնմամբ, քան նրանց աշխատանքի տեսական վերլուծությամբ:

    Ներածություն

    Որպես ելակետ, եկեք սահմանենք անալոգայինից թվային փոխարկումը: Անալոգայինից թվային փոխարկումը մուտքային ֆիզիկական մեծությունն իր թվային ներկայացման մեջ փոխակերպելու գործընթաց է: Անալոգայինից թվային փոխարկիչը սարքն է, որն իրականացնում է այս փոխարկումը: Ձևականորեն, ADC- ի մուտքային արժեքը կարող է լինել ցանկացած ֆիզիկական մեծություն `լարում, հոսանք, դիմադրություն, հզորություն, զարկերակի կրկնության արագություն, լիսեռի ռոտացիայի անկյուն և այլն: Այնուամենայնիվ, հանուն որոշակիության, հետևյալում ՝ ADC ասելով, մենք նկատի կունենանք բացառապես լարման-կոդի փոխարկիչներ:


    Անալոգայինից թվային փոխարկման հասկացությունը սերտորեն կապված է չափման հայեցակարգի հետ: Չափումը վերաբերում է չափված արժեքը որոշակի ստանդարտի հետ համեմատելու գործընթացին. Անալոգայինից թվային փոխարկման ժամանակ մուտքային արժեքը համեմատվում է որոշակի տեղեկանքի արժեքի հետ (որպես կանոն, հղման լարման հետ): Այսպիսով, անալոգայինից թվային փոխարկումը կարող է դիտվել որպես մուտքային ազդանշանի արժեքի չափում, և դրա համար կիրառելի են չափագիտության բոլոր հասկացությունները, ինչպիսիք են չափման սխալները:

    ADC- ի հիմնական բնութագրերը

    ADC- ն ունի բազմաթիվ բնութագրեր, որոնցից հիմնականներն են փոխարկման հաճախականությունը և բիթի խորությունը: Փոխակերպման արագությունը սովորաբար արտահայտվում է վայրկյանում նմուշներով (SPS), իսկ բիթի խորությունը `բիթերով: ADամանակակից ADC- ները կարող են լինել մինչև 24 բիթ լայնություն, իսկ փոխակերպումները մինչև GSPS միավոր (իհարկե ոչ միաժամանակ): Որքան բարձր է արագությունն ու բիթի խորությունը, այնքան դժվար է պահանջվող բնութագրերը ձեռք բերել, այնքան ավելի թանկ և բարդ է փոխարկիչը: Փոխակերպման արագությունը և բիթի խորությունը կապված են միմյանց հետ որոշակի ձևով, և մենք կարող ենք բարձրացնել արդյունավետ փոխարկման բիթի խորությունը ՝ զոհաբերելով արագությունը:

    ADC տեսակները

    Գոյություն ունեն ADC- ների բազմաթիվ տեսակներ, բայց սույն հոդվածի նպատակների համար մենք կսահմանափակվենք միայն հետևյալ տեսակների դիտարկմամբ.

    • ADC զուգահեռ փոխարկում (ուղղակի փոխարկում, ֆլեշ ADC)
    • Հաջորդական մոտավորություն ADC (SAR ADC)
    • delta sigma ADC (լիցքավորված հավասարակշռված ADC)
    Կան նաև այլ տիպի ADC, ներառյալ խողովակաշարային և համակցված տեսակները, որոնք բաղկացած են մի քանի ADC- ներից (ընդհանուր առմամբ) տարբեր ճարտարապետությամբ: Այնուամենայնիվ, վերը նշված ADC ճարտարապետությունները առավել ցուցիչ են այն բանի շնորհիվ, որ յուրաքանչյուր ճարտարապետություն որոշակի տեղ է գրավում բիթային արագության ընդհանուր տիրույթում:

    Ուղղակի (զուգահեռ) փոխակերպման ADC- ները ունեն ամենաբարձր արագությունը և ամենացածր բիթի խորությունը: Օրինակ, TLC5540 զուգահեռ փոխակերպման ADC- ն Texas Instruments- ից ունի 40MSPS արագություն `ընդամենը 8 բիթի մի փոքր լայնությամբ: Այս տեսակի ADC- ն կարող է ունենալ փոխարկման տեմպեր մինչև 1 GSPS: Այստեղ կարելի է նշել, որ խողովակաշարային ADC- ները ունեն նույնիսկ ավելի բարձր ցուցանիշներ, բայց դրանք մի քանի ADC- ների համադրություն են `ավելի ցածր կատարողականով, և դրանց քննարկումը վեր է սույն հոդվածի շրջանակից:

    Բիթ-արագության շարքում գտնվող միջին խորքը զբաղեցնում է հաջորդական մոտավոր ADC- ն: Բնորոշ արժեքներն են 12-18 բիթ ՝ 100KSPS-1MSPS փոխարկման արագությամբ:

    Ամենամեծ ճշգրտությանը հասնում են սիգմա-դելտա ADC- ները `ներառյալ մինչև 24 բիթ հզորություն և SPS ստորաբաժանումներից դեպի KSPS ստորաբաժանումներ արագություն:

    Վերջերս անցյալում օգտագործված գտած ADC- ի մեկ այլ տեսակ է `ինտեգրվող ADC- ն: Ինտեգրվող ADC- ն այժմ հիմնականում փոխարինվում է այլ տեսակի ADC- ով, բայց դրանք կարող են հայտնաբերվել հին գործիքներում:

    ADC ուղղակի փոխարկում

    Ուղղակի փոխակերպման ADC- ները լայն տարածում գտան 1960-70-ականներին, իսկ որպես ինտեգրալային շղթաներ սկսեցին արտադրվել 1980-ականներին: Դրանք հաճախ օգտագործվում են «խողովակաշարային» ADC- ներում (դրանք չեն քննարկվում սույն հոդվածում) և ունեն 6-8 բիթ հզորություն մինչև 1 GSPS արագությամբ:

    Ուղղակի փոխակերպման ADC- ի ճարտարապետությունը ներկայացված է Նկարում: մեկը

    Նկար: 1. Ուղղակի փոխակերպման ADC բլոկային դիագրամ

    ADC- ի շահագործման սկզբունքը չափազանց պարզ է. Մուտքային ազդանշանը միաժամանակ սնվում է համեմատիչների բոլոր «գումարած» մուտքերին, և մի շարք վոլտեր են մտնում «մինուս» -ի, որոնք ստացվում են տեղեկանքի լարումից `բաժանելով ռեզիստորների R. Շղթայի համար Նկ. 1 այս շարքը կլինի այսպիսին.

    Թող ADC մուտքի վրա կիրառվի 1/2 Uref հավասար լարման: Այնուհետև կաշխատեն առաջին 4 համեմատիչները (եթե հաշվում եք ներքևից), և դրանց արդյունքների վրա կհայտնվեն տրամաբանական միավորներ: Առաջնահերթ ծածկագրիչը կստեղծի երկուական կոդ նորերի «սյունակից», որը ամրագրվում է ելքային ռեգիստրի կողմից:

    Այժմ պարզ է դառնում նման փոխարկիչի առավելություններն ու թերությունները: Բոլոր համեմատիչները գործում են զուգահեռաբար, սխեմայի հետաձգման ժամանակը հավասար է մեկ համեմատիչի հետաձգման ժամանակին գումարած ծածկագրիչի հետաձգման ժամանակը: Համեմատիչը և կոդավորիչը կարող են կատարվել շատ արագ, արդյունքում ամբողջ շղթան ունի շատ բարձր արագություն:

    Բայց N բիթ ստանալու համար անհրաժեշտ է 2 ^ N համեմատիչ (և կոդավորիչի բարդությունը աճում է նաև որպես 2 ^ N): Դիագրամը Նկարում: 1. պարունակում է 8 համեմատիչ և ունի 3 բիթ, 8 բիթ ստանալու համար անհրաժեշտ է 256 համեմատիչ, 10 բիթի համար `1024 համեմատիչ, 24-բիթանոց ADC- ի համար դրանցից կպահանջվի ավելի քան 16 միլիոն: Այնուամենայնիվ, տեխնիկան դեռ չի հասել նման բարձունքներ

    Հաջորդական մերձեցում ADC

    Հաջորդական մերձեցման ռեգիստր (SAR) անալոգային-թվային փոխարկիչը չափում է մուտքային ազդանշանի մեծությունը `կատարելով մի շարք հաջորդական« կշիռներ », այսինքն` մուտքային լարման արժեքի համեմատություններ հետևյալ կերպ գեներացված մի շարք արժեքների հետ.

    1. առաջին քայլում ներկառուցված թվային-անալոգային փոխարկիչի ելքում դրվում է 1 / 2Uref- ին հավասար արժեք (այսուհետ ՝ ենթադրում ենք, որ ազդանշանը գտնվում է միջակայքում (0 - Uref):

    2. եթե ազդանշանն ավելի մեծ է, քան այս արժեքը, ապա այն համեմատվում է մնացած միջակայքի մեջտեղում ընկած լարման հետ, այսինքն, այս դեպքում ՝ 3 / 4Uref: Եթե \u200b\u200bազդանշանը սահմանված մակարդակից պակաս է, ապա հաջորդ համեմատությունը կկատարվի մնացած միջակայքի կեսից պակաս (այսինքն ՝ 1 / 4Uref մակարդակի հետ):

    3. Քայլ 2-ը կրկնվում է N անգամ: Այսպիսով, N համեմատությունները («կշիռներ») առաջացնում են արդյունքի N բիթ:

    Նկար: 2. Հաջորդական մերձեցման ADC- ի բլոկային դիագրամ:

    Այսպիսով, SAR ADC- ն բաղկացած է հետևյալ ստորաբաժանումներից.

    1. Համեմատող: Այն համեմատում է «քաշի» լարման մուտքային արժեքը և ընթացիկ արժեքը (Նկ. 2.-ում նշված է եռանկյունով):

    2. Թվային անալոգային փոխարկիչ (DAC): Այն առաջացնում է «քաշի» լարման արժեք ՝ ելնելով մուտքային թվային կոդից:

    3. Հաջորդական մերձեցման գրանցում (Հաջորդական Մոտեցման Ռեգիստր, ՀՍՍ): Այն իրականացնում է հաջորդական մոտավորության ալգորիթմը ՝ առաջացնելով DAC մուտքագրին մատակարարվող ծածկագրի ընթացիկ արժեքը: ADC- ի այս ամբողջ ճարտարապետությունն իր անունով է կոչվել:

    4. Նմուշի պահման սխեմա (Sample / Hold, S / H): Այս ADC- ի շահագործման համար սկզբունքորեն կարևոր է, որ մուտքային լարումը կայուն մնա փոխակերպման ամբողջ ցիկլի ընթացքում: Այնուամենայնիվ, «իրական» ազդակները ժամանակի ընթացքում փոխվում են: Նմուշի և պահման շղթան «հիշում է» անալոգային ազդանշանի ընթացիկ արժեքը և այն պահում է անփոփոխ սարքի ողջ աշխատանքային ցիկլում:

    Սարքի առավելությունը փոխակերպման համեմատաբար բարձր արագությունն է. N-bit ADC- ի փոխարկման ժամանակը N ժամացույցի ցիկլեր է: Փոխակերպման ճշգրտությունը սահմանափակվում է ներքին DAC- ի ճշգրտությամբ և կարող է լինել 16-18 բիթ (այժմ սկսել են հայտնվել 24-բիթանոց SAR ADC- ներ, օրինակ ՝ AD7766 և AD7767):

    Delta Sigma ADC

    Վերջապես, ADC- ի ամենահետաքրքիր տեսակը սիգմա-դելտա ADC- ն է, որը գրականության մեջ երբեմն անվանում են որպես լիցքավորված հավասարակշռված ADC: Սիգմա-դելտա ADC- ի բլոկային դիագրամը ներկայացված է Նկարում: 3

    Նկար 3 Սիգմա-դելտա ADC- ի բլոկային դիագրամ:

    Այս ADC- ի գործունեության սկզբունքը մի փոքր ավելի բարդ է, քան ADC- ի այլ տեսակների: Դրա էությունն այն է, որ մուտքային լարումը համեմատվում է ինտեգրիչի կողմից կուտակված լարման արժեքի հետ: Դրական կամ բացասական բևեռականության իմպուլսները մատակարարվում են ինտեգրիչի մուտքին `կախված համեմատության արդյունքից: Այսպիսով, այս ADC- ն պարզ հետևման համակարգ է. Ինտեգրատորի ելքի լարումը «հետապնդում է» մուտքային լարումը (նկ. 4): Այս շղթայի արդյունքը զրոյի և համադրիչի ելքի հոսքի հոսքն է, որն այնուհետև անցնում է թվային ցածր անցումային ֆիլտրի միջով, որի արդյունքում ստացվում է N-bit արդյունք: LPF- ը Նկարում: 3. «Դեզիմատորի» հետ զուգորդվում է մի սարք, որը նվազեցնում է նմուշների կրկնության տեմպը ՝ դրանք «տասնապատկելով»:

    Նկար: 4. Sigma-delta ADC- ն ՝ որպես հետևող համակարգ

    Խստության համար պետք է ասել, որ Նկ. 3-ը առաջին կարգի սիգմա-դելտա ADC- ի բլոկային դիագրամ է: Երկրորդ կարգի սիգմա-դելտա ADC- ն ունի երկու ինտեգրատոր և երկու հետադարձ կապ, բայց այստեղ չի լուսաբանվի: Այս թեմայով հետաքրքրվողները կարող են դիմել:

    Նկարում 5-ը ցույց է տալիս ազդանշանները ADC- ում զրոյական մակարդակի վրա մուտքի վրա (վերևում) և Vref / 2 մակարդակի վրա (ներքևում):

    Նկար: 5. Ազդակները ADC- ում ՝ մուտքի մուտքի տարբեր ազդանշանային մակարդակներում:

    Այժմ, չխորանալով բարդ մաթեմատիկական վերլուծության մեջ, փորձենք հասկանալ, թե ինչու են սիգմա-դելտա ADC- ները ունեն ներքին աղմուկի շատ ցածր մակարդակ:

    Հաշվի առեք սիգմա-դելտա մոդուլյատորի բլոկային դիագրամը, որը ցույց է տրված Նկարում: 3, և այն ներկայացնում ենք հետևյալ կերպ (նկ. 6):

    Նկար: 6. Սիգմա-դելտա մոդուլյատորի բլոկային դիագրամ

    Այստեղ համեմատիչը ներկայացված է որպես լրացում, որն ավելացնում է շարունակական որոնվող ազդանշանը և քվանտացման աղմուկը:

    Թող ինտեգրատորը ունենա փոխանցման գործառույթ 1 / վ: Դրանից հետո, ներկայացնելով օգտակար ազդանշանը որպես X (ներ), սիգմա-դելտա մոդուլյատորի ելքը որպես Y (ներ) և քվանտացման աղմուկը որպես E (ներ), մենք ստանում ենք ADC փոխանցման գործառույթ.

    Y (ներ) \u003d X (ներ) / (ներ + 1) + Ե (ներ) ներ / (ներ + 1)

    Այսինքն, ըստ էության, սիգմա-դելտա մոդուլյատորը ցածր անցումային զտիչ է (1 / (վ + 1)) ցանկալի ազդանշանի համար, և բարձր անցուղի ֆիլտր (ներ / ս + 1)) աղմուկի համար, երկուսն էլ ֆիլտրեր, որոնք ունեն նույն կտրման հաճախականությունը: Սպեկտրի բարձր հաճախականության շրջանում կենտրոնացված աղմուկը հեշտությամբ հեռացվում է թվային ցածր անցումային ֆիլտրով, որը տեղակայված է մոդուլյատորից հետո:

    Նկար: 7. Սպեկտրի բարձր հաճախականության հատվածում աղմուկի «տեղահանման» երեւույթը

    Այնուամենայնիվ, պետք է հասկանալ, որ սա սիգմա-դելտա ADC- ում աղմուկի ձևավորման ֆենոմենի չափազանց պարզեցված բացատրությունն է:

    Այսպիսով, սիգմա-դելտա ADC- ի հիմնական առավելությունը բարձր ճշգրտությունն է `չափազանց ցածր ներքին աղմուկի պատճառով: Այնուամենայնիվ, բարձր ճշգրտության հասնելու համար անհրաժեշտ է, որ թվային զտիչի անջատման հաճախականությունը լինի հնարավորինս ցածր, բազմակի անգամ պակաս, քան սիգմա-դելտա մոդուլյատորի աշխատանքային հաճախականությունը: Հետեւաբար, սիգմա-դելտա ADC- ները փոխակերպման ցածր տեմպեր ունեն:

    Դրանք կարող են օգտագործվել աուդիոտեխնիկայի մեջ, բայց հիմնականում օգտագործվում են արդյունաբերական ավտոմատացման մեջ սենսորային ազդանշանների վերափոխման, չափիչ գործիքների և այլ կիրառումների մեջ, որտեղ պահանջվում է բարձր ճշգրտություն: բայց բարձր արագություն չի պահանջվում:

    Մի քիչ պատմություն

    Պատմության մեջ ADC- ի ամենահին տեղեկանքը, հավանաբար, Paul M. Rainey արտոնագիրն է ՝ «Facsimile Telegraph System», U.S. Արտոնագիր 1,608,527, ներկայացվել է 1921 թ. Հուլիսի 20-ին, թողարկվել է 1926 թ. Նոյեմբերի 30-ին: Արտոնագրում պատկերված սարքն իրականում 5-բիթանոց ուղղակի փոխակերպման ADC է:

    Նկար: 8. Առաջին արտոնագիրը ADC- ի համար

    Նկար: 9. ADC ուղղակի փոխարկում (1975)

    Նկարում պատկերված սարքը MOD-4100 ուղղակի փոխակերպման ADC- ն է, որը արտադրվել է Computer Labs- ի կողմից, 1975 թ., Հավաքված է դիսկրետ համեմատիչների հիման վրա: Կան 16 համեմատողներ (դրանք տեղակայված են կիսաշրջանի մեջ, որպեսզի ազդանշանի տարածման հետաձգումը հավասարեցվի յուրաքանչյուր համեմատողի), ուստի, ADC- ն ունի ընդամենը 4 բիթ հզորություն: Փոխարկման արագությունը 100 MSPS, էներգիայի սպառում 14 վտ:

    Հետևյալ նկարը ցույց է տալիս ուղղակի փոխարկման ADC- ի առաջադեմ տարբերակը:

    Նկար: 10. ADC ուղղակի փոխարկում (1970)

    Համակարգչային լաբորատորիաների կողմից արտադրված 1970 VHS-630- ն ուներ 64 համեմատող, ուներ 6 բիթ, 30MSPS և սպառում էր 100 վտ (VHS-675- ի 1975 թ. Տարբերակը ուներ 75 MSPS և 130 վտ):

    Գրականություն

    W. Kester. ADC Architectures I: The Flash Converter: Անալոգային սարքեր, MT-020 ձեռնարկ

    Դասախոսություն թիվ 3

    «Անալոգային թվային և թվայինից անալոգային փոխարկում»:

    Միկրոպրոցեսորային համակարգերում անալոգայինից թվային փոխարկիչը (ADC) գործում է որպես զարկերակային տարր, իսկ թվայինից անալոգային փոխարկիչը (DAC) ՝ որպես էքստրապոլատոր:

    Անալոգային թվային փոխարկում բաղկացած է անալոգային ազդանշանի մեջ պարունակվող տեղեկատվությունը թվային կոդի վերափոխելու մեջ ... Թվայինից անալոգային փոխարկում նախատեսված է հակադարձ առաջադրանքը կատարելու համար, այսինքն. փոխել համարը, որը ներկայացված է որպես թվային կոդ, համարժեք անալոգային ազդանշանի:

    ADC- ները սովորաբար տեղադրվում են թվային կառավարման համակարգերի հետադարձ կապի մեջ `անալոգային հետադարձ ազդանշանները կոդերի վերածելու համար, որոնք ընկալվում են համակարգի թվային մասի կողմից: Այսպիսով, ADC- ները կատարում են մի քանի գործառույթներ, ինչպիսիք են ժամանակի նմուշառումը, մակարդակի քվանտացումը, կոդավորումը: ADC- ի ընդհանուր բլոկ-դիագրամը ներկայացված է Նկար 3.1-ում:


    Հոսանքի կամ լարման տեսքով ազդանշան է մատակարարվում ADC մուտքին, որը փոխարկման ընթացքում քվանտացվում է մակարդակի վրա: 3-բիթանոց ADC- ի իդեալական ստատիկ պատասխանը ներկայացված է Նկար 3.2-ում:


    Մուտքային ազդանշանները կարող են տիրույթում վերցնել ցանկացած արժեք `U առավելագույնը U առավելագույնը , և արդյունքները համապատասխանում են ութ (2 3) դիսկրետ մակարդակներին: Կոչվում է մուտքային լարման արժեքը, որով տեղի է ունենում ADC ելքային կոդի մեկ արժեքից անցում դեպի հարակից այլ արժեքի միջ կոդային հանգույցի լարումը... Կոդի անցումների երկու հարակից արժեքների տարբերությունը կոչվում է քվանտացման քայլ կամ նվազագույն նշանակալի թվանշանի միավոր (LSB).Փոխակերպման բնութագրի ելակետը կոչվում է կետ, որը որոշվում է մուտքային ազդանշանի արժեքով, սահմանված ՝

    (3.1),

    որտեղ U 0,1 - առաջին միջ-կոդային անցման լարումը,U LSB - քվանտացման քայլ (LSB - Նվազագույն նշանակալի բիթ ) փոխակերպումը համապատասխանում է հարաբերակցությամբ սահմանված մուտքային լարման

    (3.2).

    ADC- ի մուտքային լարման արժեքների շրջանակը, սահմանափակված արժեքներովU 0,1 և U N-1, N կոչված մուտքային լարման տիրույթը.

    (3.3).

    Մուտքային լարման տիրույթը և նվազագույն նշանակալի բիթի արժեքըՆ -bit ADC- ն ու DAC- ը կապում են հարաբերակցությունը

    (3.4).

    Լարման

    (3.5)

    կոչված լրիվ մասշտաբի լարումը (FSR - Ամբողջ մասշտաբի տիրույթ ) Սովորաբար, այս պարամետրը որոշվում է ADC- ին միացված լարման աղբյուրի ելքային մակարդակից: Քվանտացման քայլի կամ նվազագույն նշանակալի բիթի միավորների չափը, այնպես որ հավասար է

    (3.6),

    և առավել նշանակալի թվանշանի միավորի արժեքը

    (3.7).

    Ինչպես երեւում է Նկար 3.2-ից, վերափոխման ընթացքում տեղի է ունենում սխալ, որը չի գերազանցում նվազագույն նշանակալի բիթի արժեքի կեսըU LSB / 2:

    Գոյություն ունեն անալոգայինից թվային փոխարկման տարբեր մեթոդներ, որոնք տարբերվում են ճշգրտությամբ և արագությամբ: Շատ դեպքերում այս բնութագրերը հակասական են միմյանց նկատմամբ: Ներկայումս փոխարկիչների այնպիսի տեսակներ, ինչպիսիք են հաջորդական մոտավորումների ADC- ներ (բիթային հավասարակշռում), զուգահեռ ADC- ներ (Ֆլեշ ) ADC, «sigma-delta» ADC եւ այլն:

    Հաջորդական մերձեցման ADC- ի բլոկային դիագրամը ներկայացված է Նկար 3.3-ում:



    Սարքի հիմնական տարրերն են `համեմատիչը (K), թվայինից անալոգային փոխարկիչը (DAC) և տրամաբանական կառավարման միացումը: Փոխակերպման սկզբունքը հիմնված է մուտքային ազդանշանի մակարդակի հաջորդական համեմատության վրա ելքային կոդի տարբեր համակցություններին համապատասխանող ազդանշանի մակարդակների և համեմատության արդյունքների հիման վրա ստացված ծածկույթի ձևավորման հետ: Համեմատված կոդերի կարգը բավարարում է կիսաբաժանման կանոնը: Փոխակերպման սկզբում DAC- ի մուտքային ծածկագիրը դրվում է մի վիճակի, երբ բոլոր բիթերը, բացի հինից, հավասար են 0-ի, իսկ ավելի մեծը `1-ը: Այս համադրությամբ լարում հավասար է կեսի: մուտքային լարման տիրույթը ձեւավորվում է DAC ելքում: Այս լարումը համեմատվում է համեմատիչի մուտքային լարման հետ: Եթե \u200b\u200bմուտքային ազդանշանն ավելի մեծ է, քան DAC- ից եկող ազդանշանը, ապա ելքային կոդի ամենանշանակալից բիտը դրվում է 1-ի վրա, հակառակ դեպքում այն \u200b\u200bվերափոխվում է 0-ի: 0. clockամացույցի հաջորդ ցիկլում այս եղանակով մասամբ կազմված ծածկագիրը կրկին սնվում է DAC մուտքագրմամբ, հաջորդ բիթը դրվում է դրա մեջ մեկի վրա և համեմատությունը կրկնում է: Գործընթացը շարունակվում է մինչև նվազագույն նշանակալի բիթի համեմատությունը: Այսպիսով, ձեւավորելու համարՆ - պահանջվում է բիթ ելքային կոդՆ նույնական տարրական համեմատության ցիկլեր: Սա նշանակում է, որ մնացած բոլոր բաները հավասար են, այդպիսի ADC- ի արագությունը նվազում է դրա հզորության մեծացման հետ մեկտեղ: Հաջորդական մերձեցման ADC- ի ներքին տարրերը (DAC և համեմատիչ) պետք է ունենան ճշգրտություն ավելի լավ, քան ADC- ի նվազագույն նշանակալի բիթի կեսի արժեքը:

    Blockուգահեռ բլոկային դիագրամ (Ֆլեշ ) ADC- ն ներկայացված է Նկար 3.4-ում:



    Այս դեպքում մուտքային լարումը մատակարարվում է անհապաղ նույնանուն մուտքերի համեմատության համարՆ -1 համեմատող: Բարձր ճշգրտության լարման բաժանարարի ազդանշանները, որոնք միացված են հղման լարման աղբյուրին, սնվում են համեմատիչների հակառակ մուտքերին: Այս դեպքում բաժանարարի ելքերից ստացված լարումները հավասարաչափ բաշխվում են մուտքային ազդանշանի ամբողջ տիրույթի երկայնքով: Առաջնահերթ ծածկագրիչը առաջացնում է թվային ելքային ազդանշան, որը համապատասխանում է ակտիվացված ելքային ազդանշանի ամենաբարձր համեմատողին: Այսպիսով, ապահովելՆ -բիտ փոխարկումը պահանջվում է 2 Ն բաժանարար ռեզիստորներ և 2 Ն -1 համեմատող: Սա փոխակերպման ամենաարագ եղանակներից մեկն է: Այնուամենայնիվ, մեծ բիտ խորությամբ դա պահանջում է մեծ ապարատային ծախսեր: Բոլոր բաժանարարի և համեմատիչի դիմադրիչների ճշգրտությունը պետք է նորից լինի պակաս, քան նվազագույն նշանակալի բիթը:

    Երկակի ինտեգրման ADC- ի բլոկային դիագրամը ներկայացված է Նկար 3.5-ում:


    Համակարգի հիմնական տարրերը ստեղներից բաղկացած անալոգային անջատիչ ենSW 1, SW 2, SW 3, ինտեգրատոր AND, համեմատիչ K և հաշվիչ C. Փոխակերպման գործընթացը բաղկացած է երեք փուլից (Նկար 3.6):


    Առաջին փուլում բանալին փակ էSW 1, իսկ մնացած ստեղները բաց են: Փակ բանալու միջոցովSW 1, մուտքային լարումը սնվում է ինտեգրատորին, որը ինտեգրում է մուտքային ազդանշանը ֆիքսված ժամանակային ընդմիջման համար: Այս ժամանակային ընդմիջումից հետո ինտեգրատորի ելքի մակարդակը համամասնական է մուտքային ազդանշանի արժեքին: Վերափոխման երկրորդ փուլում `բանալինSW 1-ը բացվում է և բանալինSW 2-ը փակվում է, և ինտեգրիչի մուտքի վրա ազդանշանային լարման աղբյուրից ազդանշան է կիրառվում: Ինտեգրատոր կոնդենսատորը լիցքաթափվում է առաջին փոխարկման միջակայքում կուտակված լարումից `հղման լարման համամասնորեն հաստատուն արագությամբ: Այս փուլը տևում է մինչև ինտեգրատորի ելքային լարման անկումը զրոյի, ինչի մասին վկայում է ինտեգրիչի ազդանշանը զրոյի համեմատող համեմատողի ելքը: Երկրորդ փուլի տևողությունը համաչափ է փոխարկիչի մուտքային լարման հետ: Ամբողջ երկրորդ փուլի ընթացքում տրամաչափված հաճախականությամբ բարձր հաճախականության իմպուլսները լցվում են վաճառասեղանի վրա: Այսպիսով, Երկրորդ փուլից հետո հաշվիչի թվային ընթերցումները համամասնորեն են մուտքային լարման: Այս մեթոդով կարելի է հասնել շատ լավ ճշգրտության ՝ առանց բաղադրիչների ճշգրտության և կայունության վրա մեծ պահանջներ դնելու: Մասնավորապես, ինտեգրիչի հզորության կայունությունը կարող է բարձր չլինել, քանի որ լիցքավորման և լիցքաթափման ցիկլերը տեղի են ունենում հզորությանը հակառակ համամասնությամբ: Ավելին, համեմատողի դրեյֆի և օֆսեթի սխալները փոխհատուցվում են յուրաքանչյուր վերափոխման քայլի համար նույն լարման մեկնարկով և ավարտով: Theշգրտությունը բարելավելու համար օգտագործվում է վերափոխման երրորդ փուլը, երբ ստեղնաշարի միջոցով ինտեգրատորի մուտքըSW 3 կիրառվում է զրոյական ազդանշան: Քանի որ այս քայլում օգտագործվում են նույն ինտեգրատորը և համեմատիչը, զրոյական արդյունքի սխալը հանելով հետագա չափումից, կփոխհատուցվի զրոյի մոտավոր չափումների հետ կապված սխալները: Խիստ պահանջներ չեն դրվում նույնիսկ ժամացույցի իմպուլսների մուտքի հաշվիչ մուտք գործելու վրա, քանի որ նույն իմպուլսներից կազմվում է ֆիքսված ժամանակային միջակայք առաջին փոխարկման փուլում: Խիստ պահանջներ են դրվում միայն լիցքաթափման հոսանքի վրա, այսինքն. հղման լարման աղբյուրին: Փոխակերպման այս մեթոդի անբավարարությունը ցածր կատարողականությունն է:

    ADC- ն բնութագրվում է մի շարք պարամետրերով, որոնք հնարավորություն են տալիս իրականացնել որոշակի սարքի ընտրություն `ելնելով համակարգին ներկայացվող պահանջներից: Բոլոր ADC պարամետրերը կարելի է բաժանել երկու խմբի ՝ ստատիկ և դինամիկ: Առաջինները սահմանում են սարքի ճշգրտության բնութագրերը, երբ աշխատում են անընդհատ կամ դանդաղ փոփոխվող մուտքային ազդանշանի հետ, իսկ վերջինները սարքի արագությունը բնութագրում են որպես մուտքի ազդանշանի ավելացման հաճախականությամբ ճշգրտության պահպանում:

    Քվանտացման մակարդակը, որը գտնվում է մուտքային ազդանշանի զրոյի մոտակայքում, համապատասխանում է միջկոդային անցումների լարման –0,5U LSB և 0,5 U LSB (առաջինը լինում է միայն երկբևեռ մուտքային ազդանշանի դեպքում): Այնուամենայնիվ, իրական սարքերում այս միջ-կոդային անցումների լարումը կարող է տարբերվել այս իդեալական արժեքներից: Կոչվում է միջկրոդային անցումների այս լարման իրական մակարդակների շեղում իրենց իդեալական արժեքներից երկբևեռ զրոյական փոխհատուցման սխալ (Երկբեւեռ զրոյական սխալ ) և միաբևեռ զրոյական փոխհատուցման սխալ (Eroրոյական փոխհատուցման սխալ ) համապատասխանաբար: Երկբևեռ դարձի տիրույթները սովորաբար օգտագործում են զրոյական փոխհատուցման սխալ, իսկ միաբևեռ փոխակերպումները սովորաբար օգտագործում են միաբևեռ օֆսեթ սխալ: Այս սխալը հանգեցնում է իրական վերափոխման բնութագրի զուգահեռ տեղահանմանը `աբսցիսայի առանցքի երկայնքով իդեալական բնութագրի համեմատ (նկ. 3.7):


    Մուտքային ազդանշանի մակարդակի շեղում, որը համապատասխանում է իր իդեալական արժեքից վերջին միջքոդային անցմանըU FSR -1.5 U LSB կոչվում է ամբողջական մասշտաբի սխալ (Ամբողջական մասշտաբի սխալ):

    ADC փոխարկման գործակից կոչվում է իրական վերափոխման բնութագրերի մեկնարկի և վերջի կետերի միջով գծված ուղիղ գծի լանջի տանգենտ: Փոխակերպման գործոնի իրական և իդեալական արժեքի տարբերությունը կոչվում է փոխարկման գործոնի սխալ (Ձեռք բերեք սխալ ) (Նկար 3.7) Այն ներառում է մասշտաբի վերջի սխալներ, բայց չի ներառում զրոյական մասշտաբի սխալներ: Միաբևեռ տիրույթի համար այն սահմանվում է որպես տարբերություն լրիվ մասշտաբի սխալի և միաբևեռ զրոյական օֆսեթ սխալի միջև, իսկ երկբևեռ միջակայքի համար `ամբողջ մասշտաբի սխալի և երկբևեռ զրոյական օֆսեթ սխալի միջև: Փաստորեն, ամեն դեպքում, սա իդեալական հեռավորության շեղումն է վերջին և առաջին միջ կոդային անցումների միջև (հավասար էU FSR -2 U LSB ) իր իրական արժեքից:

    Eroրոյական փոխհատուցման և փոխակերպման շահույթի սխալները կարող են փոխհատուցվել `կարգավորելով ADC նախնական ուժեղացուցիչը: Դա անելու համար դուք պետք է ունենաք առնվազն 0,1 ճշտությամբ վոլտմետրU LSB ... Այս երկու սխալներն ինքնուրույն դարձնելու համար նախ շտկվում է զրոյական փոխհատուցման սխալը, ապա `փոխարկման գործոնի սխալը:ADC զրոյական օֆսեթ սխալը շտկելու համար անհրաժեշտ է.

    1. Մուտքային լարումը սահմանեք ճիշտ 0,5U LSB;

    2. Կարգավորեք ADC նախնական ուժեղացուցիչի օֆսեթը մինչև ADC- ն անցնի 00 ... 01 վիճակին:

    Փոխակերպման գործոնի սխալը շտկելու համար անհրաժեշտ է.

    1. Մուտքային լարումը սահմանեք հենց մակարդակի վրաU FSR -1.5 U LSB;

    2. Կարգավորեք ADC նախալրացուցիչի շահույթը, մինչև ADC- ն անցնի 11 ... վիճակի:

    ADC շղթայի տարրերի անկատարության պատճառով ADC բնութագրերի տարբեր կետերում քայլերը մեծությամբ տարբերվում են միմյանցից և հավասար չենU LSB (Նկար 3.8):


    Երկու հարակից իրական քվանտացման քայլերի միջանկյալ կետերի միջև հեռավորության շեղումը քվանտացման քայլի իդեալական արժեքիցU LSB կոչված դիֆերենցիալ ոչ գծայնություն (DNL - Դիֆերենցիալ ոչ գծայնություն):Եթե \u200b\u200bDNL ավելի մեծ կամ հավասարU LSB , ապա ADC- ն կարող է ունենալ այսպես կոչված «բացակայող ծածկագրեր» (նկ. 3.3): Սա ենթադրում է տեղական կտրուկ փոփոխություն ADC շահույթի մեջ, որը փակ օղակի կառավարման համակարգերում կարող է հանգեցնել կայունության կորստի:

    Դիմումների համար, երբ կարևոր է ելքային ազդանշանը պահպանել տրված ճշգրտությամբ, կարևոր է ADC ելքային կոդերը ճիշտ համապատասխանեցնել միջկոդային անցումային լարման հետ: Քվանտացման քայլի կենտրոնի առավելագույն շեղումը ADC- ի իրական բնութագրին գծային բնութագրիչից կոչվում է ինտեգրալ ոչ գծայնություն (INL - ինտեգրալ ոչ գծայնություն) կամհարաբերական ճշգրտություն (Հարաբերական ճշգրտություն) ADC (Գծապատկեր 3.9):


    Գծավորված բնութագիրը գծագրվում է իրական փոխակերպման բնութագրի ծայրահեղ կետերի միջով, դրանց ճշգրտումից հետո, այսինքն. օֆսեթ զրոյի և փոխարկման գործոնի ֆիքսված սխալներ:

    Գործնականում անհնար է փոխհատուցել դիֆերենցիալ և ինտեգրալ ոչ գծայնության սխալները պարզ միջոցներով:

    Որոշում ADC (Բանաձև ) ADC- ի ելքում ծածկագրերի առավելագույն քանակի փոխադարձ պատասխանն է

    (3.8).

    Այս պարամետրը որոշում է, թե մուտքային ազդանշանի ինչ նվազագույն մակարդակ (ամբողջ ամպլիտուդային ազդանշանի համեմատ) կարող է ընկալել ADC- ն:

    Accշգրտությունն ու ճշգրտությունը երկու անկախ հատկություններ են: Բանաձևը որոշիչ դեր է խաղում, երբ կարևոր է ապահովել մուտքային ազդանշանի նշված դինամիկ տիրույթը: Uraշգրտությունը կարևոր է, երբ պահանջվում է պահպանել վերահսկվող արժեքը տվյալ մակարդակում `հաստատուն ճշգրտությամբ:

    ADC դինամիկ տիրույթ (DR - Dinamic Range ) մուտքային լարման առավելագույն ընկալվող մակարդակի և նվազագույնի հարաբերությունն է `արտահայտված դԲ-ով

    (3.9).

    Այս պարամետրը որոշում է տեղեկատվության առավելագույն քանակը, որը ADC- ն կարող է փոխանցել: Այսպիսով, 12-բիթանոց ADC- ի համարDR \u003d 72 դբ

    Իրական ADC- ների բնութագրերը տարբերվում են իդեալական սարքերի բնութագրերից `իրական սարքի տարրերի անկատարության պատճառով: Եկեք քննարկենք իրական ADC- ները բնութագրող որոշ պարամետրեր:

    Ազդանշանի և աղմուկի հարաբերակցությունը (SNR - ազդանշան աղմուկի հարաբերակցությանը ) մուտքային սինուսոիդալ ազդանշանի rms արժեքի հարաբերությունն է աղմուկի rms արժեքին, որը սահմանվում է որպես մնացած բոլոր սպեկտրալ բաղադրիչների հանրագումար `մինչև նմուշառման հաճախականության կեսը, առանց հաշվի առնելու հաստատուն բաղադրիչը: Կատարյալի համարՆ -բիտ ADC, որն առաջացնում է միայն քվանտացման աղմուկSNR դեցիբելներով արտահայտված կարող է սահմանվել որպես


    (3.10),

    որտեղ Ն - ADC բիթի խորություն: Այսպիսով, 12-բիթանոց իդեալական ADC- ի համարSNR \u003d 74 դբ Այս արժեքն ավելի մեծ է, քան այդ նույն ADC- ի դինամիկ տիրույթի արժեքը նվազագույն ընկալվող ազդանշանի մակարդակը պետք է ավելի մեծ լինի, քան աղմուկի մակարդակը: Այս բանաձևը հաշվի է առնում միայն քվանտացման աղմուկը և հաշվի չի առնում աղմուկի այլ աղբյուրներ, որոնք գոյություն ունեն իրական ADC- ներում: Հետեւաբար, արժեքներըSNR իրական ADC- ների համար, որպես կանոն, իդեալականից ցածր: Տիպիկ արժեքSNR իրական 12-բիթանոց ADC- ի համար դա 68-70 դբ է:

    Եթե \u200b\u200bմուտքային ազդանշանն ավելի քիչ տատանում ունիU FSR , ապա անհրաժեշտ է ճշգրտել վերջին բանաձևը

    (3.11),

    որտեղ K OS- ը մուտքային ազդանշանի թուլացումն է, արտահայտված դԲ-ով: Այսպիսով, եթե 12-բիթանոց ADC- ի մուտքային ազդանշանն ունի լրիվ մասշտաբի լարման կեսից 10 անգամ ավելի լայնություն, ապա K OS \u003d -20 դԲ ևSNR \u003d 74 dB - 20 dB \u003d 54 dB:

    Իրական արժեքSNR կարող է օգտագործվել որոշելով ADC բիթերի արդյունավետ թիվը(ENOB - Բիթերի արդյունավետ քանակ ) Դա որոշվում է բանաձևով

    (3.12).

    Այս ցուցանիշը կարող է բնութագրել իրական ADC- ի փաստացի որոշիչ ուժը, օրինակ `12-bit ADC- ն, որըSNR \u003d 68 դԲ K OS- ով ազդանշանի համար \u003d -20 դԲ իրականում 7-բիթ է (ENOB \u003d 7.68): ENOB արժեքը խիստ կախված է մուտքային ազդանշանի հաճախությունից, այսինքն. արդյունավետ ADC հզորությունը նվազում է հաճախականության ավելացման հետ մեկտեղ:

    Լրացուցիչ ներդաշնակ աղավաղում (THD - Ընդհանուր ներդաշնակ աղավաղում ) Արդյո՞ք բոլոր ավելի բարձր ներդաշնակությունների rms արժեքների հանրագումարի և հիմնարար ներդաշնակության rms արժեքի հարաբերությունն է

    (3.13),

    որտեղ n սովորաբար սահմանափակվում է 6-ով կամ 9-ով: Այս պարամետրը բնութագրում է ADC ելքային ազդանշանի ներդաշնակ աղավաղման մակարդակը `մուտքի համեմատությամբ:THD ավելանում է մուտքային ազդանշանի հաճախականության հետ:

    Ամբողջ հզորության թողունակություն (FPBW - Ամբողջ հզորության թողունակություն ) Ներածման ազդանշանի առավելագույն հաճախականությունն է `լայնամասշտաբ ճոճանակով, որի ժամանակ վերակառուցված հիմնարար բաղադրիչի ամպլիտուդը կրճատվում է ոչ ավելի, քան 3 դբ: Մուտքային ազդանշանի հաճախականության բարձրացմամբ, ADC- ի անալոգային շղթաները դադարում են ժամանակ ունենալ մշակելու իր փոփոխությունները տվյալ ճշգրտությամբ, ինչը հանգեցնում է բարձր հաճախականություններում ADC- ի փոխակերպման գործակցի նվազմանը:

    Կարգավորման ժամանակը (Կարգավորման ժամանակը ) Արդյո՞ք ժամանակն է, որ ADC- ն անվանական ճշգրտության հասնի այն բանից հետո, երբ նրա մուտքի վրա կիրառվել է մուտքային ազդանշանի ամբողջ տիրույթին հավասար լայնություն ունեցող քայլաքանակ ազդանշան: Այս պարամետրը սահմանափակ է `տարբեր ADC հանգույցների վերջավոր արագության պատճառով:

    Տարբեր տեսակի սխալների պատճառով իրական ADC- ի բնութագիրը ոչ գծային է: Եթե \u200b\u200bազդանշան է կիրառվում ոչ գծայնություն ունեցող սարքի մուտքի վրա, որի սպեկտրը բաղկացած է երկու ներդաշնակությունիցf a և f b , ապա այդպիսի սարքի ելքային ազդանշանի սպեկտրում, բացի հիմնարար ներդաշնակությունից, հաճախականություններով միջմոդուլացման ենթհարմոնիկայով որտեղ m, n \u003d 1,2,3, ... Երկրորդ կարգի ենթահարմոնիաներն ենf a + f b, f a - f b , երրորդ կարգի ենթահարմոնիկա ՝ 2f a + f b, 2 f a - f b, f a +2 f b, f a -2 f b ... Եթե \u200b\u200bմուտքային սինուսոիդներն ունեն սերտ հաճախականություններ, որոնք տեղակայված են անցուղու վերին եզրին մոտ, ապա երկրորդ կարգի ենթհարմոնիաները հեռու են մուտքային սինուսոիդներից և գտնվում են ցածր հաճախության շրջանում, մինչդեռ երրորդ կարգի ենթահարմոնիկներն ունեն մուտքային հաճախականություններին մոտ հաճախականություններ:

    Միջմոդուլյացիայի աղավաղման գործակիցը (Intermodulatin աղավաղում ) Արդյո՞ք որոշակի կարգի միջմոդուլյացիոն ենթհարմոնիկայի rms արժեքների հանրագումարի և հիմնարար ներդաշնակության rms արժեքների հանրագումարի, դԲ արտահայտված է

    (3.14).

    Analogանկացած անալոգային-թվային փոխարկման ցանկացած մեթոդ ավարտելու համար տևում է որոշակի ժամանակ: Տակ aDC փոխարկման ժամանակը (Փոխարկման ժամանակը ) հասկացվում է որպես ժամանակի ընդմիջում անալոգային ազդանշանի ADC մուտքի ժամանման պահից մինչև համապատասխան ելքային ծածկագրի հայտնվելը: Եթե \u200b\u200bADC- ի մուտքային ազդանշանը ժամանակի մեջ փոխվում է, ապա ADC- ի վերափոխման վերջնական ժամանակը հանգեցնում է այսպես կոչված տեսքի: բացվածքի բացվածք(Նկար 3.10):


    Փոխարկման մեկնարկի ազդանշանը գալիս է այս պահինտ 0 , և ելքային ծածկագիրը հայտնվում է այս պահինտ 1 ... Այս ընթացքում մուտքային ազդանշանը կարողացավ փոխվել ըստ արժեքիԴՈւ ... Անորոշություն է առաջանում. Միջակայքում մուտքային ազդանշանի արժեքի ինչ մակարդակU 0 - U 0 + ԴՈւ տրված ելքային ծածկագիրը համընկնում է: Փոխակերպման ճշգրտությունը նվազագույն նշանակալի բիտ միավորի մակարդակում պահպանելու համար անհրաժեշտ է, որ փոխակերպման ժամանակ ADC մուտքի ազդանշանի արժեքի փոփոխությունը լինի ոչ ավելի, քան նվազագույն նշանակալի բիտ միավորի արժեքը:

    (3.15).

    Փոխակերպման ընթացքում ազդանշանի մակարդակի փոփոխությունը կարող է մոտավորապես հաշվարկվել որպես

    (3.16),

    որտեղ U ներս - ADC մուտքային լարումը,Տ դ - փոխարկման ժամանակը: Փոխարինելով (3.16) -ը (3.15), մենք ստանում ենք

    (3.17).

    Եթե \u200b\u200bմուտքը հաճախականությամբ սինուսոիդային ազդանշան էզ

    (3.18),

    ապա դրա ածանցյալը կլինի

    (3.19).

    Այն տանում է իր առավելագույն արժեքը, երբ կոսինուսը 1 է. (3,7) -ում փոխարինելով (3,9) -ին `հաշվի առնելով դա, մենք ստանում ենք

    , կամ

    (3.20)

    ADC- ի վերջի փոխարկման ժամանակը հանգեցնում է մուտքային ազդանշանի փոփոխության տեմպը սահմանափակելու պահանջին: Խոռոչի սխալը նվազեցնելու համար և այլն: թուլացնել սահմանափակում փոխարժեքի փոփոխության մուտքային ազդանշանի ADC մուտքի փոխարկիչ սահմանված այսպես կոչված. Fetch-store սարք (FDD) (Հետագծի / պահման միավոր ) UVC- ի պարզեցված դիագրամը ներկայացված է Նկար 3.11-ում:


    Այս սարքն ունի շահագործման երկու եղանակ ՝ նմուշառման ռեժիմ և փակման ռեժիմ: Նմուշառման ռեժիմը համապատասխանում է ստեղնի փակ վիճակինSW ... Այս ռեժիմում UVC- ի ելքային լարումը կրկնում է իր մուտքային լարումը: Սողնման ռեժիմն ակտիվանում է բացման ստեղնի հրամանովSW ... Այս դեպքում UVC- ի մուտքի և ելքի միջև կապը ընդհատվում է, և ելքային ազդանշանը պահպանվում է մուտքի ազդանշանի մակարդակին համապատասխանող հաստատուն մակարդակում այն \u200b\u200bժամանակ, երբ ստացվում է փականի հրամանը `կուտակված լիցքի պատճառով կոնդենսատորը: Այսպիսով, եթե դուռի հրամանը ուղարկում ես ADC փոխարկման մեկնարկից անմիջապես առաջ, ապա ուլտրամանուշակագույնի ելքային ազդանշանը կփոխվի հաստատուն մակարդակի վրա ՝ փոխակերպման ողջ ընթացքում: Փոխակերպման ավարտից հետո UVC- ն կրկին տեղափոխվում է նմուշառման ռեժիմ: Իրական UVC- ի աշխատանքը որոշակիորեն տարբերվում է նկարագրված իդեալական դեպքից (Նկար 3.12):


    (3.21),

    որտեղ զ - մուտքային ազդանշանի հաճախականությունը,տ Ա Խոռոչի մեծության չափն անորոշ է:

    Իրական IWC- ում ելքային ազդանշանը չի կարող ամբողջովին անփոփոխ մնալ վերջավոր փոխարկման ժամանակի համար: Կոնդենսատորը աստիճանաբար կթողարկվի ելքային բուֆերի փոքր մուտքային հոսանքով: Պահանջվող ճշգրտությունը պահպանելու համար անհրաժեշտ է, որ փոխակերպման ընթացքում կոնդենսատորի լիցքը 0,5-ից ավելի չփոխվիU LSB:

    Թվայինից անալոգային փոխարկիչներ Դրանք սովորաբար տեղադրվում են միկրոպրոցեսորային համակարգի ելքի վրա, որպեսզի դրա ելքային կոդերը վերափոխեն անալոգային ազդանշանի, որը մատակարարվում է շարունակական կառավարման օբյեկտի: 3-բիթանոց DAC- ի իդեալական ստատիկ պատասխանը ներկայացված է Նկար 3.13-ում:


    Բնութագրի ելակետ սահմանվում է որպես առաջին (զրոյական) մուտքային կոդին համապատասխանող կետU 00 ... 0 . Բնութագրի վերջնական կետըսահմանվում է որպես վերջին մուտքային կոդին համապատասխանող կետU 11 ... 1 ... Ելքային լարման միջակայքի սահմանումները, քվանտացման նվազագույն նշանակալի թվանշանի միավորները, զրոյական փոխհատուցման սխալները, փոխարկման գործոնի սխալները նման են ADC- ի համապատասխան բնութագրերին:

    Կառուցվածքային կազմակերպության տեսանկյունից, DAC- ը փոխարկիչ կառուցելու շատ ավելի փոքր տարբերակներ ունի: DAC- ի հիմնական կառուցվածքը այսպես կոչված է: "ՇղթաR -2 R դիագրամ »(նկ. 3.14):



    Հեշտ է ցույց տալ, որ շղթայի մուտքային հոսանքն էԵս \u003d U REF / R , և համապատասխանաբար շղթայի հաջորդական օղակների հոսանքներըԵս / 2-ում եմ, ես / 4-ում եմ, ես ներսում եմ / 8 և այլն: Մուտքային թվային կոդը ելքային հոսանքի վերափոխելու համար բավական է հավաքել փոխակերպիչի ելքի կետում մուտքային կոդում գտնվողներին համապատասխանող բոլոր թևային հոսանքները (Նկար 3.15):


    Եթե \u200b\u200bփոխարկիչի ելքային կետին միացված է գործառնական ուժեղացուցիչ, ապա ելքային լարումը կարող է սահմանվել որպես

    (3.22),

    որտեղ Կ - մուտքային թվային կոդ,Ն - DAC- ի թվանշանային հզորությունը:

    Գոյություն ունեցող բոլոր DAC- ները բաժանված են երկու մեծ խմբերի ՝ DAC ՝ ընթացիկ ելքով և DAC ՝ լարման ելքով: Նրանց միջեւ տարբերությունը կայանում է նրանում, որ DAC չիպում գործառնական ուժեղացուցիչի վրա վերջին փուլի բացակայությունը կամ ներկայությունը: Լարման-ելքային DAC- ները ավելի ամբողջական սարքեր են և շահագործման համար անհրաժեշտ են ավելի քիչ լրացուցիչ բաղադրիչներ: Այնուամենայնիվ, վերջին փուլը, սանդուղքի սխեմայի պարամետրերի հետ մեկտեղ, որոշում է DAC- ի դինամիկ և ճշգրտության պարամետրերը: DAC- ով մեկ չիպի վրա ճշգրիտ բարձր արագությամբ գործառնական ուժեղացուցիչի ներդրումը հաճախ դժվար է: Հետեւաբար, գերարագ DAC- ների մեծ մասն ունի ընթացիկ ելք:

    Դիֆերենցիալ ոչ գծայնություն համար DAC- ը սահմանվում է որպես անալոգային ելքային ազդանշանի երկու հարակից մակարդակների իդեալական արժեքից հեռավորության շեղումU LSB ... Դիֆերենցիալ ոչ գծայնության բարձր արժեքը կարող է հանգեցնել DAC- ի ոչ մոնոտոն դառնալուն: Սա նշանակում է, որ թվային կոդի ավելացումը կհանգեցնի բնութագրիչի որոշ մասի ելքային ազդանշանի նվազմանը (Նկար 3.16): Սա կարող է հանգեցնել համակարգում անցանկալի սերնդի առաջացմանը:


    Ինտեգրալ ոչ գծայնություն dAC- ի համար այն սահմանվում է որպես անալոգային ելքային մակարդակի ամենամեծ շեղում ուղիղ գծից, որը գծված է առաջին և վերջին կոդին համապատասխանող կետերի միջով, դրանք ճշգրտվելուց հետո:

    Կարգավորման ժամանակը DAC- ը սահմանվում է որպես ժամանակ, որի ընթացքում DAC ելքային ազդանշանը կտեղադրվի տվյալ մակարդակում `0,5-ից ոչ ավել սխալովU LSB մուտքագրման կոդը 00-ից 0-ից վերափոխվելուց հետո 11 ... 1: Եթե \u200b\u200bDAC- ն ունի մուտքային մատյաններ, ապա կարգավորման ժամանակի որոշակի մասը պայմանավորված է թվային ազդանշանների անցման ֆիքսված ուշացումով, և միայն մնացածը `հենց DAC- ի իներցիայով: Հետևաբար, կարգավորման ժամանակը սովորաբար չափվում է ոչ թե այն պահից, երբ նոր կոդ է գալիս DAC մուտքագրում, այլ այն պահից, երբ նոր կոդին համապատասխանող ելքային ազդանշանը սկսում է փոխվել մինչ ելքային ազդանշանը հաստատվում է ճշգրտությամբ0.5U LSB (Նկար 3.17):


    Այս դեպքում կարգավորման ժամանակը որոշում է DAC- ի նմուշառման առավելագույն արագությունը:

    (3.23),

    որտեղ տ Ս - կարգավորման ժամանակը:

    DAC մուտքային թվային շղթաները վերջավոր արագությամբ են: Բացի այդ, մուտքային կոդի տարբեր բիթերին համապատասխանող ազդանշանների տարածման արագությունը նույնը չէ ՝ տարրերի պարամետրերի և շղթայի առանձնահատկությունների տարածման պատճառով: Արդյունքում, DAC սանդուղքի շղթայի թևերը, երբ գալիս է նոր ծածկագիր, փոխվում են ոչ թե սինքրոն, այլ միմյանց նկատմամբ որոշակի ուշացումով: Դա հանգեցնում է այն փաստի, որ DAC- ի ելքային լարման գծապատկերում, կայուն կայուն արժեքից մյուսին անցնելիս, նկատվում են տարբեր ամպլիտուդների և ուղղությունների ալիքներ (նկ. 3.18):


    Գործողության ալգորիթմի համաձայն, DAC- ը զրոյական կարգի էքստրապոլատոր է, որի հաճախականության արձագանքը կարող է ներկայացվել արտահայտությամբ

    (3.24),

    Որտեղ վ ս - նմուշառման հաճախականությունը: DAC- ի հաճախականության արձագանքը ներկայացված է Նկար 3.20-ում:


    Ինչպես տեսնում եք, 0,5 հաճախականությամբվ ս վերակառուցված ազդանշանը թուլանում է 3.92 դԲ-ով `ազդանշանի ցածր հաճախականության բաղադրիչների համեմատ: Այսպիսով, կա վերակառուցված ազդանշանի սպեկտրի մի փոքր աղավաղում: Շատ դեպքերում, այս փոքր աղավաղումը էապես չի ազդում համակարգի աշխատանքի վրա: Այնուամենայնիվ, այն դեպքերում, երբ անհրաժեշտ է համակարգի սպեկտրալ բնութագրերի բարձր գծայնություն (օրինակ ՝ ձայնամշակման համակարգերում), հատուկ վերակառուցման զտիչ ՝ տիպի հաճախականությամբ բնութագրիչովx / sin (x):

    Բեռնվում է ...Բեռնվում է ...