Analoginis-skaitmeninis keitiklis - paskirtis, klasifikacija ir veikimo principas

Elektroninis įrenginys, vadinamas analoginiu-skaitmeniniu keitikliu (ADC), naudojamas analoginiam signalui konvertuoti į skaitmeninį signalą (skaitomo dvejetainio kodo tipo seka). Analoginio signalo konvertavimo į skaitmeninį procese įgyvendinama: atranka, kvantavimas ir kodavimas.

Atranka suprantama kaip mėginių ėmimas iš laiko nepertraukiamo analoginio signalo, kai atskiros (diskrečios) reikšmės patenka laiko momentais, susijusiais su tam tikrais vienas kitą sekančių laikrodžio signalų intervalais ir trukme.

Kvantifikavimas apima mėginių ėmimo metu pasirinkto analoginio signalo vertės apvalinimą iki artimiausio kvantavimo lygio, o kvantavimo lygiai turi savo eilės numerį, o šie lygiai vienas nuo kito skiriasi fiksuota delta reikšme, kuri yra ne kas kita, kaip kvantavimo žingsnis.

Griežtai kalbant, atranka yra procesas, kai nuolatinė funkcija pateikiama kaip diskrečiųjų reikšmių serija, o kvantavimas yra signalo (reikšmių) padalijimas į lygius. Kalbant apie kodavimą, čia kodavimas suprantamas kaip elementų, gautų atlikus kvantavimą, palyginimas su iš anksto nustatytu kodų deriniu.

Yra daug būdų, kaip įtampą konvertuoti į kodą. Be to, kiekvienas iš metodų turi individualių savybių: tikslumą, greitį, sudėtingumą. Pagal konversijos metodo tipą ADC skirstomi į tris

• lygiagrečiai

• nuoseklus,

• nuosekliai lygiagrečiai.

Kiekvienam metodui signalo transformavimo procesas laikui bėgant vyksta savaip, taigi ir pavadinimas. Skirtumai slypi tame, kaip atliekamas kvantavimas ir kodavimas: nuoseklioji, lygiagreti arba nuoseklioji lygiagreti procedūra, skirta skaitmeniniam rezultatui priartinti prie konvertuoto signalo.

Lygiagrečio analoginio-skaitmeninio keitiklio schema parodyta paveikslėlyje. Lygiagretieji ADC yra greičiausi analoginio į skaitmeninį keitikliai.

Elektroninių palyginimo įrenginių skaičius (bendras DA lygintuvų skaičius) atitinka ADC talpą: dviem bitams užtenka trijų, trijų – septynių, keturių – 15 ir t.t. Rezistoriaus įtampos daliklis skirtas pastovių atskaitos įtampų diapazonui nustatyti.

Įėjimo įtampa (čia matuojama šios įvesties įtampos vertė) vienu metu taikoma visų komparatorių įėjimams ir lyginama su visomis etaloninėmis įtampomis tų, kurias leidžia gauti šis varžinis daliklis.

Tie komparatoriai, kurių neinvertuojantys įėjimai yra maitinami didesne nei atskaitos įtampa (dalytuvu taiko invertuojamąjį įėjimą), išėjime duos loginį, likusieji (kai įėjimo įtampa yra mažesnė už etaloninę arba lygi nulis) davė nulį.

Tada prijungiamas kodavimo įrenginys, kurio užduotis yra vienetų ir nulių derinį paversti standartiniu, adekvačiai suprantamu dvejetainiu kodu.

ADC grandinės, skirtos nuosekliai konvertuoti, yra ne tokios sparčios nei lygiagrečių keitiklių grandinės, tačiau jos yra paprastesnės elementarios konstrukcijos.

Paveikslėlyje parodyta tokio ADC schema. Pavyzdžiui, nors išmatuota įtampa, tiekiama į lyginamosios grandinės įvestį, yra didesnė už antrojo įėjimo (atskaitos) signalą, skaitiklis skaičiuoja laikrodžio generatoriaus impulsus. Pasirodo, išmatuota įtampa yra proporcinga suskaičiuotų impulsų skaičiui.

Taip pat yra serijinių lygiagrečių ADC, kur analoginio signalo konvertavimo į skaitmeninį signalą procesas yra atskirtas erdvėje, todėl paaiškėja, kad didžiausias kompromiso greitis pasiekiamas su minimaliu sudėtingumu.