цифровая электроника
вычислительная техника
встраиваемые системы

 
» » Как работает АЦП последовательного приближения и где его лучше всего использовать

Как работает АЦП последовательного приближения и где его лучше всего использовать

Автор: Mike(admin) от 3-11-2020, 23:55

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) – это тип устройства, которое помогает нам обрабатывать хаотические данные реального мира с цифровой точки зрения. Чтобы понимать реальные данные, такие как температура, влажность, давление, положение, нам нужны преобразователи, все они измеряют определенные параметры и возвращают нам электрический сигнал в виде напряжения и тока. Поскольку большинство наших устройств в настоящее время являются цифровыми, возникает необходимость преобразовать эти сигналы в цифровые сигналы. Здесь на помощь приходит АЦП, хотя существует много различных типов АЦП, но в этой статье мы поговорим об одном из наиболее часто используемых типов АЦП, который известен как АЦП последовательного приближения.


Как работает АЦП последовательного приближения и где его лучше всего использовать

АЦП последовательного приближения – это предпочтительный вариант для недорогих приложений со средним и высоким разрешением преобразования. Разрешение для АЦП последовательного приближения находится в диапазоне от 8 до 18 бит, со скоростью дискретизации до 5 млн. выборок в секунду (Msps). Кроме того, он может быть выполнен в небольшом форм-факторе с низким энергопотреблением, поэтому этот тип АЦП используется в портативных приборах с батарейным питанием.


Как следует из названия, этот АЦП применяет алгоритм двоичного поиска для преобразования значений, поэтому внутренняя схема может работать на нескольких МГц, но фактическая частота дискретизации намного меньше из-за алгоритма последовательного приближения. Подробнее об этом мы поговорим позже в этой статье.


Чтобы лучше понять принцип работы этого типа АЦП, мы воспользуемся его 4-битной версией. На изображении далее показан именно такой вариант.


Как работает АЦП последовательного приближения

Как видите, этот АЦП состоит из компаратора, цифроаналогового преобразователя и регистра последовательного приближения вместе со схемой управления. Схема выборки и хранения производит выборку входного сигнала, и этот сигнал сравнивается с конкретным выходным сигналом ЦАП.


Как работает АЦП последовательного приближения

Теперь предположим, что дискретизированный входной сигнал составляет 5,8 В. Источник опорного напряжения АЦП выдает 10 В. Когда начинается преобразование, регистр последовательного приближения устанавливает старший бит в 1, а все остальные биты в ноль. Это означает, что значение становится 1, 0, 0, 0, что означает, для опорного напряжения 10 В, ЦАП будет производить значение 5В, которая составляет половину от опорного напряжения. Теперь это напряжение будет сравниваться с входным напряжением, и на основе выхода компаратора будет изменен выход регистра последовательного приближения. Следующее изображение проясняет это больше.


Это означает, что если Vin больше, чем выход ЦАП, старший бит останется без изменений, а следующий бит будет установлен для нового сравнения. В противном случае, если входное напряжение меньше значения ЦАП, старший бит будет установлен в ноль, а следующий бит будет установлен в 1 для нового сравнения. Теперь, как вы видите на следующем изображении, напряжение ЦАП составляет 5 В и, поскольку оно меньше входного напряжения, следующий бит перед самым старшим битом будет установлен в единицу, а другие биты будут установлены в ноль, этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока не будет достигнуто значение, наиболее близкое к входному напряжению.


Как работает АЦП последовательного приближения и где его лучше всего использовать

Вот как АЦП последовательного приближения изменяет 1 бит за раз для определения входного напряжения и получения выходного значения. И какое бы значение ни было в четырех итерациях, мы получим выходной цифровой код из входного значения. Наконец, список всех возможных комбинаций для четырехразрядного АЦП последовательного приближения показан далее.


Как работает АЦП последовательного приближения и где его лучше всего использовать

В общем, можно сказать, что для N-битного АЦП потребуется N тактовых циклов, что означает, что время преобразования этого АЦП станет равным Tc = N x Tclk. Tc – это временя преобразования. И, в отличие от других АЦП, время преобразования этого АЦП не зависит от входного напряжения. Поскольку мы используем 4-битный АЦП, чтобы избежать эффектов наложения спектров, нам нужно взять выборку после 4 последовательных тактовых импульсов.


Этот тип АЦП имеет много преимуществ перед другими. Он имеет высокую точность и низкое энергопотребление, при этом прост в использовании и имеет малое время задержки. Время задержки – это время начала получения сигнала и время, когда данные доступны для выборки из АЦП, обычно это время задержки определяется в секундах. Но также в некоторых таблицах этот параметр называется циклами преобразования, в конкретном АЦП, если данные доступны для выборки в течение одного цикла преобразования, мы можем сказать, что у него есть задержка в один цикл предварительной обработки. И если данные доступны после N циклов, мы можем сказать, что они имеют задержку в один цикл преобразования. Основным недостатком АЦП последовательного приближения является сложность конструкции и стоимость изготовления.


Поскольку это наиболее часто используемый АЦП, он используется во многих приложениях, таких как биомедицинские устройства, которые могут быть имплантированы пациенту, эти АЦП используются, потому что они потребляют очень мало энергии. Кроме того, многие умные часы и датчики использовали этот тип АЦП.


Подводя итог, можно сказать, что основными преимуществами этого типа АЦП являются низкое энергопотребление, высокое разрешение, малый форм-фактор и точность. Этот тип делает АЦП подходящими для интегрированных систем. Основным ограничением может быть его низкая частота дискретизации и элементы, необходимые для создания этого АЦП, который представляет собой ЦАП и компаратор, оба из которых должны работать очень точно, чтобы получить точный результат.




© digitrode.ru


Теги: АЦП




Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.

Комментарии:

Оставить комментарий