Analog-til-digital-omformer - formål, klassifisering og operasjonsprinsipp

En elektronisk enhet kalt en analog-til-digital-omformer (ADC) brukes til å konvertere et analogt signal til et digitalt signal (i en lesbar binær kodesekvens). I prosessen med å konvertere et analogt signal til digitalt implementeres følgende: sampling, kvantisering og koding.

Sampling forstås som å ta prøver fra et tidskontinuerlig analogt signal av individuelle (diskrete) verdier som faller på tidspunkter knyttet til bestemte intervaller og varigheter av klokkesignaler som følger hverandre.

Kvantisering innebærer å avrunde verdien av et analogt signal valgt under sampling til nærmeste kvantiseringsnivå, og kvantiseringsnivåene har sitt eget sekvensnummer, og disse nivåene skiller seg fra hverandre med en fast deltaverdi, som ikke er noe annet enn kvantiseringstrinn.

Strengt tatt er sampling prosessen med å representere en kontinuerlig funksjon som en serie diskrete verdier, og kvantisering er delingen av et signal (verdier) i nivåer. Når det gjelder koding, er koding her forstått som en sammenligning av elementene oppnådd som et resultat av kvantisering med en forhåndsbestemt kombinasjon av koder.

Det er mange metoder for å konvertere spenning til kode. I tillegg har hver av metodene individuelle egenskaper: nøyaktighet, hastighet, kompleksitet. I henhold til typen konverteringsmetode er ADC klassifisert i tre

• parallelt

• konsistent,

• seriell-parallell.

For hver metode går prosessen med å transformere et signal over tid på sin egen måte, derav navnet. Forskjellene ligger i hvordan kvantisering og koding utføres: en seriell, parallell eller seriell-parallell prosedyre for å tilnærme et digitalt resultat til det konverterte signalet.

Diagrammet av en parallell analog-til-digital-omformer er vist i figuren. Parallelle ADC-er er de raskeste analog-til-digital-omformerne.

Antall elektroniske sammenligningsenheter (totalt antall DA-komparatorer) tilsvarer kapasiteten til ADC: tre komparatorer er nok for to bits, syv for tre, 15 for fire, etc. Motstandsspenningsdeleren er designet for å stille inn en rekke konstante referansespenninger.

Inngangsspenningen (verdien av denne inngangsspenningen måles her) påføres samtidig inngangene til alle komparatorene og sammenlignes med alle referansespenningene til de som denne resistive deleren tillater å oppnå.

De komparatorene hvis ikke-inverterende innganger mates med en spenning som er større enn referansen (tilført av deleren til den inverterende inngangen) vil gi en logisk en ved utgangen, resten (hvor inngangsspenningen er mindre enn referansen eller lik null) vil ga null.

Deretter kobles en koder til, dens oppgave er å konvertere en kombinasjon av enere og nuller til en standard, tilstrekkelig forstått binær kode.

ADC-kretser for seriell konvertering er mindre raske enn parallelle omformerkretser, men de har en enklere elementær design.Den bruker en komparator, OG-logikk, en klokke, en teller og en digital-til-analog-omformer.

Figuren viser et diagram over en slik ADC. For eksempel, mens den målte spenningen påført inngangen til komparatorkretsen er høyere enn rampesignalet til den andre inngangen (referanse), teller telleren pulsene til klokkegeneratoren. Det viser seg at den målte spenningen er proporsjonal med antall talte pulser.

Det finnes også serieparallelle ADC-er, hvor prosessen med å konvertere et analogt signal til et digitalt signal separeres i rommet, så det viser seg at maksimal avveiningshastighet oppnås med minimal kompleksitet.