- ما هو التقريب المتتالي ADC؟
- عمل التقريب المتتالي ADC
- وقت التحويل والسرعة وحل التقريب المتتالي ADC
- مزايا وعيوب التقريب المتتالي ADC
- تطبيقات SAR ADC
ل محول تناظري رقمي (ADC) هو نوع الجهاز الذي يساعدنا على معالجة البيانات في العالم الحقيقي الفوضى في وجهة نظر الرقمية. لفهم بيانات العالم الحقيقي مثل درجة الحرارة ، والرطوبة ، والضغط ، والموضع ، نحتاج إلى محولات طاقة ، وكلها تقيس معلمات معينة وتعطينا إشارة كهربائية مرة أخرى في شكل جهد وتيار. نظرًا لأن غالبية أجهزتنا في الوقت الحاضر رقمية ، يصبح من الضروري تحويل هذه الإشارات إلى إشارات رقمية. هذا هو المكان الذي يأتي فيه ADC ، على الرغم من وجود العديد من الأنواع المختلفة من ADC ، ولكن في هذه المقالة ، سنتحدث عن أحد أكثر أنواع ADC استخدامًا والتي تُعرف باسم التقريب المتتالي ADC. في مقال مبكر ، تحدثنا عن أساس ADC بمساعدة Arduino ، يمكنك التحقق من ذلك إذا كنت جديدًا في مجال الإلكترونيات وترغب في معرفة المزيد عن ADC.
ما هو التقريب المتتالي ADC؟
ل تقريب ADC المتعاقبة هو ADC الاختيار لمتوسطة منخفضة التكلفة لتطبيقات عالية الدقة، و قرار لSAR ADCS يتراوح 8-18 بت، مع عينة بسرعة تصل إلى 5 ميجا عينة في الثانية (المشاريع متوسطة الحجم). أيضًا ، يمكن بناؤها في شكل صغير مع استهلاك منخفض للطاقة ، وهذا هو سبب استخدام هذا النوع من ADC للأدوات المحمولة التي تعمل بالبطاريات.
كما يوحي الاسم ، يطبق ADC خوارزمية بحث ثنائية لتحويل القيم ، وهذا هو السبب في أن الدوائر الداخلية قد تعمل عند عدة ميجاهرتز ولكن معدل العينة الفعلي أقل بكثير بسبب خوارزمية التقريب المتتالي. نناقش المزيد حول هذا الموضوع لاحقًا في هذه المقالة.
عمل التقريب المتتالي ADC
تُظهر صورة الغلاف الدائرة التقريبية المتتالية الأساسية لدائرة ADC. ولكن لفهم مبدأ العمل بشكل أفضل قليلاً ، سنستخدم نسخة 4 بت منه. الصورة أدناه تظهر ذلك بالضبط.
كما ترون ، يتكون ADC من مقارن ومحول رقمي إلى تناظري وسجل تقريبي متتالي مع دائرة التحكم. الآن ، كلما بدأت محادثة جديدة ، تأخذ العينة ودائرة الانتظار إشارة الإدخال. وتتم مقارنة هذه الإشارة بإشارة الإخراج المحددة لـ DAC.
لنفترض الآن أن إشارة الإدخال التي تم أخذ عينات منها هي 5.8 فولت. مرجع ADC هو 10V. عندما يبدأ التحويل ، يقوم سجل التقريب المتتالي بتعيين البت الأكثر أهمية على 1 وجميع البتات الأخرى على الصفر. هذا يعني أن القيمة تصبح 1 ، 0 ، 0 ، 0 ، مما يعني أنه بالنسبة للجهد المرجعي 10 فولت ، فإن DAC ستنتج قيمة 5 فولت وهي نصف الجهد المرجعي. الآن ستتم مقارنة هذا الجهد بجهد الإدخال وبناءً على خرج المقارنة ، سيتم تغيير ناتج سجل التقريب المتتالي. الصورة أدناه ستوضحها أكثر. علاوة على ذلك ، يمكنك إلقاء نظرة على جدول مرجعي عام لمزيد من التفاصيل حول DAC. لقد قمنا سابقًا بالعديد من المشاريع على ADCs و DACs ، يمكنك التحقق من هذه لمزيد من المعلومات.
هذا يعني أنه إذا كان Vin أكبر من ناتج DAC ، فإن البت الأكثر أهمية سيبقى كما هو ، وسيتم تعيين البت التالي لمقارنة جديدة. خلاف ذلك ، إذا كان جهد الدخل أقل من قيمة DAC ، فسيتم ضبط البت الأكثر أهمية على الصفر ، وسيتم تعيين البتة التالية على 1 لإجراء مقارنة جديدة. الآن إذا رأيت الصورة أدناه ، فإن جهد DAC هو 5V ولأنه أقل من جهد الدخل ، فإن البتة التالية قبل أن يتم ضبط البت الأكثر أهمية على واحد ، وتضبط البتات الأخرى على الصفر ، ستستمر هذه العملية حتى تصل القيمة الأقرب إلى جهد الدخل.
هذه هي الطريقة التي يتغير بها التقريب المتتابع ADC بمقدار بت واحد في كل مرة لتحديد جهد الدخل وإنتاج قيمة الإخراج. ومهما كانت القيمة في أربع تكرارات ، فسنحصل على الكود الرقمي الناتج من قيمة الإدخال. أخيرًا ، يتم عرض قائمة بجميع التركيبات الممكنة لتقريب متتالي من أربع بتات ADC أدناه.
وقت التحويل والسرعة وحل التقريب المتتالي ADC
وقت التحويل:
بشكل عام ، يمكننا القول أنه بالنسبة إلى N بت ADC ، سيستغرق الأمر N من دورات الساعة ، مما يعني أن وقت التحويل الخاص بـ ADC هذا سيصبح-
Tc = N x Tclk
* Tc اختصار لوقت التحويل.
وعلى عكس ADC الأخرى ، فإن وقت التحويل لهذا ADC مستقل عن جهد الدخل.
نظرًا لأننا نستخدم ADC 4 بت ، لتجنب تأثيرات التعرج ، نحتاج إلى أخذ عينة بعد 4 نبضات متتالية على مدار الساعة.
سرعة التحويل:
تبلغ سرعة التحويل النموذجية لهذا النوع من ADC حوالي 2-5 ميغا عينات في الثانية (MSPS) ، ولكن هناك القليل منها يمكن أن يصل إلى 10 (MSPS). مثال على ذلك هو LTC2378 بواسطة Linear Technologies.
الدقة:
يمكن أن تكون دقة هذا النوع من ADC حوالي 8 - 16 بت ، لكن بعض الأنواع يمكن أن تصل إلى 20 بت ، مثال يمكن أن يكون ADS8900B بواسطة الأجهزة التناظرية.
مزايا وعيوب التقريب المتتالي ADC
هذا النوع من ADCs له العديد من المزايا مقارنة بالآخرين. تتميز بدقة عالية واستهلاك منخفض للطاقة ، في حين أنها سهلة الاستخدام ووقت انتقال منخفض. وقت الاستجابة هو وقت بداية الحصول على الإشارة والوقت الذي تكون فيه البيانات متاحة للجلب من ADC ، وعادة ما يتم تحديد وقت الاستجابة هذا بالثواني. ولكن أيضًا تشير بعض أوراق البيانات إلى هذه المعلمة على أنها دورات تحويل ، في ADC معين إذا كانت البيانات متاحة للجلب خلال دورة تحويل واحدة ، فيمكننا القول أن لديها وقت استجابة لدورة محادثة واحدة. وإذا كانت البيانات متاحة بعد دورات N ، فيمكننا القول أن لها وقت استجابة لدورة تحويل واحدة. العيب الرئيسي لـ SAR ADC هو تعقيد التصميم وتكلفة الإنتاج.
تطبيقات SAR ADC
نظرًا لأن هذا هو ADC الأكثر استخدامًا ، فإنه يستخدم في العديد من التطبيقات مثل الاستخدامات في الأجهزة الطبية الحيوية التي يمكن زرعها في المريض ، يتم استخدام هذه الأنواع من ADC لأنها تستهلك طاقة أقل. أيضًا ، استخدمت العديد من الساعات الذكية وأجهزة الاستشعار هذا النوع من ADC.
باختصار ، يمكننا القول أن المزايا الأساسية لهذا النوع من ADC هي انخفاض استهلاك الطاقة ، والدقة العالية ، وعامل الشكل الصغير ، والدقة. هذا النوع من الشخصيات يجعلها مناسبة للأنظمة المتكاملة. يمكن أن يكون القيد الرئيسي هو معدل أخذ العينات المنخفض والأجزاء المطلوبة لبناء ADC ، وهو DAC ، والمقارن ، وكلاهما يجب أن يعمل بدقة شديدة للحصول على نتيجة دقيقة.