Contenuti
· Convertitore da analogico a digitale (ADC)
· Principio di funzionamento di un convertitore da analogico a digitale
· Simbolo elettrico del convertitore da analogico a digitale
· Tipi di convertitore analogico-digitale e spiegazioni
· Applicazioni del convertitore analogico-digitale
· Test di un convertitore analogico-digitale
· Un circuito integrato ADC
Definizione e panoramica del convertitore analogico-digitale
Un convertitore da analogico a digitale è un dispositivo elettronico. Come predice il nome, il segnale analogico fornito viene convertito in un segnale digitale che viene prodotto in uscita. I segnali analogici come la voce registrata da un microfono possono essere convertiti in un segnale digitale utilizzando un convertitore analogico-digitale.
Un convertitore da analogico a digitale è anche noto come convertitore ADC e convertitore da A a D, ecc.
Funzionamento di un convertitore analogico-digitale
Un segnale analogico è definito come il segnale a tempo continuo e ad ampiezza continua. Allo stesso tempo, un segnale digitale è definito come segnale a tempo discreto e ampiezza discreta. Un segnale analogico viene convertito in un segnale digitale con l'aiuto di un convertitore analogico-digitale. Il la trasformazione ha diversi passaggi, come campionamento, quantizzazione e altri. Il processo non è continuo; invece, è periodico e limita la larghezza di banda consentita del segnale di ingresso.
Un convertitore analogico-digitale funziona sulla base del Nyquist-Shannon Teorema di campionamento. Afferma che – un segnale di ingresso può essere recuperato dalla sua uscita campionata se la frequenza di campionamento è due volte maggiore o uguale alla componente di frequenza più alta presente nel segnale di ingresso.
Esistono diversi parametri per misurare le prestazioni di un convertitore da analogico a digitale. La larghezza di banda del segnale di uscita, il rapporto segnale / rumore sono alcuni dei parametri.
Simbolo elettrico di un ADC
Il simbolo sottostante rappresenta un convertitore da analogico a digitale (ADC).
Tipi di convertitori da analogico a digitale
La conversione dei segnali analogici in ingresso in segnali digitali può essere ottenuta attraverso diversi processi. Discutiamo alcuni dei tipi in dettaglio -
A. ADC flash
Flash ADC è noto come convertitore analogico-digitale del tipo a conversione diretta. È uno dei tipi più veloci di convertitori analogico-digitali. Comprende una serie di comparatori con i terminali invertenti collegati a un divisore di tensione a scala e i terminali non invertenti collegati al segnale di ingresso analogico.
Come mostra il circuito, una scala di resistori ben abbinati è collegata a una tensione di riferimento o di soglia. Un comparatore viene utilizzato ad ogni presa della scala dei resistori. Quindi c'è una fase di amplificazione e dopo di che, il codice viene generato come valori binari (0 e 1). Viene utilizzato anche un amplificatore. L'amplificatore amplifica la differenza di tensione dai comparatori e sopprime anche l'offset del comparatore.
Se la tensione misurata è superiore alla tensione di soglia, l'uscita binaria sarà una e se la tensione misurata è inferiore al lavoro binario sarà 0.
Gli ADC recentemente migliorati vengono modificati con sistemi di correzione degli errori digitali, calibrazioni offset e inoltre sono di dimensioni inferiori. Gli ADC sono ora disponibili nei circuiti integrati (CI).
Questo tipo di convertitori analogico-digitale ha un'elevata velocità di campionamento. Pertanto, ha applicazioni in dispositivi ad alta frequenza. Rilevamento tramite radar, radio a banda larga, varie apparecchiature di prova sono alcuni di questi. La memoria flash NAND utilizza anche convertitori analogico-digitali di tipo flash per memorizzare fino a 3 bit in una cella.
Gli ADC di tipo Flash sono più veloci in termini di velocità operativa, semplici nei circuiti e la conversione coincide invece che in sequenza. Tuttavia, questi richiedono un numero considerevole di confronti rispetto ai diversi tipi di ADC.
B. Approssimazione successiva tipo ADC
Il tipo di approssimazione successiva ADC è un altro tipo di convertitore analogico-digitale che utilizza la ricerca binaria attraverso i livelli di quantizzazione prima della conversione nel dominio digitale.
L'intero processo è suddiviso in diversi sottoprocessi. C'è un circuito ampio e di mantenimento, che prende l'ingresso analogico, Vin. Poi c'è un comparatore che confronta la tensione analogica in ingresso con il convertitore digitale-analogico interno. C'è anche un registro ad approssimazione successiva (SAR), che riceve input come impulso di clock e dati del comparatore.
Il SAR viene principalmente inizializzato per rendere l'MSB (bit più significativo) come logico alto o 1. Questo codice viene fornito al convertitore digitale-analogico, che fornisce inoltre l'analogico equivalente al circuito comparatore rispetto al segnale di ingresso analogico campionato. Se la tensione è superiore alla tensione di ingresso, il comparatore resetta il bit. Altrimenti il bit viene lasciato così com'è. Successivamente, il bit successivo viene impostato su uno digitale e l'intero processo viene nuovamente eseguito fino a quando non viene testato ogni bit del registro ad approssimazioni successive. L'uscita finale è la versione digitale del segnale di ingresso analogico.
Sono disponibili due tipi di convertitori da analogico a digitale ad approssimazione successiva. Sono: tipo di contatore e tipo di tracciamento servo.
Questi tipi di ADC forniscono i risultati più accurati rispetto ad altri tipi di ADC.
Credito immagine: White Flye, Schema a blocchi dell'ADC SA, CC BY-SA 2.5
C. Integrazione di tipo ADC
Come suggerisce il nome, questo tipo di ADC converte il segnale analogico in ingresso a tempo continuo e ampiezza continua in un segnale digitale utilizzando un integratore (un integratore) per applicare un amplificatore operazionale che prende un normale segnale di ingresso e fornisce un segnale di uscita integrato nel tempo).
Una tensione di ingresso analogico non identificata viene applicata al terminale di ingresso e lasciata salire per un certo periodo, noto come periodo di accelerazione. Una tensione di riferimento predeterminata di polarità opposta viene quindi applicata al circuito integratore. Ciò può anche aumentare fino a quando ea meno che l'integratore non fornisca l'uscita come zero. Questa volta è noto come il periodo di esaurimento.
Il tempo di arresto è generalmente misurato in unità dell'orologio dell'ADC. Quindi, un tempo di integrazione più lungo si traduce in una risoluzione più elevata. La velocità di questo tipo di convertitore può essere migliorata compromettendo la soluzione.
Poiché la velocità e la risoluzione sono inversamente proporzionali, questo tipo di convertitori non trova applicazioni di elaborazione del segnale digitale o di elaborazione audio. Preferibilmente, vengono utilizzati in misuratori di misura digitali (amperometri, voltmetri, ecc.) E altri strumenti in cui l'elevata precisione è fondamentale.
Questo tipo di ADC ha due tipi: convertitore analogico-digitale con bilanciamento della carica e ADC a doppia pendenza.
D.Wilkinson ADC
- DH Wilkinson ha progettato per la prima volta questo tipo di convertitore analogico-digitale nel 1950.
All'inizio, il condensatore viene caricato. Un comparatore controlla questa condizione. Dopo aver raggiunto quel livello specificato, ora il condensatore inizia a scaricarsi linearmente, producendo un segnale di rampa. Nel frattempo viene avviato anche un impulso di gate. L'impulso di gate rimane attivo per il resto del tempo mentre il condensatore si scarica. Questo impulso di porta aziona inoltre una porta lineare che riceve ulteriormente l'ingresso da un orologio di oscillatore ad alta frequenza. Ora, quando l'impulso di gate è ON, diversi impulsi di clock vengono contati dal registro degli indirizzi.
E. Convertitore da analogico a digitale Time Stretch (TS - ADC):
Questo tipo di convertitore analogico-digitale funziona con una tecnologia combinata di elettronica e altre tecnologie.
Può digitalizzare un segnale a larghezza di banda molto elevata che non può essere fatto utilizzando un normale ADC. Questo è spesso definito come "Digitalizzatore fotonico di allungamento del tempo".
Non solo da analogico a digitale, ma anche utilizzato per apparecchiature in tempo reale ad alto rendimento come imaging e spettroscopia.
Esistono molti altri tipi di altri convertitori analogico-digitali.
- L'ADC con codifica Delta
- L'ADC Pipelined,
- L'ADC Sigma-delta,
- Gli ADC interleaved nel tempo ecc.
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Applicazioni di ADC
Il convertitore analogico-digitale è uno dei dispositivi elettronici più importanti in questa era moderna. Questa è un'era di digitalizzazione, ma il nostro mondo è analogico in tempo reale. La conversione dei dati analogici nel dominio digitale è la necessità di quest'ora. Ecco perché sono così importanti. Alcune delle applicazioni significative di un ADC sono:
A. Elaborazione del segnale digitale
– I convertitori da analogico a digitale sono essenziali per l'editing, la modifica, l'elaborazione, la memorizzazione e il trasporto di dati dal campo analogico all'area digitale. Microcontrollori, oscilloscopi digitali e software critici trovano applicazioni in questo dominio. Dispositivi come oscilloscopi digitali può memorizzare forme d'onda per un uso successivo, mentre un oscilloscopio analogico non può.
B. Microcontrollori
- I microcontrollori rendono un dispositivo intelligente. Al momento, quasi tutti i microcontrollori hanno convertitori da analogico a digitale al loro interno. L'esempio più comune potrebbe essere Arduino. (È costruito su un microcontrollore ATMega328p) Arduino fornisce un'utile funzione di "analogRead ()", che accetta segnali di ingresso analogici e restituisce dati digitali generati dall'ADC.
C. Strumenti scientifici
- Gli ADC sono utili per realizzare vari strumenti e sistemi elettronici necessari. Ne è un esempio l'imaging digitale per la digitalizzazione di pixel, tecnologie radar e molti sistemi di telerilevamento. Dispositivi come i sensori producono un segnale analogico per misurare la temperatura, l'intensità della luce, la sensibilità alla luce, l'umidità dell'aria, la pressione dell'aria, il pH di una soluzione, ecc. Tutti questi ingressi analogici vengono convertiti dall'ADC per generare un'uscita digitale proporzionata.
D. Elaborazione audio:
-ADC ha un'applicazione vitale nel campo dell'elaborazione audio. La digitalizzazione della musica migliora la qualità della musica. Le voci analogiche vengono registrate tramite microfoni. Quindi vengono archiviati in piattaforme digitali utilizzando un ADC. Molti studi di registrazione di brani registrano PCM o DSD e poi sottocampionati per produzioni audio digitali. Sono utilizzati per la trasmissione su televisori e radio.
Test di un convertitore analogico-digitale
Per testare un convertitore analogico-digitale, prima di tutto, abbiamo bisogno di una sorgente di tensione di ingresso analogico e di apparecchiature elettroniche per inviare e controllare i segnali e ricevere i dati di uscita digitali. Alcuni degli ADC richiedono anche una fonte di segnali di riferimento. Esistono alcuni parametri per testare un ADC.
Alcuni di loro sono -
- Rapporto segnale / rumore (SNR),
- Distorsione armonica totale (THD),
- Non linearità integrale (INL),
- Errore di offset CC,
- Errore di guadagno CC,
- Dissipazione di potenza, ecc.
IC ADC
Gli ADC sono disponibili in commercio come circuiti integrati nel mercato. Alcuni dei circuiti integrati ADC comunemente usati sono ADC0808, ADC0804, MPC3008, ecc. Trovano applicazioni in dispositivi come Rasberry pi e altri processori o elettronica digitale circuiti in cui è necessario un ADC.
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Ciao, sono Sudipta Roy. Ho fatto B. Tech in Elettronica. Sono un appassionato di elettronica e attualmente mi dedico al campo dell'elettronica e delle comunicazioni. Nutro un vivo interesse nell'esplorazione delle tecnologie moderne come l'intelligenza artificiale e l'apprendimento automatico. I miei scritti sono dedicati a fornire dati accurati e aggiornati a tutti gli studenti. Aiutare qualcuno ad acquisire conoscenze mi dà un immenso piacere.
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