- Что такое АЦП последовательного приближения?
- Работа АЦП последовательного приближения
- Время преобразования, скорость и разрешение АЦП последовательного приближения
- Преимущества и недостатки АЦП последовательного приближения
- Применение SAR ADC
Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) представляет собой тип устройства, которое помогает нам обрабатывать хаотические данные реального мира в цифровой точке зрения. Чтобы понять реальные данные, такие как температура, влажность, давление, положение, нам нужны преобразователи, которые измеряют определенные параметры и возвращают нам электрический сигнал в виде напряжения и тока. Поскольку большинство наших устройств в настоящее время являются цифровыми, возникает необходимость преобразовывать 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.. В одной из первых статей мы говорили об основах АЦП с помощью Arduino, вы можете проверить это, если вы новичок в электронике и хотите узнать больше об АЦП.
Что такое АЦП последовательного приближения?
АЦП последовательного приближения является АЦП выбора для недорогих средних и приложений с высокой разрешающей способностью, то разрешение для SAR АЦП в диапазоне от 8 - 18 бит, с образца со скоростью до 5 мега-выборок в секунду (ПСМ). 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.
Работа АЦП последовательного приближения
На обложке показана основная схема АЦП последовательного приближения. Но чтобы лучше понять принцип работы, мы воспользуемся его 4-битной версией. Изображение ниже показывает именно это.
Как видите, этот АЦП состоит из компаратора, цифроаналогового преобразователя и регистра последовательного приближения вместе со схемой управления. Теперь, когда начинается новый диалог, схема выборки и хранения производит выборку входного сигнала. И этот сигнал сравнивается с конкретным выходным сигналом ЦАП.
Теперь предположим, что дискретизированный входной сигнал составляет 5,8 В. Отнесение АЦП 10V. 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. Изображение ниже проясняет это больше. Кроме того, вы можете посмотреть общую справочную таблицу для получения более подробной информации о DAC. Ранее мы сделали много проектов по АЦП и ЦАП, вы можете ознакомиться с ними для получения дополнительной информации.
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 DAC, старший бит будет установлен в ноль, а следующий бит будет установлен в 1 для нового сравнения. Теперь, если вы видите изображение ниже, 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 ближайшего к входному напряжению значения.
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, ниже показан список всех возможных комбинаций для четырехразрядного АЦП последовательного приближения.
Время преобразования, скорость и разрешение АЦП последовательного приближения
Время преобразования:
В общем, можно сказать, что для N-битного АЦП потребуется N тактовых циклов, что означает, что время преобразования этого АЦП станет-
Tc = N x Tclk
* Tc - это сокращение от Conversion Time.
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 брать выборку после 4 последовательных тактовых импульсов.
Скорость преобразования:
Типичная скорость преобразования этого типа АЦП составляет около 2–5 мегасэмплов в секунду (MSPS), но немногие из них могут достигать 10 (MSPS). Примером может служить LTC2378 от Linear Technologies.
Разрешение:
Разрешающая способность этого типа АЦП может составлять от 8 до 16 бит, но некоторые типы могут доходить до 20 бит, например, ADS8900B от Analog Devices.
Преимущества и недостатки АЦП последовательного приближения
Этот тип АЦП имеет много преимуществ перед другими. Он отличается высокой точностью и низким энергопотреблением, при этом он прост в использовании и имеет малое время задержки. Время задержки - это время начала сбора 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 разговора. И если данные доступны после N циклов, мы можем сказать, что они имеют задержку в один цикл преобразования. Основным недостатком SAR ADC является сложность конструкции и стоимость изготовления.
Применение SAR ADC
Поскольку это наиболее часто используемый АЦП, он используется во многих приложениях, например, в биомедицинских устройствах, которые могут быть имплантированы пациенту, эти типы 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 символа делает его подходящим для интегрированных систем. Основным ограничением может быть низкая частота дискретизации и компоненты, необходимые для создания этого АЦП, то есть ЦАП и компаратора, оба из которых должны работать очень точно, чтобы получить точный результат.