Hvordan fungerer suksessiv tilnærming (sar) adc og hvor brukes den best?

En analog til digital omformer (ADC) er en type enhet som hjelper oss å behandle de kaotiske virkelige dataene i et digitalt synspunkt. For å forstå virkelige data som temperatur, fuktighet, trykk, posisjon, trenger vi transdusere, alle disse måler visse parametere og gir oss et elektrisk signal tilbake i form av spenning og strøm. Siden de fleste av enhetene våre i dag er digitale, blir det nødvendig å konvertere disse signalene til digitale signaler. Det er der ADC kommer inn, selv om det er mange forskjellige typer ADCer der ute, men i denne artikkelen skal vi snakke om en av de mest brukte ADC-typene som er kjent som den påfølgende tilnærmingen ADC. I en tidlig artikkel har vi snakket om grunnlaget for ADC ved hjelp av Arduino, du kan sjekke det ut hvis du er ny innen elektronikk og vil lære mer om ADC.

Hva er en suksessiv tilnærming ADC?

Den suksessive tilnærmingen ADC er den valgte ADC for billige medium til høyoppløselige applikasjoner. Oppløsningen for SAR ADC varierer fra 8 - 18 bits, med prøvehastigheter på opptil 5 mega-prøver per sekund (Msps). Dessuten kan den konstrueres i en liten formfaktor med lavt strømforbruk, og det er grunnen til at denne typen ADC brukes til bærbare batteridrevne instrumenter.

Som navnet antyder, bruker denne ADC en binær søkealgoritme for å konvertere verdiene, og det er derfor de interne kretsene kan kjøre på flere MHz, men den faktiske samplingsfrekvensen er mye mindre på grunn av den suksessive tilnærmingsalgoritmen. Vi diskuterer mer om det senere i denne artikkelen.

Arbeid med suksessiv tilnærming ADC

Forsidebildet viser den grunnleggende påfølgende ADC-kretsen. Men for å forstå arbeidsprinsippet litt bedre, skal vi bruke en 4-biters versjon av det. Bildet nedenfor viser akkurat det.

Som du kan se, består denne ADC av en komparator, en digital til analog omformer og et suksessivt tilnærmingsregister sammen med kontrollkretsen. Nå, når en ny samtale starter, prøver og holder kretsen inngangssignalet. Og det signalet sammenlignes med det spesifikke utgangssignalet til DAC.

La oss si at det samplede inngangssignalet er 5.8V. Referansen til ADC er 10V. Når konverteringen starter, setter det påfølgende tilnærmelsesregisteret den viktigste biten til 1 og alle andre bitene til null. Dette betyr at verdien blir 1, 0, 0, 0, noe som betyr at for en 10V referansespenning vil DAC produsere en verdi på 5V som er halvparten av referansespenningen. Nå vil denne spenningen bli sammenlignet med inngangsspenningen, og basert på komparatorutgangen vil utgangen fra det påfølgende tilnærmelsesregisteret endres. Bildet nedenfor vil avklare det mer. Videre kan du se på en generell referansetabell for mer informasjon om DAC. Tidligere har vi laget mange prosjekter på ADC og DAC, du kan sjekke ut dem for mer informasjon.

Dette betyr at hvis Vin er større enn utgangen fra DAC, vil den viktigste biten forbli som den er, og neste bit vil bli satt for en ny sammenligning. Hvis ikke inngangsspenningen er mindre enn DAC-verdien, vil den viktigste biten bli satt til null, og den neste biten vil bli satt til 1 for en ny sammenligning. Hvis du ser bildet nedenfor, er DAC-spenningen 5V, og siden den er mindre enn inngangsspenningen, vil neste bit før den mest betydningsfulle biten settes til en, og andre biter vil settes til null, vil denne prosessen fortsette til verdien nærmest inngangsspenningen når.

Dette er hvordan den påfølgende tilnærmingen ADC endres 1 bit om gangen for å bestemme inngangsspenningen og produsere utgangsverdien. Og uansett hva verdien kan være i fire iterasjoner, vil vi få den digitale utgangskoden fra inngangsverdien. Til slutt vises en liste over alle mulige kombinasjoner for en fire-bit påfølgende tilnærming ADC nedenfor.

Konverteringstid, hastighet og oppløsning av suksessiv tilnærming ADC

Konverteringstid:

Generelt kan vi si at for en N bit ADC vil det ta N klokke sykluser, noe som betyr at konverteringstiden til denne ADC vil bli-

Tc = N x Tclk

* Tc er kort for Conversion Time.

Og i motsetning til andre ADC er konverteringstiden til denne ADC uavhengig av inngangsspenningen.

Når vi bruker en 4-biters ADC, må vi ta en prøve etter 4 påfølgende klokkepulser for å unngå aliasing-effekter.

Konverteringshastighet:

Den typiske konverteringshastigheten for denne typen ADC er rundt 2-5 megaprøver per sekund (MSPS), men det er få som kan nå opptil 10 (MSPS). Et eksempel kan være LTC2378 av Linear Technologies.

Vedtak:

Oppløsningen på denne typen ADC kan være rundt 8 - 16 bits, men noen typer kan gå opp til 20-bits, et eksempel kan være ADS8900B av Analog Devices.

Fordeler og ulemper ved suksessiv tilnærming ADC

Denne typen ADC har mange fordeler fremfor andre. Den har høy nøyaktighet og lavt strømforbruk, mens den er enkel å bruke og har lav ventetid. Forsinkelsestiden er tiden for begynnelsen av signalinnhentingen og tiden da dataene er tilgjengelige for henting fra ADC, vanligvis defineres denne ventetiden i sekunder. Men også noen datablad refererer til denne parameteren som konverteringssykluser, i en bestemt ADC hvis dataene er tilgjengelige for henting innen en konverteringssyklus, kan vi si at den har en latens for en samtalesyklus. Og hvis dataene er tilgjengelige etter N-sykluser, kan vi si at de har en konverteringssyklusforsinkelse. En stor ulempe med SAR ADC er dens kompleksitet og produksjonskostnader.

Anvendelser av SAR ADC

Siden dette er en mest brukte ADC, brukes den til mange applikasjoner som bruk i biomedisinske enheter som kan implanteres i pasienten. Disse typer ADC brukes fordi de bruker veldig mindre strøm. Også mange smartklokker og sensorer brukte denne typen ADC.

Oppsummert kan vi si at de primære fordelene med denne typen ADC er lavt strømforbruk, høy oppløsning, liten formfaktor og nøyaktighet. Denne typen karakter gjør den egnet for integrerte systemer. Hovedbegrensningen kan være den lave samplingsfrekvensen og delene som kreves for å bygge denne ADC, som er en DAC, og en komparator, begge disse trenger å jobbe veldig nøyaktig for å oppnå et nøyaktig resultat.