Convertor analog-digital - scop, clasificare și principiu de funcționare

Un dispozitiv electronic numit convertor analog-digital (ADC) este utilizat pentru a converti un semnal analogic într-un semnal digital (într-o secvență de cod binar care poate fi citit). În procesul de conversie a unui semnal analogic în digital, sunt implementate următoarele: eșantionare, cuantificare și codare.

Eșantionarea este înțeleasă ca prelevarea de eșantioane dintr-un semnal analogic continuu în timp de valori individuale (discrete) care se încadrează în momente de timp asociate cu anumite intervale și durate ale semnalelor de ceas care se succed.

Cuantizarea implică rotunjirea valorii unui semnal analogic selectat în timpul eșantionării la cel mai apropiat nivel de cuantizare, iar nivelurile de cuantizare au propriul număr de secvență, iar aceste niveluri diferă unele de altele printr-o valoare delta fixă, care nu este altceva decât un pas de cuantizare.

Strict vorbind, eșantionarea este procesul de reprezentare a unei funcții continue ca o serie de valori discrete, iar cuantizarea este împărțirea unui semnal (valori) în niveluri. În ceea ce privește codarea, aici codificarea este înțeleasă ca o comparație a elementelor obținute ca urmare a cuantizării cu o combinație predeterminată de coduri.

Există multe metode de conversie a tensiunii în cod. În plus, fiecare dintre metode are caracteristici individuale: precizie, viteză, complexitate. În funcție de tipul metodei de conversie, ADC-urile sunt clasificate în trei

• în paralel

• consistent,

• serial-paralel.

Pentru fiecare metodă, procesul de transformare a unui semnal în timp decurge în felul său, de unde și denumirea. Diferențele constau în modul în care se realizează cuantizarea și codificarea: o procedură în serie, paralelă sau serial-paralelă pentru a aproxima un rezultat digital la semnalul convertit.

Diagrama unui convertor paralel analog-digital este prezentată în figură. ADC-urile paralele sunt cele mai rapide convertoare analog-digitale.

Numărul de dispozitive electronice de comparare (numărul total de comparatoare DA) corespunde capacității ADC: trei comparatoare sunt suficiente pentru doi biți, șapte pentru trei, 15 pentru patru etc. Divizorul de tensiune al rezistenței este proiectat pentru a seta o gamă de tensiuni de referință constante.

Tensiunea de intrare (valoarea acestei tensiuni de intrare este măsurată aici) se aplică simultan intrărilor tuturor comparatoarelor și se compară cu toate tensiunile de referință ale celor pe care acest divizor rezistiv le permite să le obțină.

Acele comparatoare ale căror intrări neinversoare sunt alimentate cu o tensiune mai mare decât referința (aplicată de divizor la intrarea inversoare) vor da una logică la ieșire, restul (unde tensiunea de intrare este mai mică decât referința sau egală cu zero) va da zero.

Apoi un codificator este conectat, sarcina acestuia este de a converti o combinație de unu și zero într-un cod binar standard, înțeles corespunzător.

Circuitele ADC pentru conversia serială sunt mai puțin rapide decât circuitele convertoare paralele, dar au un design elementar mai simplu.Folosește un comparator, logica AND, un ceas, un contor și un convertor digital-analogic.

Figura prezintă o diagramă a unui astfel de ADC. De exemplu, în timp ce tensiunea măsurată aplicată la intrarea circuitului comparator este mai mare decât semnalul de rampă al celei de-a doua intrări (referință), contorul numără impulsurile generatorului de ceas. Se dovedește că tensiunea măsurată este proporțională cu numărul de impulsuri numărate.

Există și ADC-uri în serie-paralel, în care procesul de conversie a unui semnal analogic într-un semnal digital este separat în spațiu, astfel încât se dovedește că viteza maximă de compromis este atinsă cu o complexitate minimă.