Hoe werkt opeenvolgende benadering (sar) adc en waar kan deze het beste worden gebruikt?

Een analoog naar digitaal converter (ADC) is een type toestel dat ons helpt om de chaotische real-world gegevens te verwerken in een digitale standpunt. Om real-world data zoals temperatuur, vochtigheid, druk, positie te begrijpen, hebben we transducers nodig, die allemaal bepaalde parameters meten en ons een elektrisch signaal teruggeven in de vorm van spanning en stroom. Aangezien de meeste van onze apparaten tegenwoordig digitaal zijn, wordt het nodig om die signalen om te zetten in digitale signalen. Dat is waar de ADC van pas komt, hoewel er veel verschillende soorten ADC's zijn, maar in dit artikel gaan we het hebben over een van de meest gebruikte ADC-typen die bekend staan ​​als de opeenvolgende benadering ADC. In een vroeg artikel hebben we het gehad over de basis van ADC met behulp van Arduino, dat kun je checken als je nieuw bent in elektronica en meer wilt weten over ADC.

Wat is een ADC voor opeenvolgende aanpassing?

De ADC met opeenvolgende benadering is de ADC bij uitstek voor goedkope toepassingen met gemiddelde tot hoge resolutie, de resolutie voor SAR ADC's varieert van 8 - 18 bits, met bemonsteringssnelheden tot 5 megasamples per seconde (Msps). Het kan ook worden geconstrueerd in een kleine vormfactor met een laag stroomverbruik, daarom wordt dit type ADC gebruikt voor draagbare instrumenten op batterijen.

Zoals de naam al aangeeft, past deze ADC een binair zoekalgoritme toe om de waarden om te zetten.Daarom kan het interne circuit op verschillende MHZ werken, maar de werkelijke samplefrequentie is veel minder vanwege het algoritme voor opeenvolgende benaderingen. We bespreken er later meer over in dit artikel.

Werking van opeenvolgende aanpassing ADC

De omslagafbeelding toont het basis ADC-circuit voor opeenvolgende benaderingen. Maar om het werkingsprincipe wat beter te begrijpen, gaan we er een 4-bits versie van gebruiken. De afbeelding hieronder laat precies dat zien.

Zoals u kunt zien, bestaat deze ADC uit een comparator, een digitaal naar analoog omzetter en een opeenvolgend benaderingsregister samen met het stuurcircuit. Telkens wanneer een nieuw gesprek begint, bemonstert het sample- en hold-circuit het ingangssignaal. En dat signaal wordt vergeleken met het specifieke uitgangssignaal van de DAC.

Laten we nu zeggen dat het bemonsterde ingangssignaal 5,8V is. De referentie van de ADC is 10V. Wanneer de conversie begint, stelt het opeenvolgende benaderingsregister de meest significante bit in op 1 en alle andere bits op nul. Dit betekent dat de waarde 1, 0, 0, 0 wordt, wat betekent dat voor een referentiespanning van 10 V de DAC een waarde van 5 V zal produceren, wat de helft is van de referentiespanning. Nu wordt deze spanning vergeleken met de ingangsspanning en op basis van de comparatoruitgang zal de uitgang van het opeenvolgende benaderingsregister worden gewijzigd. De onderstaande afbeelding zal het meer verduidelijken. Verder kunt u een generieke referentietabel bekijken voor meer informatie over DAC. Eerder hebben we veel projecten gemaakt op ADC's en DAC's, je kunt die bekijken voor meer informatie.

Dit betekent dat als Vin groter is dan de output van de DAC, het meest significante bit blijft zoals het is, en het volgende bit zal worden ingesteld voor een nieuwe vergelijking. Anders, als de ingangsspanning lager is dan de DAC-waarde, wordt de meest significante bit op nul gezet en wordt de volgende bit op 1 gezet voor een nieuwe vergelijking. Als u nu de onderstaande afbeelding ziet, is de DAC-spanning 5V en aangezien deze lager is dan de ingangsspanning, wordt de volgende bit vóór de meest significante bit op één gezet en worden andere bits op nul gezet, dit proces zal doorgaan tot de waarde die het dichtst bij de ingangsspanning ligt.

Dit is hoe de opeenvolgende benadering ADC 1 bit per keer verandert om de ingangsspanning te bepalen en de uitgangswaarde te produceren. En wat de waarde ook mag zijn in vier iteraties, we krijgen de digitale uitvoercode van de invoerwaarde. Ten slotte wordt hieronder een lijst weergegeven met alle mogelijke combinaties voor een vier-bits opeenvolgende ADC-benadering.

Conversietijd, snelheid en oplossing van opeenvolgende benadering ADC

Conversietijd:

Over het algemeen kunnen we zeggen dat voor een N bit ADC er N klokcycli nodig zijn, wat betekent dat de conversietijd van deze ADC zal worden-

Tc = N x Tclk

* Tc is de afkorting van Conversion Time.

En in tegenstelling tot andere ADC's is de conversietijd van deze ADC onafhankelijk van de ingangsspanning.

Omdat we een 4-bits ADC gebruiken om aliasing-effecten te voorkomen, moeten we een sample nemen na 4 opeenvolgende klokpulsen.

Conversiesnelheid:

De typische conversiesnelheid van dit type ADC is ongeveer 2 - 5 megasamples per seconde (MSPS), maar er zijn er maar weinig die tot 10 (MSPS) kunnen bereiken. Een voorbeeld is LTC2378 van Linear Technologies.

Resolutie:

De resolutie van dit type ADC kan rond de 8 - 16 bits zijn, maar sommige typen kunnen oplopen tot 20 bits, een voorbeeld kan ADS8900B zijn van Analog Devices.

Voordelen en nadelen van opeenvolgende aanpassing ADC

Dit type ADC's heeft veel voordelen ten opzichte van andere. Het heeft een hoge nauwkeurigheid en een laag stroomverbruik, terwijl het gemakkelijk te gebruiken is en een lage latentietijd heeft. De latentietijd is de tijd van het begin van de signaalverwerving en de tijd waarop de gegevens beschikbaar zijn om uit de ADC te halen, deze latentietijd wordt doorgaans gedefinieerd in seconden. Maar ook sommige datasheets verwijzen naar deze parameter als conversiecycli, in een bepaalde ADC als de gegevens beschikbaar zijn om binnen één conversiecyclus op te halen, kunnen we zeggen dat het een vertraging van één conversatiecyclus heeft. En als de gegevens beschikbaar zijn na N cycli, kunnen we zeggen dat ze een vertraging van één conversiecyclus hebben. Een groot nadeel van SAR ADC is de complexiteit van het ontwerp en de productiekosten.

Toepassingen van SAR ADC

Omdat dit een meest gebruikte ADC is, wordt het voor veel toepassingen gebruikt, zoals toepassingen in biomedische apparaten die bij de patiënt kunnen worden geïmplanteerd. Dit soort ADC's worden gebruikt omdat het minder stroom verbruikt. Ook gebruikten veel smartwatches en sensoren dit type ADC.

Samenvattend kunnen we zeggen dat de belangrijkste voordelen van dit type ADC een laag stroomverbruik, hoge resolutie, kleine vormfactor en nauwkeurigheid zijn. Dit type karakter maakt het geschikt voor geïntegreerde systemen. De belangrijkste beperking kan de lage bemonsteringssnelheid zijn en de onderdelen die nodig zijn om deze ADC, die een DAC is, en een comparator te bouwen, beide zouden zeer nauwkeurig moeten werken om een ​​nauwkeurig resultaat te verkrijgen.