- Che cos'è un ADC di approssimazione successiva?
- Elaborazione di ADC di approssimazione successiva
- Tempo di conversione, velocità e risoluzione dell'ADC di approssimazione successiva
- Vantaggi e svantaggi dell'ADC ad approssimazione successiva
- Applicazioni di SAR ADC
Un convertitore analogico / digitale (ADC) è un tipo di dispositivo che ci aiuta a elaborare i dati caotici del mondo reale da un punto di vista digitale. Per comprendere i dati del mondo reale come temperatura, umidità, pressione, posizione, abbiamo bisogno di trasduttori, tutti misurano determinati parametri e ci restituiscono un segnale elettrico sotto forma di tensione e corrente. Poiché la maggior parte dei nostri dispositivi oggigiorno sono digitali, diventa necessario convertire quei segnali in segnali digitali. È qui che entra in gioco l'ADC, sebbene ci siano molti diversi tipi di ADC là fuori, ma in questo articolo parleremo di uno dei tipi di ADC più utilizzati che sono noti come ADC ad approssimazione successiva. In un primo articolo, abbiamo parlato delle basi di ADC con l'aiuto di Arduino, puoi verificarlo se sei nuovo nell'elettronica e vuoi saperne di più su ADC.
Che cos'è un ADC di approssimazione successiva?
L' ADC di approssimazione successiva è l'ADC di scelta per applicazioni a basso costo da media ad alta risoluzione, la risoluzione per gli ADC SAR varia da 8 a 18 bit, con velocità di campionamento fino a 5 mega-campioni al secondo (Msps). Inoltre, può essere costruito in un fattore di forma ridotto con un basso consumo energetico, motivo per cui questo tipo di ADC viene utilizzato per strumenti portatili alimentati a batteria.
Come suggerisce il nome, questo ADC applica un algoritmo di ricerca binaria per convertire i valori, motivo per cui il circuito interno può funzionare a diversi MHZ ma la frequenza di campionamento effettiva è molto inferiore a causa dell'algoritmo di approssimazione successiva. Ne discuteremo di più più avanti in questo articolo.
Elaborazione di ADC di approssimazione successiva
L'immagine di copertina mostra il circuito ADC ad approssimazioni successive di base. Ma per capire un po 'meglio il principio di funzionamento, useremo una versione a 4 bit di esso. L'immagine sotto mostra esattamente questo.
Come puoi vedere, questo ADC è costituito da un comparatore, un convertitore da digitale ad analogico e un registro di approssimazione successivo insieme al circuito di controllo. Ora, ogni volta che inizia una nuova conversazione, il circuito sample and hold campiona il segnale in ingresso. E quel segnale viene confrontato con il segnale di uscita specifico del DAC.
Supponiamo ora che il segnale di ingresso campionato sia 5,8 V. Il riferimento dell'ADC è 10V. Quando la conversione inizia, il registro di approssimazione successiva imposta il bit più significativo a 1 e tutti gli altri bit a zero. Ciò significa che il valore diventa 1, 0, 0, 0, il che significa che, per una tensione di riferimento di 10 V, il DAC produrrà un valore di 5 V che è la metà della tensione di riferimento. Ora questa tensione verrà confrontata con la tensione di ingresso e in base all'uscita del comparatore verrà modificata l'uscita del registro di approssimazione successivo. L'immagine sotto lo chiarirà di più. Inoltre, puoi guardare una tabella di riferimento generica per maggiori dettagli sul DAC. In precedenza abbiamo realizzato molti progetti su ADC e DAC, puoi controllarli per maggiori informazioni.
Ciò significa che se Vin è maggiore dell'output del DAC, il bit più significativo rimarrà così com'è e il bit successivo verrà impostato per un nuovo confronto. In caso contrario, se la tensione di ingresso è inferiore al valore DAC, il bit più significativo verrà impostato a zero e il bit successivo verrà impostato a 1 per un nuovo confronto. Ora se vedi l'immagine sotto, la tensione del DAC è 5V e poiché è inferiore alla tensione di ingresso, il bit successivo prima del bit più significativo verrà impostato su uno e gli altri bit verranno impostati a zero, questo processo continuerà fino al valore più vicino al raggiungimento della tensione di ingresso.
Questo è il modo in cui l'ADC di approssimazione successiva cambia 1 bit alla volta per determinare la tensione di ingresso e produrre il valore di uscita. E qualunque sia il valore in quattro iterazioni, otterremo il codice digitale di output dal valore di input. Infine, di seguito è riportato un elenco di tutte le possibili combinazioni per un ADC con approssimazione successiva a quattro bit.
Tempo di conversione, velocità e risoluzione dell'ADC di approssimazione successiva
Tempo di conversione:
In generale, possiamo dire che per un ADC a N bit, ci vorranno N cicli di clock, il che significa che il tempo di conversione di questo ADC diventerà-
Tc = N x Tclk
* Tc è l'abbreviazione di Conversion Time.
E a differenza di altri ADC, il tempo di conversione di questo ADC è indipendente dalla tensione di ingresso.
Dato che stiamo usando un ADC a 4 bit, per evitare effetti di aliasing, dobbiamo prelevare un campione dopo 4 impulsi di clock consecutivi.
Velocità di conversione:
La velocità di conversione tipica di questo tipo di ADC è di circa 2-5 Mega Samples Per Seconds (MSPS), ma ce ne sono pochi che possono raggiungere fino a 10 (MSPS). Un esempio potrebbe essere LTC2378 di Linear Technologies.
Risoluzione:
La risoluzione di questo tipo di ADC può essere di circa 8-16 bit, ma alcuni tipi possono arrivare fino a 20 bit, un esempio può essere ADS8900B di Analog Devices.
Vantaggi e svantaggi dell'ADC ad approssimazione successiva
Questo tipo di ADC presenta molti vantaggi rispetto ad altri. Ha un'elevata precisione e un basso consumo energetico, mentre è facile da usare e ha un tempo di latenza basso. Il tempo di latenza è il tempo di inizio dell'acquisizione del segnale e il tempo in cui i dati sono disponibili per il recupero dall'ADC, in genere questo tempo di latenza è definito in secondi. Ma anche alcuni fogli dati fanno riferimento a questo parametro come cicli di conversione, in un particolare ADC se i dati sono disponibili per il recupero all'interno di un ciclo di conversione, possiamo dire che ha una latenza del ciclo di conversazione. E se i dati sono disponibili dopo N cicli, possiamo dire che ha una latenza di un ciclo di conversione. Uno dei principali svantaggi dell'ADC SAR è la complessità del design e il costo di produzione.
Applicazioni di SAR ADC
Poiché si tratta di un ADC più comunemente utilizzato, viene utilizzato per molte applicazioni come gli usi in dispositivi biomedici che possono essere impiantati nel paziente, questi tipi di ADC vengono utilizzati perché consumano molta meno energia. Inoltre, molti smartwatch e sensori utilizzavano questo tipo di ADC.
In sintesi, possiamo dire che i vantaggi principali di questo tipo di ADC sono il basso consumo energetico, l'alta risoluzione, il fattore di forma ridotto e la precisione. Questo tipo di carattere lo rende adatto a sistemi integrati. Il limite principale può essere la sua bassa frequenza di campionamento e le parti necessarie per costruire questo ADC, che è un DAC e un comparatore, entrambi dovrebbero lavorare in modo molto accurato per ottenere un risultato accurato.