Chúng ta đang sống trong một toàn cầu analog, được xung quanh bởi vì những vũ trang kỹ thuật số. Tất cả chúng ta trông thấy, cảm biến hoặc giám sát đều với thực chất analog như ánh sáng sủa, nhiệt độ, vận tốc, áp suất, … Nhưng hồ hết những vũ trang điện tử xung quanh chúng ta từ một chiếc đồng hồ thời trang kỹ thuật số đơn thuần tới một siêu máy tính đều là vũ trang kỹ thuật số. Vì thế vậy, rõ rệt là chúng ta cần một thứ với thể đưa đổi những thông số kỹ thuật analog này thành trị giá kỹ thuật số để bộ vi điều khiển và tinh chỉnh hoặc bộ vi xử lý hiểu được nó. Loại đấy được gọi là ADC hoặc Analog to Digital Converter và trong đấy nội dung bài viết bộ đưa đổi ADC là gì này Điện Tử Tương Lai sẽ hỗ trợ khách tham quan tìm hiểu kỹ hơn về nó.
Bộ đưa đổi ADC là gì
ADC là từ viết lách tắt của Analog to Digital Converter thường xuyên bộ đưa đổi analog sang trọng kỹ thuật số là 1 trong mạch đưa đổi trị giá điện áp thường xuyên (analog) sang trọng trị giá nhị phân (kỹ thuật số) nhưng vũ trang kỹ thuật số với thể hiểu được sau đấy với thể được dùng để tính toán kỹ thuật số. Mạch ADC này với thể là vi mạch ADC hoặc được nhúng vào trong 1 bộ vi điều khiển và tinh chỉnh.
Vì sao phải đưa đổi analog sang trọng kỹ thuật số
Tranh bị điện tử thời buổi này trọn vẹn là kỹ thuật số, ko còn là thời kỳ của dòng sản phẩm tính analog. Thật xui xẻo cho những khối hệ thống kỹ thuật số, toàn cầu chúng ta đang sống vẫn là analog và đầy mầu sắc sắc, ko chỉ đen và Trắng.
Ví dụ, một cảm ứng nhiệt độ như LM35 tạo ra điện áp tùy theo nhiệt độ, trong ngôi trường hợp của vũ trang ví dụ nó sẽ tăng 10mV lúc nhiệt độ tạo thêm mỗi độ. Nếu chúng ta connect trực tiếp vũ trang này với input kỹ thuật số, nó sẽ ghi là cao hoặc thấp tùy nằm trong vào những ngưỡng input, điều này là trọn vẹn vô dụng.
Thay vào đấy, chúng ta dùng một bộ ADC để đưa đổi input điện áp analog thành một chuỗi những bit với thể được connect trực tiếp với bus data của bộ vi xử lý và được dùng để tính toán.
ADC làm việc như vậy nào
Một phương pháp rất thường xuyên để coi xét làm việc của ADC là tưởng tượng nó như một bộ chia tỉ lệ toán học tập. Tỉ lệ về cơ bạn dạng là ánh xạ những trị giá từ dải này sang trọng dải khác, vì thế vậy ADC ánh xạ một trị giá điện áp sang trọng một vài nhị phân.
Những gì chúng ta cần là 1 trong thứ với thể đưa đổi điện áp thành một loạt những mức logic, ví dụ như trong một thanh ghi. Vớ nhiên, những thanh ghi chỉ với thể gật đầu đồng ý những mức logic làm input, vì thế vậy nếu khách tham quan connect tín hiệu trực tiếp với input logic, hậu quả sẽ ko tốt. Vì thế vậy cần với một giao diện ở thân logic và điện áp input analog.
Dưới đó là một vài tính năng cần thiết của ADC, trong lúc coi qua, chúng ta sẽ tìm hiểu phương pháp nó làm việc.
- Điện áp tham chiếu
Vớ nhiên, ko với ADC nào là tuyệt đối, vì thế vậy điện áp được ánh xạ tới trị giá nhị phân to nhất được gọi là điện áp tham chiếu. Ví dụ: trong bộ đưa đổi 10 bit với 5V làm điện áp tham chiếu, 1111111111 (toàn bộ những bit một, số nhị phân 10 bit đỉnh cao với thể ) ứng với 5V và 0000000000 (số thấp nhất ứng với 0V). Vì thế vậy, mỗi bước nhị phân lên thay mặt đại diện cho tầm 4,9mV, vì thế với thể với 1024 chữ số trong 10 bit. Số đo điện áp trên mỗi bit này được gọi là phân bố điểm ảnh của ADC.
Điều gì sẽ xảy ra nếu điện áp thay đổi dưới 4,9mV mỗi bước? Nó sẽ đặt ADC vào vùng chết, bởi vậy hậu quả đưa đổi luôn luôn với một lỗi nhỏ. Với ngăn chặn lỗi này bằng phương pháp dùng ADC với phân bố điểm ảnh tốt hơn ví dụ như bộ ADC lên tới 24 bit, Mặc dù tần số đưa đổi thấp.
- Vận tốc mẫu
Con số đưa đổi từ analog sang trọng kỹ thuật số nhưng bộ đưa đổi với thể triển khai mỗi giây được gọi là vận tốc mẫu. Ví dụ: một bộ ADC thực sự tốt với thể với vận tốc mẫu là 300Ms / s. Công ty này được sưu tầm là megasamples trên giây, tức là một triệu mẫu mỗi giây. Xem xét rằng tiền tố SI vận dụng ở đây.
Vận tốc lấy mẫu phụ nằm trong trọn vẹn vào loại bộ đưa đổi và độ xác thực quan trọng. Nếu cần sưu tầm rất xác thực, ADC thông thường dành nhiều thời kì hơn để coi xét tín hiệu input (thông thường là lấy mẫu và giữ hoặc input tích hợp) và nếu ko cần độ xác thực cao thì nó với thể sưu tầm rất nhanh chóng.
Nguyên tắc chung là vận tốc và độ xác thực tỉ lệ nghịch cùng nhau, điều cần thiết là phải mua ADC tùy nằm trong vào ứng dụng.
Những loại ADC
- Flash ADC
Đấy là loại ADC đơn thuần nhất và nhanh chóng nhất, nó gồm có một loạt những bộ so sánh sánh với những input ko đảo ngược nối với input tín hiệu và những chân đảo ngược nối với một thang chia điện áp.
Tuy rằng nhiên, nếu điện áp tốt hơn 1 trong các những mức của bậc thang, toàn bộ những bit Output đầu ra dưới mức được đặt thành một, vì thế điện áp trên ngưỡng so với những bộ so sánh sánh dưới cùng. Để khắc phục vấn đề này, những Output đầu ra được cấp qua bộ mã hóa ưu tiên đưa đổi Output đầu ra thành nhị phân.
Vận tốc chỉ bị giới hạn bởi vì độ trễ truyền của bộ so sánh sánh và bộ mã hóa ưu tiên. Tuy rằng nhiên, độ xác thực là vừa phải.
- ADC tích hợp đếm hoặc độ dốc
Khi đến đây, một mạch tạo đoạn dốc được mở đầu tại thời khắc đưa đổi và bộ đếm nhị phân được phát động đồng thời. Một bộ so sánh sánh sẽ phát hiện lúc đoạn dốc vượt quá điện áp input và ngừng bộ đếm nhị phân. Bộ đếm nhị phân thu được tỉ lệ với mức độ điện áp input.
Độ xác thực tuyệt đối của bộ đưa đổi này vẫn là 1 trong thắc mắc, tuy rằng nhiên nó triển khai đơn thuần và cho phân bố điểm ảnh tốt, tầm phương pháp đều thân những bước nhị phân. Nếu ko với chip, mạch này với thể được tạo riêng lẻ.
- ADC ước tính tiếp nối
Bộ ADC này có nhẽ là xác thực nhất. Nó gồm có một bộ so sánh sánh, một bộ DAC flash đơn thuần và một thanh ghi bộ nhớ lưu trữ. Tranh bị ban sơ giả thiết toàn bộ những bit trong thanh ghi ngoại trừ bit với ý nghĩa đỉnh cao (là 1 trong) là số 0. Sau đấy thanh ghi này sẽ gửi nó tới DAC đưa nó thành điện áp analog, được so sánh sánh với input trải qua bộ so sánh sánh. Nếu điện áp input tốt hơn điện áp DAC, thì MSB vẫn là 1 trong. Quy trình này lặp lại cho tới lúc toàn bộ những bit với được đặt thành ko hoặc một, nói phương pháp khác cho tới lúc trị giá thanh ghi bằng điện áp input.
ADC này là 1 trong trong mỗi ADC thông thường được dùng nhất lúc cần độ xác thực và vận tốc ko quá giới hạn, ví dụ như trong vi điều khiển và tinh chỉnh. ADC loại SA với thể dễ dàng dàng đạt được thời kì đưa đổi vài ba micro giây.
Những ứng dụng
- Máy hiện sóng kỹ thuật số và đồng hồ thời trang vạn năng
Ưu điểm to nhất của dòng sản phẩm hiện sóng analog là với rất không nhiều mạch điện thân đầu nối input và monitor, nói phương pháp khác là khách tham quan thấy xác thực những gì đang ra mắt trong mạch theo thời kì thực. Tuy rằng nhiên, nó ko thể lưu trữ những dạng sóng để dùng sau đây hoặc triển khai những phép đo trên bo.
Máy hiện sóng kỹ thuật số xử lý được toàn bộ những vấn đề này và trọng tâm của nó là 1 trong bộ ADC rất mạnh và nhanh chóng với phân bố điểm ảnh từ 12 bit trở lên. ADC đưa đổi những dạng sóng thành trị giá nhị phân với thể được lưu trữ trong bộ nhớ lưu trữ, vận hành và hiển thị trên monitor.
- Vi điều khiển và tinh chỉnh
Hồ hết toàn bộ những vi điều khiển và tinh chỉnh tiên tiến đều với ADC tích hợp sẵn, phổ thông nhất là Arduino dựa trên ATMega328P với phân bố điểm ảnh 10 bit và STM32 với phân bố điểm ảnh 12 bit.
Arduino IDE cung ứng hàm ‘analogRead ()’ để sưu tầm điện áp analog trên 1 trong các những chân analog và trả về trị giá số nguyên 10 bit, tức là phạm vi từ 0 tới 1023.
- Power kỹ thuật số
Hồ hết những Power điện thời buổi này đều được điều khiển và tinh chỉnh sử dụng máy tính, và để máy tính đo điện áp Output đầu ra thì cần với bộ ADC.
Phương pháp dùng một IC ADC
Với rất nhiều IC ADC trên thị ngôi trường với thể được dùng để đo điện áp analog. ADC0804, ADC0808, MCP3008, … là một vài module ADC được dùng tối đa. Chúng thông thường được dùng cùng với Raspberry pi và Chip xử lý hoặc mạch kỹ thuật số khác ở đấy ADC tích hợp sẵn ko khả dụng. Ví dụ, chúng ta hãy coi xét vi mạch ADC ADS1115 của Texas Instruments với phân bố điểm ảnh cao và kiến trúc tiên tiến.
Nó với trong gói QFN hoặc VSSOP, cho phép một hệ số phương thức rất nhỏ. Nó sắp như ko chiếm dung tích trên PCB. Con cái chip nhỏ này làm được rất nhiều thứ, chúng ta sẽ coi xét một vài tính năng của nó phía dưới.
- Tương yêu thích I2C
Ngẫu nhiên người nào vẫn từng thao tác với vi điều khiển và tinh chỉnh đều biết bus SPI và I2C hữu ích như vậy nào để tiếp xúc với những vũ trang ngoại vi. Tính năng này hỗ trợ khách tham quan rất dễ dàng dùng IC này với bo Arduino vì thế những tủ sách mở bát ngát vẫn được viết lách cho vũ trang.
- Mức hấp thụ điện năng
Lợi thế của việc dùng ngẫu nhiên vi mạch tiên tiến nào là chúng hấp thụ loại điện rất thấp và làm việc trên nhiều loại điện áp, trong ngôi trường hợp này là 2.0V tới 5.5V.
- Bộ so sánh sánh với thể lập trình
ADS kèm theo với một bộ so sánh sánh nhưng tham chiếu của nó với thể được lập trình qua bus I2C. Vớ nhiên so với ứng dụng nhanh chóng thì ko với gì tấn công bại được IC so sánh sánh rời rạc.
- Input với thể thông số kỹ thuật
Tứ input với thể là nhị cặp vi sai (chỉ tính tới chênh lệch điện áp trên những chân đấy) hoặc tư input đầu mút đơn.
Giới hạn của ADC
- ADC chậm rãi, thông thường theo trật tự vài ba micro hoặc nano giây.
- Thiếu hụt những trị giá điện áp thường xuyên.
- Độ phức tạp của mạch tăng