Analoog-naar-digitaal-omzetter: werken, typen, 7 toepassingen

Content

· Analoog naar digitaal converter (ADC)

· Werkingsprincipe van een analoog naar digitaal omzetter

· Elektrisch symbool van analoog naar digitaal omzetter

· Soorten analoog-naar-digitaal omzetter & uitleg

· Toepassingen van analoog naar digitaal omzetter

· Testen van een analoog-naar-digitaal omzetter

· Een ADC IC

Definitie en overzicht van analoog-naar-digitaal-omzetter

Een analoog-naar-digitaal-omzetter is een elektronisch apparaat. Zoals de naam al voorspelt, wordt het geleverde analoge signaal omgezet in een digitaal signaal dat aan de uitgang wordt geproduceerd. Analoge signalen, zoals spraak opgenomen door een microfoon, kunnen worden omgezet in een digitaal signaal met behulp van een analoog-naar-digitaal-omzetter. 

Een analoog-naar-digitaal-omzetter is ook bekend als ADC en A naar D-omzetter, enz.

Werking van een analoog naar digitaal omzetter

Een analoog signaal wordt gedefinieerd als het tijdcontinue en continue amplitudesignaal. Tegelijkertijd wordt een digitaal signaal gedefinieerd als het signaal met discrete tijd en discrete amplitude. Een analoog signaal wordt omgezet in een digitaal signaal met behulp van een analoog-naar-digitaal omzetter. De transformatie heeft verschillende stappen, zoals bemonstering, kwantisering en andere. Het proces is niet continu; in plaats daarvan is het periodiek en beperkt het de toegestane bandbreedte van het ingangssignaal.

Een analoog-naar-digitaal omzetter werkt op basis van de Nyquist-Shannon Bemonsteringsstelling. Het stelt dat – een ingangssignaal kan worden hersteld van zijn gesamplede uitgang als de bemonsteringsfrequentie twee keer groter is dan of gelijk is aan de hoogste frequentiecomponent die aanwezig is in het ingangssignaal.

Er zijn verschillende parameters om de prestaties van een analoog naar digitaal omzetter te meten. De bandbreedte van het uitgangssignaal, de signaal-ruisverhouding zijn enkele van de parameters.

Elektrisch symbool van een ADC

Het onderstaande symbool staat voor een analoog naar digitaal converter (ADC).

Soorten analoog naar digitaal converters

De omzetting van analoge ingangssignalen in digitale signalen kan via verschillende processen worden bereikt. Laten we enkele van de typen in detail -

A. Flash-ADC

Flash ADC staat bekend als de analoog naar digitaal converter van het directe conversietype. Het is een van de snelste soorten analoog-naar-digitaal-converters. Het bestaat uit een reeks vergelijkers met de inverterende terminals verbonden met een spanningsdelerladder en de niet-inverterende terminals verbonden met het analoge ingangssignaal.

Zoals het circuit laat zien, is een ladder van goed op elkaar afgestemde weerstanden verbonden met een referentie- of drempelspanning. Bij elke tik van de weerstandenladder wordt een comparator gebruikt. Dan is er een versterkingstrap en daarna wordt de code gegenereerd als binaire waarden (0 en 1). Er wordt ook een versterker gebruikt. De versterker versterkt het spanningsverschil van de comparatoren en onderdrukt ook de offset van de comparator.

Als de gemeten spanning hoger is dan de drempelspanning, is de binaire uitvoer één en als de gemeten spanning lager is dan de binaire arbeid, is 0.

Onlangs verbeterde ADC's zijn aangepast met digitale foutcorrectiesystemen, offset-kalibraties en ze zijn ook kleiner van formaat. ADC's zijn nu beschikbaar in geïntegreerde schakelingen (IC's).

Dit type analoog-naar-digitaal converters heeft een hoge bemonsteringsfrequentie. Het heeft dus toepassingen in hoogfrequente apparaten. Detectie met behulp van radars, breedbandradio's, diverse testapparatuur zijn er enkele van. NAND Flash-geheugen gebruikt ook analoog-naar-digitaal-converters van het flash-type om tot 3 bits in een cel op te slaan.

Flash-ADC's zijn de snelste in bedrijfssnelheid, eenvoudig in schakelingen en de conversie valt samen in plaats van opeenvolgend. Dit vereist echter een aanzienlijk aantal vergelijkingen dan verschillende soorten ADC's.

B. Opeenvolgende benaderingstype ADC

Opeenvolgende benaderingstype ADC is een ander type analoog-naar-digitaal-omzetter die gebruikmaakt van binair zoeken via kwantiseringsniveaus vóór conversie naar het digitale domein.

Het hele proces is opgedeeld in verschillende deelprocessen. Er is een ruim en houd circuit, dat de analoge ingang Vin neemt. Dan is er een comparator die de analoge ingangsspanning vergelijkt met de interne digitaal-naar-analoog omzetter. Er is ook een successive-benaderingregister (SAR), dat invoer als klokpuls en comparatorgegevens opneemt.

De SAR wordt voornamelijk geïnitialiseerd om de MSB (meest significante bit) logisch hoog of 1 te maken. Deze code wordt geleverd aan de digitaal-naar-analoog-omzetter, die verder het analoge equivalent levert aan de vergelijkingscircuit vergeleken met het bemonsterde analoge ingangssignaal. Als de spanning hoger is dan de ingangsspanning, reset de comparator de bit. Anders blijft het bit zoals het is. Daarna wordt de volgende bit ingesteld op een digitale en wordt het hele proces opnieuw uitgevoerd totdat elk bit van het register met opeenvolgende benaderingen is getest. De uiteindelijke output is de digitale versie van het analoge inputsignaal.

Er zijn twee typen analoog-naar-digitaal-omzetters met opeenvolgende benaderingen beschikbaar. Ze zijn - Type teller en Servo-trackingtype.

Deze soorten ADC's geven de meest nauwkeurige resultaten dan andere soorten ADC's.

C. het integreren van type ADC

Zoals de naam al aangeeft, converteert dit type ADC's continu analoog ingangssignaal met continue amplitude in een digitaal signaal met behulp van een integrator (een integrator) om een operationele versterker dat een gewoon ingangssignaal nodig heeft en een in de tijd geïntegreerd uitgangssignaal geeft).

Een niet-geïdentificeerde analoge ingangsspanning wordt op de ingangsklem aangelegd en mag gedurende een bepaalde periode aanlopen, ook wel de aanloopperiode genoemd. Een vooraf bepaalde referentiespanning met tegengestelde polariteit wordt dan aangelegd op de integratorschakeling. Dat mag ook aanlopen tot en tenzij de integrator de output als nul geeft. Deze tijd staat bekend als de uitloopperiode.

De uitlooptijd wordt over het algemeen gemeten in eenheden van de ADC-klok. Een langere integratietijd resulteert dus in een hogere resolutie. De snelheid van dit type omvormer kan worden verbeterd door een compromis te sluiten met de oplossing.

Aangezien de snelheid en resolutie omgekeerd evenredig zijn, vindt dit type converters geen toepassingen voor digitale signaalverwerking of audioverwerking. Bij voorkeur worden ze gebruikt in digitale meetmeters (ampèremeters, voltmeters, etc.) en andere instrumenten waarbij een hoge nauwkeurigheid cruciaal is.

Dit type ADC's heeft twee soorten: ladingsbalancerende analoog-naar-digitaal-omzetter en ADC met dubbele helling.

D. Wilkinson ADC

- DH Wilkinson ontwierp dit type analoog-naar-digitaal-omzetter voor het eerst in 1950.

In eerste instantie wordt de condensator opgeladen. Een comparator controleert deze toestand. Na het bereiken van dat gespecificeerde niveau, begint de condensator nu lineair te ontladen, waardoor een hellingsignaal wordt geproduceerd. In de tussentijd wordt ook een poortimpuls geïnitieerd. De poortpuls blijft de rest van de tijd aan terwijl de condensator ontlaadt. Deze poortpuls bedient verder een lineaire poort die verder invoer ontvangt van een oscillatorklok met een hoge frequentie. Nu, wanneer de poortpuls AAN is, worden verschillende klokpulsen geteld door het adresregister.

E. Time Stretch analoog naar digitaal converter (TS - ADC):

Dit type analoog-naar-digitaal-omzetter werkt op een gecombineerde technologie van elektronica en andere technologieën.

Het kan een signaal met een zeer hoge bandbreedte digitaliseren dat niet mogelijk is met een gewone ADC. Dit wordt vaak "Photonic Time Stretch Digitizer" genoemd.

Het is niet alleen analoog naar digitaal, maar wordt ook gebruikt voor real-time apparatuur met hoge doorvoer, zoals beeldvorming en spectroscopie.

Er zijn verschillende andere soorten andere analoog-naar-digitaal-converters.

• De Delta-gecodeerde ADC
• De Pipelined ADC,
• De Sigma-delta ADC,
• De Time-interleaved ADC's etc.

Wat is DAC? Meer weten over digitaal naar analoog converter! Klik om te weten!

Toepassingen van ADC

De analoog-naar-digitaal-omzetter is een van de belangrijkste elektronische apparaten in deze moderne tijd. Dit is een tijdperk van digitalisering, maar onze wereld is in realtime analoog. Het omzetten van analoge data in het digitale domein is de behoefte van dit uur. Daarom zijn ze zo belangrijk. Enkele van de belangrijkste toepassingen van een ADC zijn - 

A. Digitale signaalverwerking

– Analoog naar digitaal converters zijn essentieel voor het bewerken, wijzigen, verwerken, opslaan en transporteren van gegevens van het analoge veld naar het digitale gebied. Microcontrollers, digitale oscilloscopen en kritische software vinden toepassingen in dit domein. Apparaten zoals digitale oscilloscopen kan golfvormen opslaan voor later gebruik, terwijl een analoge oscilloscoop dat niet kan.

B. Microcontrollers

- Microcontrollers maken een apparaat slim. Op dit moment bevatten bijna alle microcontrollers analoog naar digitaal converters. Het meest voorkomende voorbeeld is wellicht de Arduino. (Het is gebouwd op een ATMega328p-microcontroller) De Arduino biedt een nuttige functie van 'analogRead ()', die analoge ingangssignalen ontvangt en digitale gegevens retourneert die door de ADC zijn gegenereerd.

C. Wetenschappelijke instrumenten

- ADC's zijn handig voor het maken van verschillende noodzakelijke elektronische instrumenten en systemen. Digitale beeldvorming voor de digitalisering van pixels, radartechnologieën en veel teledetectiesystemen is hiervan een voorbeeld. Apparaten zoals sensoren produceren een analoog signaal voor het meten van temperatuur, lichtintensiteit, lichtgevoeligheid, luchtvochtigheid, luchtdruk, pH van een oplossing, etc. Al deze analoge inputs worden door ADC omgezet om een ​​evenredige digitale output te genereren.

D. audioverwerking:

-ADC heeft een essentiële toepassing op het gebied van audioverwerking. De digitalisering van muziek verbetert de muziekkwaliteit. Analoge stemmen worden opgenomen via microfoons. Vervolgens worden ze opgeslagen in digitale platforms met behulp van een ADC. Veel muziekopnamestudio's nemen op in PCM of DSD-indelingen en vervolgens gedownsampled voor digitale audioproducties. Ze worden gebruikt voor uitzending op televisies en radio's.

Testen van een analoog naar digitaal omzetter

Om een ​​analoog-naar-digitaal-omzetter te testen, hebben we allereerst een analoge ingangsspanningsbron en elektronische apparatuur nodig om signalen te verzenden en te besturen en de digitale uitgangsgegevens te ontvangen. Sommige ADC's hebben ook een bron van referentiesignalen nodig. Er zijn enkele parameters om een ​​ADC te testen.

Sommige ervan zijn -

• Signaal-ruisverhouding (SNR),
• Totale harmonische vervorming (THD),
• Integrale niet-lineariteit (INL),
• DC offset fout,
• DC-versterkingsfout,
• Vermogensverlies, etc.

ADC-IC

ADC's zijn in de handel verkrijgbaar als IC's op de markt. Enkele van de meest gebruikte ADC IC's zijn ADC0808, ADC0804, MPC3008, enz. Ze vinden toepassingen in apparaten zoals Rasberry pi en andere processors of digitale electronica circuits waar een ADC nodig is.

Om meer te weten over elektronica klik hier

Soedipta Roy

Hallo, ik ben Sudipta Roy. Ik heb B. Tech in elektronica gedaan. Ik ben een elektronica-liefhebber en houd mij momenteel bezig met elektronica en communicatie. Ik heb een grote interesse in het verkennen van moderne technologieën zoals AI en Machine Learning. Mijn geschriften zijn gewijd aan het verstrekken van nauwkeurige en bijgewerkte gegevens aan alle leerlingen. Iemand helpen bij het opdoen van kennis geeft mij enorm veel plezier.
Laten we verbinding maken via LinkedIn –