Hvordan fungerer successive approximation (sar) adc, og hvor bruges det bedst?

En analog til digital konverter (ADC) er en type enhed, der hjælper os med at behandle de kaotiske virkelige data i et digitalt synspunkt. For at forstå virkelige data som temperatur, fugtighed, tryk, position har vi brug for transducere, alle disse måler bestemte parametre og giver os et elektrisk signal tilbage i form af spænding og strøm. Da størstedelen af ​​vores enheder i dag er digitale, bliver det nødvendigt at konvertere disse signaler til digitale signaler. Det er her ADC kommer ind, selvom der er mange forskellige typer ADC'er derude, men i denne artikel vil vi tale om en af ​​de mest anvendte ADC-typer, der er kendt som den successive tilnærmelse ADC. I en tidlig artikel har vi talt om grundlaget for ADC ved hjælp af Arduino, du kan tjekke det ud, hvis du er ny inden for elektronik og vil lære mere om ADC.

Hvad er en successiv tilnærmelse ADC?

Den successive tilnærmelse ADC er den valgte ADC til billige mellemstore til høje opløsningsapplikationer. Opløsningen til SAR ADC'er varierer fra 8 - 18 bit med prøvehastigheder på op til 5 megaprøver pr. Sekund (Msps). Det kan også konstrueres i en lille formfaktor med lavt strømforbrug, hvorfor denne type ADC bruges til bærbare batteridrevne instrumenter.

Som navnet antyder, anvender denne ADC en binær søgealgoritme til at konvertere værdierne, hvorfor det interne kredsløb muligvis kører ved flere MHZ, men den faktiske samplingsfrekvens er meget mindre på grund af den successive tilnærmelsesalgoritme. Vi diskuterer mere om det senere i denne artikel.

Arbejde med successiv tilnærmelse ADC

Forsidebilledet viser det grundlæggende successive tilnærmelsesvise ADC-kredsløb. Men for at forstå funktionsprincippet lidt bedre, skal vi bruge en 4-bit version af det. Billedet nedenfor viser nøjagtigt det.

Som du kan se, består denne ADC af en komparator, en digital til analog konverter og et successivt tilnærmelsesregister sammen med kontrolkredsløbet. Nu, hver gang en ny samtale starter, prøver prøve- og holdekredsløbet indgangssignalet. Og dette signal sammenlignes med det specifikke udgangssignal fra DAC.

Lad os sige, at det samplede indgangssignal er 5.8V. ADC'ens reference er 10V. Når konverteringen starter, indstiller det efterfølgende tilnærmelsesregister den mest betydningsfulde bit til 1 og alle andre bits til nul. Dette betyder, at værdien bliver 1, 0, 0, 0, hvilket betyder, at for en 10V-referencespænding vil DAC producere en værdi på 5V, som er halvdelen af ​​referencespændingen. Nu vil denne spænding blive sammenlignet med indgangsspændingen, og baseret på komparatorudgangen vil output fra det på hinanden følgende tilnærmelsesregister blive ændret. Billedet nedenfor vil tydeliggøre det mere. Yderligere kan du se på en generisk referencetabel for flere detaljer om DAC. Tidligere har vi lavet mange projekter om ADC'er og DAC'er, du kan tjekke dem ud for mere information.

Dette betyder, at hvis Vin er større end output fra DAC, forbliver den mest betydningsfulde bit, som den er, og den næste bit indstilles til en ny sammenligning. Ellers, hvis indgangsspændingen er mindre end DAC-værdien, vil den mest signifikante bit blive sat til nul, og den næste bit vil blive sat til 1 for en ny sammenligning. Hvis du nu ser nedenstående billede, er DAC-spændingen 5V, og da den er mindre end indgangsspændingen, vil den næste bit før den mest betydningsfulde bit blive sat til en, og andre bits vil blive sat til nul, denne proces fortsætter indtil værdien nærmest indgangsspændingen når.

Sådan ændres den på hinanden følgende tilnærmelse ADC 1 bit ad gangen for at bestemme indgangsspændingen og producere outputværdien. Og uanset hvilken værdi der er i fire iterationer, får vi den digitale outputkode fra inputværdien. Endelig vises en liste over alle mulige kombinationer for en fire-bit successiv tilnærmelse ADC nedenfor.

Konverteringstid, hastighed og opløsning af successiv tilnærmelse ADC

Konverteringstid:

Generelt kan vi sige, at for en N bit ADC vil det tage N urcyklusser, hvilket betyder, at konverteringstiden for denne ADC bliver-

Tc = N x Tclk

* Tc er en forkortelse for Conversion Time.

Og i modsætning til andre ADC'er er konverteringstiden for denne ADC uafhængig af indgangsspændingen.

Da vi bruger en 4-bit ADC, skal vi tage en prøve efter 4 på hinanden følgende urimpulser for at undgå aliasing-effekter.

Konverteringshastighed:

Den typiske konverteringshastighed for denne type ADC er omkring 2-5 megaprøver pr. Sekund (MSPS), men der er få, der kan nå op til 10 (MSPS). Et eksempel ville være LTC2378 af Linear Technologies.

Løsning:

Opløsningen for denne type ADC kan være omkring 8 - 16 bit, men nogle typer kan gå op til 20 bit, et eksempel kan være ADS8900B af Analog Devices.

Fordele og ulemper ved successiv tilnærmelse ADC

Denne type ADC'er har mange fordele i forhold til andre. Det har høj nøjagtighed og lavt strømforbrug, hvorimod det er let at bruge og har en lav ventetid. Latenstiden er tidspunktet for begyndelsen af ​​signaloptagelsen og det tidspunkt, hvor dataene er tilgængelige til hentning fra ADC'en, typisk defineres denne latens tid i sekunder. Men også nogle datablade henviser til denne parameter som konverteringscyklusser, i en bestemt ADC, hvis dataene er tilgængelige til at hente inden for en konverteringscyklus, kan vi sige, at den har en latency for en samtalecyklus. Og hvis dataene er tilgængelige efter N-cyklusser, kan vi sige, at de har en konverteringscykluslatens. En stor ulempe ved SAR ADC er dens kompleksitet og produktionsomkostninger.

Anvendelser af SAR ADC

Da dette er en mest almindeligt anvendt ADC, bruges den til mange applikationer som anvendelser i biomedicinske enheder, der kan implanteres i patienten. Disse typer ADC'er bruges, fordi den bruger meget mindre strøm. Også mange smartwatches og sensorer brugte denne type ADC.

Sammenfattende kan vi sige, at de primære fordele ved denne type ADC er lavt strømforbrug, høj opløsning, lille formfaktor og nøjagtighed. Denne type karakter gør den velegnet til integrerede systemer. Hovedbegrænsningen kan være dens lave samplingshastighed og de dele, der kræves for at opbygge denne ADC, som er en DAC, og en komparator, begge skal bruge meget nøjagtigt for at opnå et nøjagtigt resultat.