El convertidor se refiere a un dispositivo que convierte una señal en otra. La señal es la forma o el portador de información. En los equipos de instrumentación automática y los sistemas de control automático, una señal a menudo se convierte en otra señal en comparación con el valor estándar o de referencia para conectar los dos tipos de instrumentos. Por lo tanto, el convertidor suele ser de dos instrumentos (o dispositivo).
Introducción al convertidor AD
- Clasificación de convertidores AD
A continuación se presentan brevemente los principios y características básicos de varios tipos de uso común: tipo integral, tipo de aproximación sucesiva, tipo de comparación paralela/tipo paralelo en serie, tipo de modulación sigma-delta, condensador tipo de comparación sucesiva de matriz y voltaje-tipo de conversión de frecuencia.
1) Tipo integral (como TLC7135)
El principio de funcionamiento de AD integral es convertir la entrada voltaje en tiempo (señal de ancho de pulso) o frecuencia (frecuencia de pulso), y luego el valor digital es obtenido por el temporizador / contador. La ventaja es que se puede obtener una alta resolución con un circuito simple, pero la desventaja es que debido a que la precisión de conversión depende del tiempo de integración, la tasa de conversión es extremadamente baja. La mayoría de los convertidores AD iniciales de un solo chip usaban el tipo integral, y ahora el tipo de comparación sucesiva se ha convertido gradualmente en la corriente principal.
2) Tipo de comparación sucesiva (como TLC0831)
La comparación sucesiva AD está compuesta por un comparador y un convertidor DA mediante lógica de comparación sucesiva. A partir del MSB, el voltaje de entrada se compara secuencialmente con la salida del convertidor DA incorporado para cada bit, y se emite un valor digital después de n comparaciones. La escala del circuito es media. Sus ventajas son alta velocidad, bajo consumo de energía y alto precio a baja resolución (12 bits).
3) Tipo de comparación en paralelo / tipo de comparación en paralelo en serie (como TLC5510)
El tipo de comparación paralela AD utiliza varios comparadores para realizar la conversión solo para una comparación, también conocida como tipo FLash (rápido). Debido a la tasa de conversión extremadamente alta, la conversión de n bits requiere comparadores 2n-1. Por tanto, la escala del circuito también es muy grande y el precio es elevado. Solo es adecuado para áreas con velocidades extremadamente altas, como convertidores AD de video.
La estructura del tipo de comparación serie-paralelo AD es entre el tipo paralelo y el tipo de comparación sucesiva. El más típico está compuesto por dos convertidores AD de tipo paralelo de n / 2 bits y convertidores DA. La conversión se realiza mediante dos comparaciones, por lo que se denomina Es de tipo Half flash (semi-rápido). También hay tres o más pasos para lograr la conversión de AD denominada AD de tipo AD de varios pasos (Multistep / Subrangling), y desde la perspectiva del tiempo de conversión también se puede llamar tipo AD de tubería (Pipeline), AD jerárquico moderno también agregado múltiple El resultado de conversión se usa para operación digital para modificar características y otras funciones. Este tipo de velocidad AD es más alta que la del tipo de comparación sucesiva y la escala del circuito es más pequeña que la del tipo paralelo.
4) Tipo de modulación Σ-Δ (Sigma? / FONT> delta) (como AD7705)
El Σ-Δ AD está compuesto por un integrador, un comparador, un convertidor DA de 1 bit y un filtro digital. En principio, es similar al tipo integral. El voltaje de entrada se convierte en una señal de tiempo (ancho de pulso) y se procesa mediante un filtro digital para obtener un valor digital. La parte digital del circuito es básicamente fácil de usar en un solo chip, por lo que es fácil lograr una alta resolución. Se utiliza principalmente para audio y medición.
5) Tipo de comparación sucesiva de matriz de condensadores
El tipo de comparación sucesiva de matriz de condensadores AD adopta el método de matriz de condensadores en el convertidor DA incorporado, que también se puede llamar tipo de redistribución de carga. Los valores de la mayoría de las resistencias en general. Resistencia Los convertidores de matriz de DA deben ser consistentes y no es fácil generar resistencias de alta precisión en un solo chip. Si se utiliza una matriz de condensadores en lugar de un Resistencia matriz, se puede fabricar un convertidor AD monolítico de alta precisión a bajo costo. La mayoría de los convertidores AD de comparación sucesivos recientes son del tipo de matriz de condensadores.
6) Tipo de conversión de voltaje-frecuencia (como AD650)
Convertidor de voltaje-frecuencia (convertidor de voltaje-frecuencia) implementa la conversión de analógico a digital a través de conversión indirecta. El principio es convertir primero la señal analógica de entrada en una frecuencia y luego usar un contador para convertir la frecuencia en una cantidad digital. En teoría, la resolución de este AD se puede aumentar casi infinitamente, siempre que el tiempo de muestreo pueda cumplir con el ancho del número de pulsos acumulativo requerido por la resolución de la frecuencia de salida. Sus ventajas son alta resolución, bajo consumo de energía y bajo precio, pero requiere un circuito de conteo externo para completar la conversión AD juntos. - Los principales indicadores técnicos del convertidor AD.
1) Resolución (Resolución) se refiere a la cantidad de cambio en la señal analógica cuando el valor digital cambia en una cantidad mínima, definida como la relación entre la escala completa y 2n. La resolución también se llama precisión, generalmente expresada por el número de dígitos de la señal digital.
2) Tasa de conversión (Tasa de conversión) se refiere al recíproco del tiempo requerido para completar una conversión AD de analógico a digital. El tiempo de conversión de AD integral es milisegundos, que es AD de baja velocidad, AD de comparación sucesiva es microsegundos y AD de velocidad media, y AD en paralelo completo / paralelo en serie puede alcanzar nanosegundos. El tiempo de muestreo es otro concepto, que se refiere al intervalo entre dos conversiones. Para garantizar la finalización correcta de la conversión, la frecuencia de muestreo (frecuencia de muestreo) debe ser menor o igual que la tasa de conversión. Por tanto, es aceptable que algunas personas equiparen numéricamente la tasa de conversión con la tasa de muestreo. Las unidades más utilizadas son ksps y Msps, lo que significa kilo / millón de muestras por segundo (kilo / millón de muestras por segundo).
3) Error de cuantificación (error de cuantificación) El error causado por la resolución finita de AD, es decir, el máximo entre la curva característica de transferencia escalonada de resolución finita AD y la curva característica de transferencia (línea recta) de resolución infinita AD (AD ideal) desviación. Por lo general, es 1 o la mitad de la variación analógica digital más pequeña, expresada como 1LSB, 1 / 2LSB.
4) Error de compensación El valor en el que la señal de salida no es cero cuando la señal de entrada es cero, se puede ajustar al mínimo mediante un potenciómetro externo.
5) Error de escala completa (error de escala completa) La diferencia entre la señal de entrada correspondiente y el valor ideal de la señal de entrada en la salida de escala completa.
6) Linealidad (Linealidad) La desviación máxima entre la función de transferencia del convertidor real y la línea recta ideal, excluyendo los tres errores anteriores.
Otros indicadores incluyen: precisión absoluta, precisión relativa, no linealidad diferencial, monotonicidad y código libre de errores, distorsión armónica total (THD) y no linealidad integral. - Convertidor DA
No hay mucha diferencia en la composición del circuito interno del convertidor DA, y generalmente se clasifica según si la salida es corriente o voltaje, y si se puede multiplicar. La mayoría de los convertidores DA constan de una matriz de resistencias y n interruptores de corriente (o interruptores de voltaje). Cambie el interruptor de acuerdo con el valor de la entrada digital para generar una corriente (o voltaje) proporcional a la entrada. Además, también hay fuentes de corriente constante colocadas dentro del dispositivo para mejorar la precisión. En términos generales, debido a que el error de conmutación del interruptor de corriente es pequeño, se utilizan la mayoría de los circuitos del tipo de interruptor de corriente. Si el circuito de tipo de interruptor de corriente emite directamente la corriente generada, es un convertidor DA de tipo de salida de corriente. Además, el circuito de tipo interruptor de voltaje es un convertidor DA de voltaje de salida directa.
1) Tipo de salida de voltaje (como TLC5620)
Aunque hay convertidores DA de salida de voltaje que emiten voltaje directamente desde una matriz de resistencias, generalmente usan un amplificador de salida incorporado para emitir con baja impedancia. Los dispositivos que emiten voltaje directamente solo se utilizan para cargas de alta impedancia. Debido a que no hay retraso en la parte del amplificador de salida, a menudo se utilizan como convertidores DA de alta velocidad.
2) Tipo de salida de corriente (como THS5661A)
Los convertidores DA de tipo de salida de corriente rara vez utilizan la salida de corriente directamente, y la mayoría de ellos están conectados a un circuito de conversión de corriente-voltaje para obtener la salida de voltaje. Este último tiene dos métodos: uno es solo conectar una resistencia de carga al pin de salida para realizar la conversión de corriente-voltaje; Es un amplificador operacional externo. El método de conversión de corriente-voltaje con resistencia de carga, aunque puede aparecer voltaje en el pin de salida de corriente, debe usarse dentro del rango de voltaje de salida especificado y, debido a la alta impedancia de salida, generalmente se usa con un amplificador operacional externo. Además, la mayoría de los convertidores CMOSDA no pueden funcionar correctamente cuando el voltaje de salida no es cero, por lo que se debe conectar un amplificador operacional externo. Cuando se utiliza un amplificador operacional externo para la conversión de corriente a voltaje, la configuración del circuito es básicamente la misma que el tipo de salida de voltaje del amplificador incorporado. En este momento, debido a la adición del retardo del convertidor DA al tiempo de configuración actual del convertidor DA, la respuesta se vuelve más lenta. Además, el amplificador operacional en este circuito es propenso a oscilar debido a la capacitancia interna del pin de salida, y algunas veces es necesaria la compensación de fase.
3) Tipo de multiplicación (como AD7533)
Algunos convertidores DA usan un voltaje de referencia constante y algunos agregan una señal de CA a la entrada de voltaje de referencia. Este último se denomina convertidor DA multiplicador porque puede obtener el resultado de multiplicar la entrada digital y la entrada de voltaje de referencia. El convertidor DA de tipo multiplicador generalmente no solo puede realizar una multiplicación, sino que también se puede usar como un atenuador que atenúa digitalmente la señal de entrada y un modulador que modula la señal de entrada. [1]
4) Un convertidor DA
El convertidor DA de un bit es completamente diferente del método de conversión mencionado anteriormente. Convierte el valor digital en una salida de modulación de ancho de pulso o de modulación de frecuencia, y luego usa un filtro digital para promediar para obtener una salida de voltaje general (también conocido como método de flujo de bits). Para audio y otras ocasiones. - Los principales indicadores técnicos del convertidor DA:
1) Resolución (Resolución) se refiere a la relación entre la salida analógica mínima (correspondiente a cantidades digitales, solo el bit más bajo es '1') al máximo (las cantidades digitales correspondientes son todos dígitos válidos '1')
2) El tiempo de ajuste es el tiempo necesario para convertir una cantidad digital en una señal analógica estable y también puede considerarse como el tiempo de conversión. El tiempo de asentamiento se usa a menudo en DA para describir su velocidad, en lugar de la tasa de conversión comúnmente utilizada en DA. Generalmente, el tiempo de estabilización de la salida de corriente DA es más corto y la salida de voltaje DA es más larga.