Le convertisseur fait référence à un appareil qui convertit un signal en un autre. Le signal est la forme ou le support de l'information. Dans les équipements d'instrumentation automatique et les systèmes de contrôle automatique, un signal est souvent converti en un autre signal par rapport à la valeur standard ou de référence afin de connecter les deux types d'instruments. Par conséquent, le convertisseur est souvent composé de deux instruments (ou appareil).
Introduction du convertisseur AD
- Classification des convertisseurs AD
Ce qui suit présente brièvement les principes de base et les caractéristiques de plusieurs types couramment utilisés : type intégral, type à approximation successive, type à comparaison parallèle/type parallèle série, type à modulation sigma-delta, condensateur type de comparaison successive de tableau et Tension-type de conversion de fréquence.
1) type intégral (tel que TLC7135)
Le principe de fonctionnement de l'intégrale AD est de convertir l'entrée Tension en temps (signal de largeur d'impulsion) ou en fréquence (fréquence d'impulsion), puis la valeur numérique est obtenue par la minuterie / compteur. L'avantage est qu'une résolution élevée peut être obtenue avec un circuit simple, mais l'inconvénient est que, comme la précision de conversion dépend du temps d'intégration, le taux de conversion est extrêmement faible. La plupart des premiers convertisseurs AD à une seule puce utilisaient le type intégral, et maintenant le type de comparaison successive est progressivement devenu le courant dominant.
2) Type de comparaison successive (comme TLC0831)
La comparaison successive AD est composée d'un comparateur et d'un convertisseur DA par logique de comparaison successive. En partant du MSB, la tension d'entrée est comparée séquentiellement à la sortie du convertisseur DA intégré pour chaque bit, et une valeur numérique est sortie après n comparaisons. L'échelle du circuit est moyenne. Ses avantages sont une vitesse élevée, une faible consommation d'énergie et un prix élevé à faible résolution (12 bits).
3) Type de comparaison parallèle / type de comparaison parallèle série (tel que TLC5510)
Le type de comparaison parallèle AD utilise plusieurs comparateurs pour effectuer la conversion uniquement pour une comparaison, également appelée type FLash (rapide). En raison du taux de conversion extrêmement élevé, la conversion n bits nécessite des comparateurs 2n-1. Par conséquent, l'échelle du circuit est également très grande et le prix est élevé. Il ne convient que pour les zones avec des vitesses extrêmement élevées telles que les convertisseurs vidéo AD.
La structure du type de comparaison série-parallèle AD se situe entre le type parallèle et le type de comparaison successive. Le plus typique est composé de deux convertisseurs AD de type parallèle n / 2 bits et de convertisseurs DA. La conversion est effectuée par deux comparaisons, elle s'appelle donc C'est un type Half flash (semi-rapide). Il y a également trois étapes ou plus pour réaliser une conversion AD appelée multi-étapes (Multistep / Subrangling) type AD, et du point de vue de la synchronisation de conversion peut également être appelée pipeline (Pipelined) type AD, AD hiérarchique moderne également ajouté multiple Le résultat de la conversion est utilisé pour un fonctionnement numérique pour modifier les caractéristiques et autres fonctions. Ce type de vitesse AD est plus élevé que le type de comparaison successive, et l'échelle du circuit est plus petite que le type parallèle.
4) Type de modulation Σ-Δ (Sigma? / FONT> delta) (comme AD7705)
Le Σ-Δ AD est composé d'un intégrateur, d'un comparateur, d'un convertisseur DA 1 bit et d'un filtre numérique. En principe, il est similaire au type intégral. La tension d'entrée est convertie en un signal temporel (largeur d'impulsion) et traitée par un filtre numérique pour obtenir une valeur numérique. La partie numérique du circuit est fondamentalement facile à monopuce, il est donc facile d'obtenir une résolution élevée. Principalement utilisé pour l'audio et la mesure.
5) Type de comparaison successive du réseau de condensateurs
Le type de comparaison successive de réseau de condensateurs AD adopte la méthode de matrice de condensateurs dans le convertisseur DA intégré, qui peut également être appelée le type de redistribution de charge. Les valeurs de la plupart des résistances en général Resistor Les convertisseurs DA matriciels doivent être cohérents et il n'est pas facile de générer des résistances de haute précision sur une seule puce. Si un réseau de condensateurs est utilisé au lieu d'un Resistor réseau, un convertisseur AD monolithique de haute précision peut être fabriqué à faible coût. La plupart des convertisseurs AD de comparaison successifs récents sont du type à réseau de condensateurs.
6) Type de conversion tension-fréquence (tel que AD650)
Le convertisseur tension-fréquence (convertisseur tension-fréquence) met en œuvre la conversion analogique-numérique par conversion indirecte. Le principe est de convertir d'abord le signal analogique d'entrée en une fréquence, puis d'utiliser un compteur pour convertir la fréquence en une quantité numérique. En théorie, la résolution de cet AD peut être augmentée presque à l'infini, tant que le temps d'échantillonnage peut atteindre la largeur du nombre d'impulsions cumulé requis par la résolution de fréquence de sortie. Ses avantages sont une haute résolution, une faible consommation d'énergie et un prix bas, mais il nécessite un circuit de comptage externe pour terminer la conversion AD ensemble. - Les principaux indicateurs techniques du convertisseur AD
1) La résolution (résolution) fait référence à la quantité de changement dans le signal analogique lorsque la valeur numérique change d'une quantité minimale, définie comme le rapport de la pleine échelle à 2n. La résolution est également appelée précision, généralement exprimée par le nombre de chiffres du signal numérique.
2) Le taux de conversion (taux de conversion) fait référence à l'inverse du temps nécessaire pour effectuer une conversion AD de l'analogique au numérique. Le temps de conversion de l'AD intégrale est en millisecondes, ce qui correspond à l'AD à faible vitesse, la comparaison successive à l'AD est en microsecondes et l'AD à vitesse moyenne, et l'AD plein parallèle / série-parallèle peut atteindre les nanosecondes. Le temps d'échantillonnage est un autre concept, qui fait référence à l'intervalle entre deux conversions. Afin de garantir l'achèvement correct de la conversion, le taux d'échantillonnage (taux d'échantillonnage) doit être inférieur ou égal au taux de conversion. Par conséquent, il est acceptable pour certaines personnes d'assimiler numériquement le taux de conversion au taux d'échantillonnage. Les unités couramment utilisées sont ksps et Msps, ce qui signifie kilo / million d'échantillons par seconde (kilo / million d'échantillons par seconde).
3) Erreur de quantification (erreur de quantification) Erreur causée par la résolution finie de AD, c'est-à-dire le maximum entre la courbe caractéristique de transfert échelonnée de résolution finie AD et la courbe caractéristique de transfert (ligne droite) de résolution infinie AD (AD idéale) déviation. Il s'agit généralement de 1 ou de la moitié de la plus petite variation analogique numérique, exprimée en 1LSB, 1 / 2LSB.
4) Erreur de décalage La valeur à laquelle le signal de sortie n'est pas nul lorsque le signal d'entrée est nul, peut être ajustée au minimum par un potentiomètre externe.
5) Erreur de pleine échelle (erreur de pleine échelle) La différence entre le signal d'entrée correspondant et la valeur idéale du signal d'entrée à la sortie pleine échelle.
6) Linéarité (linéarité) L'écart maximal entre la fonction de transfert du convertisseur réel et la ligne droite idéale, à l'exclusion des trois erreurs ci-dessus.
Les autres indicateurs comprennent: la précision absolue, la précision relative, la non-linéarité différentielle, la monotonicité et le code sans erreur, la distotorsion harmonique totale (THD) et la non-linéarité intégrale. - Convertisseur DA
Il n'y a pas beaucoup de différence dans la composition du circuit interne du convertisseur DA, et elle est généralement classée selon que la sortie est en courant ou en tension, et si elle peut être multipliée. La plupart des convertisseurs DA se composent d'un réseau de résistances et de n commutateurs de courant (ou commutateurs de tension). Basculez le commutateur en fonction de la valeur d'entrée numérique pour générer un courant (ou une tension) proportionnel à l'entrée. De plus, des sources de courant constant sont également placées à l'intérieur de l'appareil afin d'améliorer la précision. De manière générale, comme l'erreur de commutation du commutateur de courant est faible, la plupart des circuits de type commutateur de courant sont utilisés. Si le circuit de type interrupteur de courant délivre directement le courant généré, il s'agit d'un convertisseur DA de type sortie de courant. De plus, le circuit de type interrupteur de tension est un convertisseur DA de type tension de sortie directe.
1) Type de sortie de tension (tel que TLC5620)
Bien qu'il existe des convertisseurs DA de sortie de tension qui émettent directement la tension d'un réseau de résistances, ils utilisent généralement un amplificateur de sortie intégré pour sortir avec une faible impédance. Les appareils qui délivrent directement la tension ne sont utilisés que pour les charges à haute impédance. Comme il n'y a pas de retard dans la partie amplificateur de sortie, ils sont souvent utilisés comme convertisseurs DA haute vitesse.
2) Type de sortie de courant (tel que THS5661A)
Les convertisseurs DA de type sortie de courant utilisent rarement la sortie de courant directement, et la plupart d'entre eux sont connectés à un circuit de conversion courant-tension pour obtenir une sortie de tension. Ce dernier a deux méthodes: l'une consiste à connecter uniquement une résistance de charge à la broche de sortie pour effectuer une conversion courant-tension; C'est un amplificateur opérationnel externe. La méthode de conversion courant-tension avec résistance de charge, bien que la tension puisse apparaître sur la broche de sortie de courant, elle doit être utilisée dans la plage de tension de sortie spécifiée, et en raison de l'impédance de sortie élevée, elle est généralement utilisée avec un amplificateur opérationnel externe. De plus, la plupart des convertisseurs CMOSDA ne peuvent pas fonctionner correctement lorsque la tension de sortie n'est pas nulle, un amplificateur opérationnel externe doit donc être connecté. Lorsqu'un amplificateur opérationnel externe est utilisé pour la conversion courant-tension, la configuration du circuit est fondamentalement la même que le type de sortie de tension de l'amplificateur intégré. A ce moment, en raison de l'ajout du retard du convertisseur DA au temps d'établissement actuel du convertisseur DA, la réponse devient plus lente. De plus, l'amplificateur opérationnel de ce circuit a tendance à osciller en raison de la capacité interne de la broche de sortie, et une compensation de phase est parfois nécessaire.
3) Type de multiplication (tel que AD7533)
Certains convertisseurs DA utilisent une tension de référence constante et certains ajoutent un signal CA à l'entrée de tension de référence. Ce dernier est appelé un convertisseur DA multiplicateur car il peut obtenir le résultat de la multiplication de l'entrée numérique et de l'entrée de tension de référence. Le convertisseur DA de type multiplication peut généralement non seulement effectuer une multiplication, mais peut également être utilisé comme un atténuateur qui atténue numériquement le signal d'entrée et un modulateur qui module le signal d'entrée. [1]
4) Un convertisseur DA
Le convertisseur DA à un bit est complètement différent de la méthode de conversion susmentionnée. Il convertit la valeur numérique en une sortie de modulation de largeur d'impulsion ou de modulation de fréquence, puis utilise un filtre numérique pour calculer la moyenne afin d'obtenir une sortie de tension générale (également connue sous le nom de méthode de flux binaire). Pour l'audio et autres occasions. - Les principaux indicateurs techniques du convertisseur DA:
1) La résolution (résolution) fait référence au rapport entre la sortie analogique minimale (correspondant aux grandeurs numériques, seul le bit le plus bas est '1') au maximum (les grandeurs numériques correspondantes sont toutes des chiffres valides '1')
2) Le temps de réglage est le temps nécessaire pour convertir une quantité numérique en un signal analogique stable, et il peut également être considéré comme le temps de conversion. Le temps de stabilisation est souvent utilisé dans DA pour décrire sa vitesse, plutôt que le taux de conversion couramment utilisé dans AD. Généralement, le temps de stabilisation de la sortie courant DA est plus court et la sortie tension DA est plus longue.