변환기는 하나의 신호를 다른 신호로 변환하는 장치를 말합니다. 신호는 정보의 형태 또는 전달자입니다. 자동 계측 장비 및 자동 제어 시스템에서는 두 가지 유형의 계측기를 연결하기 위해 하나의 신호가 표준 또는 기준 값과 비교하여 다른 신호로 변환되는 경우가 많습니다. 따라서 변환기는 종종 두 개의 계측기 (또는 장치)입니다.
AD 컨버터 소개
- AD 컨버터 분류
다음은 일반적으로 사용되는 여러 가지 유형(적분형, 연속 근사형, 병렬 비교형/직렬 병렬형, 시그마-델타 변조형)의 기본 원리와 특성을 간략하게 소개합니다. 콘덴서 배열 연속 비교 유형 및 전압-주파수 변환 유형.
1) 일체형 (예 : TLC7135)
적분 AD의 작동 원리는 입력을 변환하는 것입니다. 전압 시간 (펄스 폭 신호) 또는 주파수 (펄스 주파수)로 변환 한 다음 타이머 / 카운터를 통해 디지털 값을 얻습니다. 장점은 간단한 회로로 고해상도를 얻을 수 있다는 점이지만 변환 정확도가 적분 시간에 따라 달라지기 때문에 변환율이 매우 낮다는 단점이 있습니다. 대부분의 초기 단일 칩 AD 컨버터는 통합형을 사용했으며 이제는 연속적인 비교 유형이 점차 주류가되었습니다.
2) 연속 비교 유형 (예 : TLC0831)
연속 비교 AD는 연속 비교 로직을 통해 비교기와 DA 변환기로 구성됩니다. MSB에서 시작하여 입력 전압은 각 비트에 대해 내장 DA 컨버터의 출력과 순차적으로 비교되며, n 개의 비교 후에 디지털 값이 출력됩니다. 회로 규모는 중간입니다. 그 장점은 고속, 저전력 소비 및 저해상도 (12 비트)에서 높은 가격입니다.
3) 병렬 비교 유형 / 직렬 병렬 비교 유형 (예 : TLC5510)
병렬 비교 유형 AD는 FLash (빠른) 유형이라고도하는 하나의 비교에 대해서만 변환을 수행하기 위해 여러 비교기를 사용합니다. 매우 높은 변환 속도로 인해 n 비트 변환에는 2n-1 비교기가 필요합니다. 따라서 회로 규모도 매우 크고 가격이 높습니다. 비디오 AD 컨버터와 같이 속도가 매우 빠른 지역에만 적합합니다.
직렬 병렬 비교 유형 AD의 구조는 병렬 유형과 연속 비교 유형 사이에 있습니다. 가장 일반적인 것은 2 개의 n / XNUMX 비트 병렬 형 AD 컨버터와 DA 컨버터로 구성됩니다. 변환은 두 가지 비교로 이루어 지므로 하프 플래시 (semi-fast) 타입이라고합니다. 또한 다단계 (Multistep / Subrangling) 유형 AD라고하는 AD 변환을 달성하기위한 XNUMX 개 이상의 단계가 있으며, 변환 타이밍의 관점에서 파이프 라인 (Pipelined) 유형 AD라고도 할 수 있으며, 현대적인 계층 적 AD도 여러 개 추가 변환 결과가 사용됩니다. 기능 및 기타 기능을 수정하기위한 디지털 작업용. 이 유형의 AD 속도는 연속 비교 유형보다 높고 회로 규모는 병렬 유형보다 작습니다.
4) Σ-Δ (Sigma? / FONT> delta) 변조 유형 (예 : AD7705)
Σ-Δ AD는 적분기, 비교기, 1 비트 DA 컨버터 및 디지털 필터로 구성됩니다. 원칙적으로 일체형과 유사합니다. 입력 전압은 시간 (펄스 폭) 신호로 변환되고 디지털 필터로 처리되어 디지털 값을 얻습니다. 회로의 디지털 부분은 기본적으로 단일 칩이 쉽기 때문에 고해상도를 쉽게 얻을 수 있습니다. 주로 오디오 및 측정에 사용됩니다.
5) 커패시터 어레이 연속 비교 유형
커패시터 어레이 연속 비교 유형 AD는 내장 DA 컨버터에 커패시터 매트릭스 방식을 채택하고 있으며 이는 전하 재분배 유형이라고도합니다. 일반적으로 대부분의 저항 값 저항기 어레이 DA 컨버터는 일관성이 있어야하며 단일 칩에 고정밀 저항을 생성하는 것은 쉽지 않습니다. 대신 커패시터 어레이를 사용하는 경우 저항기 저비용으로 고정밀 모 놀리 식 AD 컨버터를 만들 수 있습니다. 최근의 연속적인 비교 AD 컨버터의 대부분은 커패시터 어레이 유형입니다.
6) 전압-주파수 변환 유형 (예 : AD650)
전압-주파수 변환기 (Voltage-Frequency Converter)는 간접 변환을 통해 아날로그-디지털 변환을 구현합니다. 원칙은 먼저 입력 아날로그 신호를 주파수로 변환 한 다음 카운터를 사용하여 주파수를 디지털 양으로 변환하는 것입니다. 이론적으로이 AD의 분해능은 샘플링 시간이 출력 주파수 분해능에 필요한 누적 펄스 수의 폭을 충족 할 수있는 한 거의 무한히 증가 할 수 있습니다. 그 장점은 고해상도, 저전력 소모, 저렴한 가격이지만 AD 변환을 함께 완료하려면 외부 계수 회로가 필요합니다. - AD 변환기의 주요 기술 지표
1) 분해능 (Resolution)은 디지털 값이 최소량만큼 변할 때 아날로그 신호의 변화량을 말하며, 풀 스케일과 2n의 비율로 정의됩니다. 해상도는 정확도라고도하며 일반적으로 디지털 신호의 자릿수로 표시됩니다.
2) 변환율 (Conversion Rate)은 아날로그에서 디지털로의 AD 변환을 완료하는 데 필요한 시간의 역수를 의미합니다. 적분 AD의 변환 시간은 밀리 초로 저속 AD이고 연속 비교 AD는 마이크로 초와 중속 AD이며 전 병렬 / 직렬 병렬 AD는 나노초에 도달 할 수 있습니다. 샘플링 시간은 두 변환 사이의 간격을 나타내는 또 다른 개념입니다. 변환을 올바르게 완료하려면 샘플 속도 (샘플 속도)가 변환 속도보다 작거나 같아야합니다. 따라서 일부 사람들은 전환율을 샘플링 비율과 수치 적으로 동일시하는 것이 허용됩니다. 일반적으로 사용되는 단위는 ksps 및 Msps이며, 이는 초당 킬로 / 백만 샘플 (초당 킬로 / 백만 샘플)을 의미합니다.
3) 양자화 오차 (Quantizing Error) AD의 유한 분해능으로 인한 오차, 즉 유한 분해능 AD의 계단식 전달 특성 곡선과 무한 분해능 AD (이상적 AD)의 전달 특성 곡선 (직선) 사이의 최대 값 일탈. 일반적으로 1LSB, 1 / 1LSB로 표현되는 가장 작은 디지털 아날로그 변형의 2 또는 절반입니다.
4) 오프셋 오류 입력 신호가 XNUMX 일 때 출력 신호가 XNUMX이 아닌 값은 외부 전위차계에 의해 최소로 조정할 수 있습니다.
5) 풀 스케일 오류 (Full Scale Error) 해당 입력 신호와 풀 스케일 출력에서 이상적인 입력 신호 값 간의 차이입니다.
6) 선형성 (Linearity) 위의 세 가지 오류를 제외하고 실제 변환기의 전달 함수와 이상적인 직선 사이의 최대 편차입니다.
다른 지표에는 절대 정확도, 상대 정확도, 차동 비선형 성, 단조 및 오류없는 코드, THD (Total Harmonic Distotortion) 및 적분 비선형 성이 포함됩니다. - DA 변환기
DA 컨버터의 내부 회로 구성에는 큰 차이가 없으며 일반적으로 출력이 전류인지 전압인지, 곱할 수 있는지에 따라 분류됩니다. 대부분의 DA 컨버터는 저항 어레이와 n 개의 전류 스위치 (또는 전압 스위치)로 구성됩니다. 디지털 입력 값에 따라 스위치를 전환하여 입력에 비례하는 전류 (또는 전압)를 생성합니다. 또한 정확도를 높이기 위해 장치 내부에 정전류 소스가 배치되어 있습니다. 일반적으로 전류 스위치의 스위칭 오차가 적기 때문에 대부분의 전류 스위치 유형 회로가 사용됩니다. 전류 스위치 형 회로가 생성 된 전류를 직접 출력한다면 전류 출력 형 DA 컨버터입니다. 또한 전압 스위치 형 회로는 직접 출력 전압 형 DA 컨버터입니다.
1) 전압 출력 유형 (예 : TLC5620)
저항 어레이에서 직접 전압을 출력하는 전압 출력 DA 컨버터가 있지만 일반적으로 내장 출력 증폭기를 사용하여 낮은 임피던스로 출력합니다. 전압을 직접 출력하는 장치는 고 임피던스 부하에만 사용됩니다. 출력 증폭기 부분에 지연이 없기 때문에 고속 DA 컨버터로 자주 사용됩니다.
2) 전류 출력 유형 (예 : THS5661A)
전류 출력 형 DA 컨버터는 전류 출력을 직접 사용하는 경우가 거의 없으며 대부분이 전류-전압 변환 회로에 연결되어 전압 출력을 얻습니다. 후자는 두 가지 방법이 있습니다. 하나는 부하 저항을 출력 핀에 연결하여 전류-전압 변환을 수행하는 것입니다. 외부 연산 증폭기입니다. 부하 저항을 이용한 전류-전압 변환 방법은 전압이 전류 출력 핀에 나타날 수 있지만 지정된 출력 전압 범위 내에서 사용해야하며 높은 출력 임피던스로 인해 일반적으로 외부 연산 증폭기와 함께 사용됩니다. 또한 대부분의 CMOSDA 컨버터는 출력 전압이 XNUMX이 아닌 경우 올바르게 작동 할 수 없으므로 외부 연산 증폭기를 연결해야합니다. 전류-전압 변환을 위해 외부 연산 증폭기를 사용하는 경우 회로 구성은 기본적으로 내장 증폭기의 전압 출력 유형과 동일합니다. 이때 DA 컨버터의 현재 설정 시간에 DA 컨버터의 지연이 추가되어 응답이 느려집니다. 또한이 회로의 연산 증폭기는 출력 핀의 내부 커패시턴스로 인해 진동하기 쉬우 며 때때로 위상 보상이 필요합니다.
3) 곱셈 유형 (예 : AD7533)
일부 DA 컨버터는 일정한 기준 전압을 사용하고 일부는 기준 전압 입력에 AC 신호를 추가합니다. 후자는 디지털 입력과 기준 전압 입력을 곱한 결과를 얻을 수 있기 때문에 곱하기 DA 변환기라고합니다. 곱셈 형 DA 컨버터는 일반적으로 곱셈을 수행 할 수있을뿐만 아니라 입력 신호를 디지털 방식으로 감쇠시키는 감쇠기와 입력 신호를 변조하는 변조기로도 사용할 수 있습니다. [1]
4) DA 변환기
XNUMX 비트 DA 컨버터는 앞서 언급 한 변환 방식과 완전히 다릅니다. 디지털 값을 펄스 폭 변조 또는 주파수 변조 출력으로 변환 한 다음 평균화를 위해 디지털 필터를 사용하여 일반 전압 출력을 얻습니다 (비트 스트림 방법이라고도 함). 오디오 및 기타 경우. - DA 변환기의 주요 기술 지표 :
1) 분해능 (Resolution)은 최소 아날로그 출력 (디지털 수량에 해당하는 가장 낮은 비트 만 '1')과 최대 (해당 디지털 수량은 모두 유효한 숫자 '1')의 비율을 나타냅니다.
2) 설정 시간은 디지털 량을 안정된 아날로그 신호로 변환하는 데 필요한 시간이며 변환 시간이라고도 할 수 있습니다. 정착 시간은 AD에서 일반적으로 사용되는 전환율보다는 속도를 설명하기 위해 DA에서 자주 사용됩니다. 일반적으로 전류 출력 DA의 안정화 시간은 짧고 전압 출력 DA는 더 길다.