Penukar merujuk kepada peranti yang menukar satu isyarat menjadi yang lain. Isyarat adalah bentuk atau pembawa maklumat. Dalam peralatan instrumentasi automatik dan sistem kawalan automatik, satu isyarat sering diubah menjadi isyarat lain dibandingkan dengan nilai standard atau rujukan untuk menghubungkan dua jenis instrumen tersebut. Oleh itu, penukar selalunya dua instrumen (atau Peranti).
Pengenalan penukar AD
- Klasifikasi penukar AD
Berikut secara ringkas memperkenalkan prinsip asas dan ciri beberapa jenis yang biasa digunakan: jenis kamiran, jenis anggaran berturut-turut, jenis perbandingan selari/jenis selari bersiri, jenis modulasi sigma-delta, kapasitor jenis perbandingan berturut-turut tatasusunan dan voltan-jenis penukaran frekuensi.
1) Jenis integral (seperti TLC7135)
Prinsip kerja integral AD adalah menukar input voltan menjadi masa (isyarat lebar nadi) atau frekuensi (frekuensi nadi), dan kemudian nilai digital diperolehi oleh pemasa / pembilang. Kelebihannya ialah resolusi tinggi dapat diperoleh dengan litar sederhana, tetapi kelemahannya adalah kerana ketepatan penukaran bergantung pada masa penyatuan, kadar penukaran sangat rendah. Sebilangan besar penukar AD cip tunggal awal menggunakan jenis integral, dan sekarang jenis perbandingan berturut-turut telah menjadi arus perdana.
2) Jenis perbandingan berturut-turut (seperti TLC0831)
AD perbandingan berturut-turut terdiri daripada pembanding dan penukar DA melalui logik perbandingan berturut-turut. Bermula dari MSB, voltan input secara berurutan dibandingkan dengan output penukar DA terbina dalam untuk setiap bit, dan nilai digital adalah output selepas perbandingan n. Skala litar adalah sederhana. Kelebihannya adalah kelajuan tinggi, penggunaan kuasa rendah, dan harga tinggi pada resolusi rendah (12 bit).
3) Jenis perbandingan selari / jenis perbandingan selari bersiri (seperti TLC5510)
Jenis perbandingan selari AD menggunakan beberapa pembanding untuk melakukan penukaran hanya untuk satu perbandingan, juga dikenali sebagai jenis FLash (cepat). Oleh kerana kadar penukaran yang sangat tinggi, penukaran n-bit memerlukan pembanding 2n-1. Oleh itu, skala litar juga sangat besar dan harganya tinggi. Ia hanya sesuai untuk kawasan dengan kelajuan yang sangat tinggi seperti penukar iklan video.
Struktur perbandingan perbandingan siri-selari AD adalah antara jenis selari dan jenis perbandingan berturut-turut. Yang paling khas terdiri daripada dua penukar AD jenis selari n / 2-bit dan penukar DA. Penukaran dilakukan oleh dua perbandingan, sehingga disebut Ini adalah jenis Separuh kilat (separa cepat). Terdapat juga tiga atau lebih langkah untuk mencapai penukaran AD yang disebut multistep (Multistep / Subrangling) type AD, dan dari perspektif masa penukaran juga boleh disebut pipeline (Pipelined) jenis AD, AD hierarki moden juga menambahkan banyak Hasil penukaran digunakan untuk operasi digital untuk mengubah ciri dan fungsi lain. Jenis kelajuan AD ini lebih tinggi daripada jenis perbandingan berturut-turut, dan skala litar lebih kecil daripada jenis selari.
4) Jenis modulasi Σ-Δ (Sigma? / FONT> delta) (seperti AD7705)
The Σ-Δ AD terdiri daripada integrator, pembanding, penukar DA 1-bit, dan penapis digital. Pada prinsipnya, ia serupa dengan jenis kamiran. Voltan masukan diubah menjadi isyarat waktu (lebar nadi) dan diproses oleh penapis digital untuk mendapatkan nilai digital. Bahagian digital litar pada dasarnya mudah dicip satu, jadi senang mencapai resolusi tinggi. Terutamanya digunakan untuk audio dan pengukuran.
5) Jenis perbandingan susunan kapasitor berturut-turut
Jenis perbandingan berurutan kapasitor AD menggunakan kaedah matriks kapasitor dalam penukar DA terbina dalam, yang juga boleh dipanggil jenis pengagihan semula cas. Nilai kebanyakan perintang pada amnya Perintang penukar array array mesti konsisten, dan tidak mudah untuk menghasilkan perintang berketepatan tinggi pada satu cip. Sekiranya array kapasitor digunakan, bukan a Perintang array, penukar AD monolitik berketepatan tinggi boleh dibuat dengan kos rendah. Sebilangan besar penukar AD perbandingan berturut-turut baru-baru ini adalah jenis array kapasitor.
6) Jenis penukaran frekuensi voltan (seperti AD650)
Voltage-Frequency Converter (Voltage-Frequency Converter) melaksanakan penukaran analog-ke-digital melalui penukaran tidak langsung. Prinsipnya adalah terlebih dahulu menukar isyarat analog input menjadi frekuensi, dan kemudian menggunakan pembilang untuk menukar frekuensi menjadi kuantiti digital. Secara teori, resolusi AD ini dapat ditingkatkan hampir tanpa batas, selagi waktu pengambilan sampel dapat memenuhi lebar bilangan denyut kumulatif yang diperlukan oleh resolusi frekuensi output. Kelebihannya adalah resolusi tinggi, penggunaan kuasa rendah, dan harga rendah, tetapi memerlukan litar pengiraan luaran untuk menyelesaikan penukaran AD bersama-sama. - Petunjuk teknikal utama penukar AD
1) Resolusi (Resolution) merujuk kepada jumlah perubahan pada isyarat analog apabila nilai digital berubah dengan jumlah minimum, yang ditakrifkan sebagai nisbah skala penuh hingga 2n. Resolusi juga disebut ketepatan, biasanya dinyatakan dengan bilangan digit isyarat digital.
2) Kadar Penukaran (Kadar Penukaran) merujuk kepada timbal balik masa yang diperlukan untuk menyelesaikan penukaran AD dari analog ke digital. Masa penukaran AD terpadu adalah milisaat, iaitu AD berkelajuan rendah, perbandingan berturut-turut AD adalah mikrodetik dan AD berkelajuan sederhana, dan AD selari penuh / selari penuh dapat mencapai nanodetik. Contoh masa adalah konsep lain, yang merujuk kepada selang antara dua penukaran. Untuk memastikan penyempurnaan penukaran yang betul, kadar sampel (Kadar Sampel) mestilah kurang daripada atau sama dengan kadar penukaran. Oleh itu, boleh diterima sebilangan orang untuk menyamakan kadar penukaran secara berangka dengan kadar persampelan. Unit yang biasa digunakan adalah ksps dan Msps, yang bermaksud kilo / Juta Sampel sesaat (kilo / Juta Sampel sesaat).
3) Ralat Kuantisasi (Ralat Mengkuantisasi) Kesalahan yang disebabkan oleh resolusi AD terhingga, iaitu maksimum antara lengkung ciri pemindahan bertahap resolusi AD terhingga dan lengkung ciri pemindahan (garis lurus) AD beresolusi tak terbatas (AD ideal) penyelewengan. Biasanya 1 atau setengah dari variasi analog digital terkecil, dinyatakan sebagai 1LSB, 1 / 2LSB.
4) Kesalahan Offset Nilai di mana isyarat output tidak sifar ketika isyarat input adalah sifar, dapat disesuaikan ke minimum dengan potensiometer luaran.
5) Ralat Skala Penuh (Ralat Skala Penuh) Perbezaan antara isyarat input yang sesuai dan nilai isyarat input yang ideal pada output skala penuh.
6) Lineariti (Lineariti) Penyimpangan maksimum antara fungsi pemindahan penukar sebenar dan garis lurus yang ideal, tidak termasuk tiga kesalahan di atas.
Petunjuk lain termasuk: Ketepatan Mutlak, Ketepatan Relatif, Nonlineariti Berbeza, Monotonik dan Kod Bebas Ralat, Penyimpangan Harmonik Total (THD) dan nonlinieriti integral. - Penukar DA
Tidak ada banyak perbezaan dalam komposisi litar dalaman penukar DA, dan secara amnya diklasifikasikan mengikut sama ada outputnya semasa atau voltan, dan sama ada ia boleh didarabkan. Sebilangan besar penukar DA terdiri daripada susunan perintang dan suis arus n (atau suis voltan). Tukar suis mengikut nilai input digital untuk menghasilkan arus (atau voltan) yang sebanding dengan input. Di samping itu, terdapat juga sumber arus berterusan yang diletakkan di dalam peranti untuk meningkatkan ketepatan. Secara umum, kerana kesalahan pengalihan suis arus kecil, kebanyakan litar jenis suis semasa digunakan. Sekiranya litar jenis suis arus secara langsung mengeluarkan arus yang dihasilkan, ia adalah penukar DA jenis keluaran semasa. Di samping itu, litar jenis suis voltan adalah penukar DA jenis voltan keluaran langsung.
1) Jenis output voltan (seperti TLC5620)
Walaupun terdapat penukar DA output voltan yang secara langsung mengeluarkan voltan dari array resistor, mereka biasanya menggunakan penguat output terbina dalam untuk output dengan impedans rendah. Peranti yang secara langsung mengeluarkan voltan hanya digunakan untuk beban impedansi tinggi. Kerana tidak ada kelewatan pada bahagian penguat output, mereka sering digunakan sebagai penukar DA berkelajuan tinggi.
2) Jenis keluaran semasa (seperti THS5661A)
Penukar DA jenis output semasa jarang menggunakan output semasa secara langsung, dan kebanyakannya disambungkan ke litar penukaran voltan semasa untuk mendapatkan output voltan. Yang terakhir ini mempunyai dua kaedah: satu hanya menyambungkan perintang beban ke pin output untuk melakukan penukaran voltan semasa; Ia adalah penguat operasi luaran. Kaedah penukaran voltan arus dengan rintangan beban, walaupun voltan dapat muncul pada pin keluaran arus, ia mesti digunakan dalam julat voltan keluaran yang ditentukan, dan kerana impedans keluaran yang tinggi, biasanya digunakan dengan penguat operasi luaran. Di samping itu, kebanyakan penukar CMOSDA tidak dapat beroperasi dengan betul apabila voltan output tidak sifar, jadi penguat operasi luaran mesti disambungkan. Apabila penguat operasi luaran digunakan untuk penukaran arus ke voltan, konfigurasi litar pada dasarnya sama dengan jenis output voltan penguat terbina dalam. Pada masa ini, kerana penambahan kelewatan penukar DA ke masa penyediaan penukar DA semasa, tindak balas menjadi lebih perlahan. Di samping itu, penguat operasi dalam litar ini cenderung bergetar kerana kapasiti dalaman pin output, dan pampasan fasa kadang-kadang diperlukan.
3) Jenis pendaraban (seperti AD7533)
Sebilangan penukar DA menggunakan voltan rujukan tetap, dan ada yang menambahkan isyarat AC ke input voltan rujukan. Yang terakhir ini disebut penukar DA yang berlipat ganda kerana dapat memperoleh hasil mengalikan input digital dan input voltan rujukan. Penukar DA jenis pendaraban secara amnya bukan hanya dapat melakukan pendaraban, tetapi juga dapat digunakan sebagai pelemahkan yang secara digital melemahkan isyarat input dan modulator yang memodulasi isyarat input. [1]
4) Penukar DA
Penukar DA satu bit sama sekali berbeza dengan kaedah penukaran yang disebutkan di atas. Ia mengubah nilai digital menjadi modulasi lebar denyut atau output modulasi frekuensi, dan kemudian menggunakan penapis digital untuk rata-rata untuk mendapatkan output voltan umum (juga dikenal sebagai kaedah aliran bit). Untuk audio dan majlis-majlis lain. - Petunjuk teknikal utama penukar DA:
1) Resolusi (Resolution) merujuk kepada nisbah output analog minimum (sepadan dengan kuantiti digital hanya bit terendah adalah '1') hingga maksimum (kuantiti digital yang sesuai adalah semua digit yang sah '1')
2) Menetapkan Waktu adalah masa yang diperlukan untuk menukar kuantiti digital menjadi isyarat analog yang stabil, dan juga dapat dianggap sebagai waktu penukaran. Waktu penyelesaian sering digunakan dalam DA untuk menggambarkan kelajuannya, daripada kadar penukaran yang biasa digunakan pada tahun AD. Secara amnya, masa penyelesaian DA output semasa lebih pendek, dan output voltan DA lebih lama.