Converter verwijst naar een apparaat dat het ene signaal in het andere omzet. Signaal is de vorm of drager van informatie. In automatische instrumentatieapparatuur en automatische controlesystemen wordt vaak het ene signaal omgezet in een ander signaal vergeleken met de standaard- of referentiewaarde om de twee soorten instrumenten met elkaar te verbinden. Daarom is de converter vaak twee instrumenten (of apparaat).
Introductie van AD-converter
- Classificatie van AD-converters
Het volgende introduceert kort de basisprincipes en kenmerken van verschillende veelgebruikte typen: integraal type, opeenvolgend benaderingstype, parallel vergelijkingstype / serieel parallel type, sigma-delta modulatietype, condensator array opeenvolgend vergelijkingstype en spanning-frequentie conversie type.
1) Integraal type (zoals TLC7135)
Het werkingsprincipe van integraal AD is om de input om te zetten spanning in de tijd (pulsbreedte signaal) of frequentie (pulsfrequentie), en dan wordt de digitale waarde verkregen door de timer / teller. Het voordeel is dat met een eenvoudige schakeling een hoge resolutie kan worden behaald, maar het nadeel is dat omdat de conversienauwkeurigheid afhankelijk is van de integratietijd, de conversieratio extreem laag is. De meeste van de initiële AD-converters met één chip gebruikten een integraal type, en nu is het opeenvolgende vergelijkingstype geleidelijk de mainstream geworden.
2) Opeenvolgende vergelijkingstype (zoals TLC0831)
De opeenvolgende vergelijking AD is samengesteld uit een comparator en een DA-omzetter via opeenvolgende vergelijkingslogica. Beginnend bij de MSB wordt de ingangsspanning sequentieel vergeleken met de uitgang van de ingebouwde DA-omzetter voor elke bit, en een digitale waarde wordt uitgevoerd na n vergelijkingen. De circuitschaal is gemiddeld. De voordelen zijn hoge snelheid, laag stroomverbruik en hoge prijs bij lage resolutie (12 bits).
3) Type parallel vergelijking / type serieel parallel vergelijking (zoals TLC5510)
Parallel vergelijkingstype AD gebruikt meerdere vergelijkers om conversie uit te voeren voor slechts één vergelijking, ook wel FLash (snel) type genoemd. Vanwege de extreem hoge conversiesnelheid vereist n-bit-conversie 2n-1-comparatoren. Daarom is de circuitschaal ook erg groot en is de prijs hoog. Het is alleen geschikt voor gebieden met extreem hoge snelheden, zoals video AD-converters.
De structuur van het serie-parallelle vergelijkingstype AD is tussen het parallelle type en het opeenvolgende vergelijkingstype. De meest typische is samengesteld uit twee n / 2-bit parallelle type AD-converters en DA-converters. De conversie wordt uitgevoerd door twee vergelijkingen, dus het wordt genoemd Het is een halfflits (semi-snel) type. Er zijn ook drie of meer stappen om AD-conversie te bereiken, genaamd meerstaps (Multistep / Subrangling) type AD, en vanuit het perspectief van conversietiming kan ook pijplijn (Pipelined) type AD worden genoemd, moderne hiërarchische AD heeft ook meerdere toegevoegd Het conversieresultaat wordt gebruikt voor digitale bediening om kenmerken en andere functies te wijzigen. Dit type AD-snelheid is hoger dan het opeenvolgende vergelijkingstype en de circuitschaal is kleiner dan het parallelle type.
4) Σ-Δ (Sigma? / FONT> delta) modulatietype (zoals AD7705)
De Σ-Δ AD is samengesteld uit een integrator, een comparator, een 1-bit DA-omzetter en een digitaal filter. In principe is het vergelijkbaar met het integrale type. De ingangsspanning wordt omgezet in een tijd (pulsbreedte) signaal en verwerkt door een digitaal filter om een digitale waarde te verkrijgen. Het digitale deel van het circuit is in principe eenvoudig te single-chip, dus het is gemakkelijk om een hoge resolutie te bereiken. Hoofdzakelijk gebruikt voor audio en meting.
5) Opeenvolgende vergelijkingstype condensatorreeks
Het opeenvolgende vergelijkingstype AD van de condensator gebruikt de condensatormatrixmethode in de ingebouwde DA-omzetter, die ook het type ladingsherverdeling kan worden genoemd. De waarden van de meeste weerstanden in het algemeen Weerstand array DA-converters moeten consistent zijn en het is niet eenvoudig om zeer nauwkeurige weerstanden op een enkele chip te genereren. Als een condensatorreeks wordt gebruikt in plaats van een Weerstand array, kan tegen lage kosten een monolithische AD-omzetter met hoge precisie worden gemaakt. De meeste van de recente opeenvolgende vergelijkende AD-omzetters zijn van het type condensator-array.
6) Type spanningsfrequentie-omzetting (zoals AD650)
Voltage-Frequency Converter (Voltage-Frequency Converter) implementeert analoog-naar-digitaal conversie via indirecte conversie. Het principe is om eerst het analoge ingangssignaal om te zetten in een frequentie en vervolgens een teller te gebruiken om de frequentie om te zetten in een digitale grootheid. In theorie kan de resolutie van deze AD bijna oneindig worden verhoogd, zolang de bemonsteringstijd maar kan voldoen aan de breedte van het cumulatieve pulsaantal dat vereist is voor de uitgangsfrequentie-resolutie. De voordelen zijn hoge resolutie, laag stroomverbruik en lage prijs, maar het vereist een extern telcircuit om de AD-conversie samen te voltooien. - De belangrijkste technische indicatoren van de AD-converter
1) Resolutie (resolutie) verwijst naar de hoeveelheid verandering in het analoge signaal wanneer de digitale waarde verandert met een minimale hoeveelheid, gedefinieerd als de verhouding van volledige schaal tot 2n. Resolutie wordt ook wel nauwkeurigheid genoemd, meestal uitgedrukt door het aantal cijfers van het digitale signaal.
2) Conversiepercentage (conversieratio) verwijst naar het omgekeerde van de tijd die nodig is om een AD-conversie van analoog naar digitaal te voltooien. De conversietijd van integrale AD is milliseconden, wat AD met lage snelheid is, opeenvolgende vergelijking AD is microseconden en AD met gemiddelde snelheid, en volledig parallel / serieel-parallel AD kan nanoseconden bereiken. Bemonsteringstijd is een ander concept, dat verwijst naar het interval tussen twee conversies. Om ervoor te zorgen dat de conversie correct wordt voltooid, moet de bemonsteringssnelheid (Sample Rate) kleiner zijn dan of gelijk zijn aan de conversieratio. Daarom is het voor sommige mensen acceptabel om de conversieratio numeriek gelijk te stellen aan de bemonsteringssnelheid. Veelgebruikte eenheden zijn ksps en Msps, wat kilo / miljoen monsters per seconde betekent (kilo / miljoen monsters per seconde).
3) Kwantiseringsfout (kwantiseringsfout) De fout veroorzaakt door de eindige resolutie van AD, dat wil zeggen het maximum tussen de getrapte overdrachtskarakteristiek van eindige resolutie AD en de overdrachtskarakteristiek (rechte lijn) van oneindige resolutie AD (ideale AD) afwijking. Het is meestal 1 of de helft van de kleinste digitale analoge variatie, uitgedrukt als 1LSB, 1 / 2LSB.
4) Offset Error De waarde waarbij het uitgangssignaal niet nul is als het ingangssignaal nul is, kan tot het minimum worden aangepast door een externe potentiometer.
5) Fout volledige schaal (fout volledige schaal) Het verschil tussen het overeenkomstige ingangssignaal en de ideale waarde van het ingangssignaal bij uitvoer op volledige schaal.
6) Lineariteit (Lineariteit) De maximale afwijking tussen de overdrachtsfunctie van de werkelijke omzetter en de ideale rechte lijn, exclusief de bovengenoemde drie fouten.
Andere indicatoren zijn: absolute nauwkeurigheid, relatieve nauwkeurigheid, differentiële niet-lineariteit, monotoniciteit en foutvrije code, totale harmonische vervorming (THD) en integrale niet-lineariteit. - DA-omzetter
Er is niet veel verschil in de samenstelling van de interne schakeling van de DA-omzetter, en deze wordt over het algemeen geclassificeerd naargelang de uitgang stroom of spanning is en of deze kan worden vermenigvuldigd. De meeste DA-converters bestaan uit een weerstandsreeks en n stroomschakelaars (of spanningsschakelaars). Schakel de schakelaar volgens de digitale ingangswaarde om een stroom (of spanning) te genereren die evenredig is met de ingang. Bovendien zijn er ook constante stroombronnen in het apparaat geplaatst om de nauwkeurigheid te verbeteren. Over het algemeen worden, omdat de schakelfout van de stroomschakelaar klein is, de meeste circuits van het stroomschakeltype gebruikt. Als het stroomschakelcircuit de gegenereerde stroom rechtstreeks uitvoert, is het een DA-omzetter van het stroomuitgangstype. Bovendien is het circuit van het type met spanningsschakelaar een DA-omzetter van het type met directe uitgangsspanning.
1) Type spanningsuitgang (zoals TLC5620)
Hoewel er DA-omzetters met spanningsuitgang zijn die de spanning rechtstreeks uitvoeren van een weerstandsreeks, gebruiken ze over het algemeen een ingebouwde uitgangsversterker om met een lage impedantie uit te voeren. Apparaten die direct spanning uitvoeren, worden alleen gebruikt voor belastingen met hoge impedantie. Omdat er geen vertraging is in het eindversterkergedeelte, worden ze vaak gebruikt als snelle DA-omzetters.
2) Huidig uitgangstype (zoals THS5661A)
Stroomuitgang-type DA-converters gebruiken de stroomuitgang zelden rechtstreeks en de meeste zijn verbonden met een stroom-spanningsomzettingscircuit om een spanningsuitgang te verkrijgen. De laatste heeft twee methoden: de ene is om alleen een belastingsweerstand aan te sluiten op de uitgangspen om stroom-spanningsomzetting uit te voeren; Het is een externe operationele versterker. De methode van stroom-spanningsomzetting met belastingsweerstand, hoewel er spanning kan verschijnen op de stroomuitgangspen, moet deze binnen het gespecificeerde uitgangsspanningsbereik worden gebruikt en vanwege de hoge uitgangsimpedantie wordt deze over het algemeen gebruikt met een externe operationele versterker. Bovendien kunnen de meeste CMOSDA-converters niet correct werken als de uitgangsspanning niet nul is, dus moet een externe operationele versterker worden aangesloten. Wanneer een externe operationele versterker wordt gebruikt voor stroom-naar-spanning-omzetting, is de circuitconfiguratie in principe hetzelfde als het spanningsuitgangstype van de ingebouwde versterker. Op dit moment, als gevolg van de toevoeging van de vertraging van de DA-omzetter aan de huidige insteltijd van de DA-omzetter, wordt de respons langzamer. Bovendien is de operationele versterker in dit circuit gevoelig voor oscilleren vanwege de interne capaciteit van de uitgangspen, en is fasecompensatie soms nodig.
3) Vermenigvuldigingstype (zoals AD7533)
Sommige DA-omvormers gebruiken een constante referentiespanning en sommige voegen een AC-signaal toe aan de referentiespanningsingang. Dit laatste wordt een vermenigvuldigende DA-omzetter genoemd omdat deze het resultaat kan krijgen van het vermenigvuldigen van de digitale ingang en de referentiespanningsingang. De DA-omzetter van het vermenigvuldigingstype kan over het algemeen niet alleen vermenigvuldigen, maar kan ook worden gebruikt als een verzwakker die het ingangssignaal digitaal verzwakt en een modulator die het ingangssignaal moduleert. [1]
4) Een DA-omzetter
De een-bits DA-omzetter is compleet anders dan de bovengenoemde conversiemethode. Het zet de digitale waarde om in een pulsbreedtemodulatie- of frequentiemodulatie-uitgang en gebruikt vervolgens een digitaal filter voor het middelen om een algemene spanningsuitgang te verkrijgen (ook bekend als een bitstroom-methode). Voor audio en andere gelegenheden. - De belangrijkste technische indicatoren van DA-omzetter:
1) Resolutie (resolutie) verwijst naar de verhouding van de minimale analoge output (corresponderend met digitale grootheden, alleen de laagste bit is '1') tot het maximum (overeenkomstige digitale grootheden zijn alle geldige cijfers '1')
2) Setting Time is de tijd die nodig is om een digitale grootheid om te zetten in een stabiel analoog signaal, en kan ook worden beschouwd als de conversietijd. De settling-tijd wordt in DA vaak gebruikt om de snelheid te beschrijven, in plaats van de conversieratio die gewoonlijk wordt gebruikt in AD. Over het algemeen is de insteltijd van de stroomuitgang DA korter en is de spanningsuitgang DA langer.