Conversor refere-se a um dispositivo que converte um sinal em outro. Sinal é a forma ou portador de informação. Em equipamentos de instrumentação automática e sistemas de controle automático, um sinal é frequentemente convertido em outro sinal comparado com o valor padrão ou de referência para conectar os dois tipos de instrumentos. Portanto, o conversor é geralmente dois instrumentos (ou dispositivo).
Introdução ao conversor AD
- Classificação de conversores AD
A seguir, são apresentados brevemente os princípios básicos e as características de vários tipos comumente usados: tipo integral, tipo de aproximação sucessiva, tipo de comparação paralela/tipo paralelo serial, tipo de modulação sigma-delta, capacitor tipo de comparação sucessiva de array e Voltagem-tipo de conversão de frequência.
1) Tipo integral (como TLC7135)
O princípio de funcionamento do AD integral é converter a entrada Voltagem em tempo (sinal de largura de pulso) ou frequência (frequência de pulso), e então o valor digital é obtido pelo temporizador / contador. A vantagem é que a alta resolução pode ser obtida com um circuito simples, mas a desvantagem é que, como a precisão da conversão depende do tempo de integração, a taxa de conversão é extremamente baixa. A maioria dos conversores AD de chip único iniciais usavam o tipo integral, e agora o tipo de comparação sucessiva tornou-se gradualmente o principal.
2) Tipo de comparação sucessiva (como TLC0831)
A comparação sucessiva AD é composta por um comparador e um conversor DA através da lógica de comparação sucessiva. A partir do MSB, a tensão de entrada é comparada sequencialmente com a saída do conversor DA embutido para cada bit, e um valor digital é enviado após n comparações. A escala do circuito é média. Suas vantagens são alta velocidade, baixo consumo de energia e alto preço em baixa resolução (12 bits).
3) Tipo de comparação paralela / tipo de comparação paralela serial (como TLC5510)
O tipo de comparação paralela AD usa vários comparadores para realizar a conversão apenas para uma comparação, também conhecido como tipo FLash (rápido). Devido à taxa de conversão extremamente alta, a conversão de n bits requer comparadores 2n-1. Portanto, a escala do circuito também é muito grande e o preço é alto. É adequado apenas para áreas com velocidades extremamente altas, como conversores de vídeo AD.
A estrutura do tipo de comparação serial-paralela AD está entre o tipo paralelo e o tipo de comparação sucessiva. O mais típico é composto por dois conversores AD e conversores DA do tipo paralelo de n / 2 bits. A conversão é realizada por duas comparações, por isso é chamada de tipo Half flash (semi-fast). Existem também três ou mais etapas para alcançar a conversão AD chamada multipasso (Multistep / Subrangling) tipo AD, e da perspectiva do tempo de conversão também pode ser chamado de pipeline (Pipelined) tipo AD, AD moderno hierárquico também adicionado múltiplo O resultado da conversão é usado para operação digital para modificar recursos e outras funções. Este tipo de velocidade AD é maior do que o tipo de comparação sucessiva e a escala do circuito é menor do que o tipo paralelo.
4) tipo de modulação Σ-Δ (Sigma? / FONT> delta) (como AD7705)
O Σ-Δ AD é composto por um integrador, um comparador, um conversor DA de 1 bit e um filtro digital. Em princípio, é semelhante ao tipo integral. A tensão de entrada é convertida em um sinal de tempo (largura de pulso) e processada por um filtro digital para obter um valor digital. A parte digital do circuito é basicamente fácil de usar um único chip, por isso é fácil obter alta resolução. Usado principalmente para áudio e medição.
5) Tipo de comparação sucessiva da matriz de capacitores
A comparação sucessiva da matriz de capacitores do tipo AD adota o método da matriz de capacitores no conversor DA embutido, que também pode ser chamado de tipo de redistribuição de carga. Os valores da maioria dos resistores em geral Resistor os conversores de matriz DA devem ser consistentes e não é fácil gerar resistores de alta precisão em um único chip. Se uma matriz de capacitor for usada em vez de um Resistor array, um conversor AD monolítico de alta precisão pode ser feito a baixo custo. A maioria dos conversores AD de comparação sucessiva recente são do tipo matriz de capacitor.
6) Tipo de conversão de tensão-frequência (como AD650)
O conversor de voltagem-frequência (conversor de voltagem-frequência) implementa a conversão analógico-digital por meio de conversão indireta. O princípio é primeiro converter o sinal analógico de entrada em uma frequência e, em seguida, usar um contador para converter a frequência em uma quantidade digital. Em teoria, a resolução deste AD pode ser aumentada quase infinitamente, desde que o tempo de amostragem possa atender a largura do número de pulso cumulativo exigido pela resolução da frequência de saída. Suas vantagens são alta resolução, baixo consumo de energia e baixo preço, mas requer um circuito de contagem externo para completar a conversão AD juntos. - Os principais indicadores técnicos do conversor AD
1) Resolução (Resolução) refere-se à quantidade de mudança no sinal analógico quando o valor digital muda em uma quantidade mínima, definida como a proporção da escala completa para 2n. A resolução também é chamada de precisão, geralmente expressa pelo número de dígitos do sinal digital.
2) Taxa de conversão (Taxa de conversão) refere-se ao recíproco do tempo necessário para concluir uma conversão AD de analógico para digital. O tempo de conversão de AD integral é de milissegundos, que é AD de baixa velocidade, AD de comparação sucessiva é de microssegundos e AD de velocidade média, e AD totalmente paralelo / serial-paralelo pode atingir nanossegundos. O tempo de amostragem é outro conceito, que se refere ao intervalo entre duas conversões. Para garantir a conclusão correta da conversão, a taxa de amostragem (Sample Rate) deve ser menor ou igual à taxa de conversão. Portanto, é aceitável para algumas pessoas igualar a taxa de conversão numericamente à taxa de amostragem. As unidades comumente usadas são ksps e Msps, o que significa quilo / milhão de amostras por segundo (quilo / milhão de amostras por segundo).
3) Quantizing Error (Quantizing Error) O erro causado pela resolução finita de AD, ou seja, o máximo entre a curva característica de transferência escalonada de resolução finita AD e a curva característica de transferência (linha reta) de resolução infinita AD (AD ideal) desvio. Geralmente é 1 ou metade da menor variação digital analógica, expressa como 1LSB, 1 / 2LSB.
4) Erro de compensação O valor no qual o sinal de saída não é zero quando o sinal de entrada é zero, pode ser ajustado para o mínimo por um potenciômetro externo.
5) Erro de escala completa (erro de escala completa) A diferença entre o sinal de entrada correspondente e o valor do sinal de entrada ideal na saída de escala completa.
6) Linearidade (Linearidade) O desvio máximo entre a função de transferência do conversor real e a linha reta ideal, excluindo os três erros acima.
Outros indicadores incluem: precisão absoluta, precisão relativa, não linearidade diferencial, monotonicidade e código livre de erros, distorção harmônica total (THD) e não linearidade integral. - Conversor DA
Não há muita diferença na composição do circuito interno do conversor DA, e geralmente é classificado de acordo com se a saída é corrente ou tensão, e se pode ser multiplicada. A maioria dos conversores DA consiste em uma matriz de resistores e n interruptores de corrente (ou interruptores de voltagem). Mude a chave de acordo com o valor da entrada digital para gerar uma corrente (ou tensão) proporcional à entrada. Além disso, também existem fontes de corrente constante colocadas dentro do dispositivo para melhorar a precisão. De modo geral, como o erro de chaveamento da chave de corrente é pequeno, a maioria dos circuitos do tipo de chave de corrente são usados. Se o circuito do tipo comutador de corrente emite diretamente a corrente gerada, é um conversor do tipo DA de saída de corrente. Além disso, o circuito do tipo comutador de tensão é um conversor tipo DA de tensão de saída direta.
1) Tipo de saída de tensão (como TLC5620)
Embora existam conversores DA de saída de tensão que emitem diretamente a tensão de uma matriz de resistores, eles geralmente usam um amplificador de saída embutido para saída com baixa impedância. Dispositivos que emitem tensão diretamente são usados apenas para cargas de alta impedância. Como não há atraso na parte do amplificador de saída, eles costumam ser usados como conversores DA de alta velocidade.
2) Tipo de saída de corrente (como THS5661A)
Os conversores DA de saída de corrente raramente usam a saída de corrente diretamente, e a maioria deles é conectada a um circuito de conversão de corrente-tensão para obter a saída de tensão. O último tem dois métodos: um é apenas conectar um resistor de carga ao pino de saída para realizar a conversão de corrente-tensão; É um amplificador operacional externo. O método de conversão de corrente-tensão com resistência de carga, embora a tensão possa aparecer no pino de saída de corrente, deve ser usado dentro da faixa de tensão de saída especificada e, devido à alta impedância de saída, geralmente é usado com um amplificador operacional externo. Além disso, a maioria dos conversores CMOSDA não pode operar corretamente quando a tensão de saída não é zero, portanto, um amplificador operacional externo deve ser conectado. Quando um amplificador operacional externo é usado para conversão de corrente em voltagem, a configuração do circuito é basicamente a mesma que o tipo de saída de voltagem do amplificador embutido. Neste momento, devido à adição do atraso do conversor DA ao tempo de configuração atual do conversor DA, a resposta torna-se mais lenta. Além disso, o amplificador operacional neste circuito tende a oscilar devido à capacitância interna do pino de saída, e a compensação de fase às vezes é necessária.
3) Tipo de multiplicação (como AD7533)
Alguns conversores DA usam uma tensão de referência constante e alguns adicionam um sinal CA à entrada de tensão de referência. Este último é chamado de conversor multiplicador DA porque pode obter o resultado da multiplicação da entrada digital e da entrada de tensão de referência. O conversor DA do tipo multiplicação geralmente pode não apenas realizar a multiplicação, mas também pode ser usado como um atenuador que atenua digitalmente o sinal de entrada e um modulador que modula o sinal de entrada. [1]
4) Um conversor DA
O conversor DA de um bit é completamente diferente do método de conversão mencionado anteriormente. Ele converte o valor digital em uma saída de modulação de largura de pulso ou modulação de frequência e, em seguida, usa um filtro digital para calcular a média para obter uma saída de tensão geral (também conhecido como método de fluxo de bits). Para áudio e outras ocasiões. - Os principais indicadores técnicos do conversor DA:
1) Resolução (Resolução) refere-se à proporção da saída analógica mínima (correspondendo às grandezas digitais apenas o bit mais baixo é '1') para o máximo (grandezas digitais correspondentes são todos dígitos válidos '1')
2) O tempo de configuração é o tempo necessário para converter uma grandeza digital em um sinal analógico estável, e também pode ser considerado como o tempo de conversão. O tempo de acomodação é freqüentemente usado no DA para descrever sua velocidade, ao invés da taxa de conversão comumente usada no AD. Geralmente, o tempo de estabilização da saída de corrente DA é mais curto e a saída de tensão DA é mais longa.