Dönüştürücü, bir sinyali diğerine dönüştüren bir cihazı ifade eder. Sinyal, bilginin biçimi veya taşıyıcısıdır. Otomatik enstrümantasyon ekipmanında ve otomatik kontrol sistemlerinde, iki tip enstrümanı birbirine bağlamak için bir sinyal genellikle standart veya referans değerle karşılaştırıldığında başka bir sinyale dönüştürülür. Bu nedenle, dönüştürücü genellikle iki cihazdan (veya Cihazdan) oluşur.
AD dönüştürücü tanıtımı
- AD dönüştürücülerin sınıflandırılması
Aşağıda yaygın olarak kullanılan çeşitli türlerin temel prensipleri ve özellikleri kısaca tanıtılmaktadır: integral türü, ardışık yaklaşım türü, paralel karşılaştırma türü/seri paralel tür, sigma-delta modülasyon türü, kondansatör dizi ardışık karşılaştırma türü ve Voltaj-frekans dönüştürme türü.
1) İntegral tipi (TLC7135 gibi)
İntegral AD'nin çalışma prensibi girişi dönüştürmektir. Voltaj zamana (darbe genişliği sinyali) veya frekansa (darbe frekansı) dönüştürülür ve daha sonra zamanlayıcı/sayıcı tarafından dijital değer elde edilir. Avantajı, basit bir devre ile yüksek çözünürlüğün elde edilebilmesidir, ancak dezavantajı, dönüşüm doğruluğunun entegrasyon süresine bağlı olması nedeniyle dönüşüm oranının son derece düşük olmasıdır. İlk tek çipli AD dönüştürücülerin çoğu integral tipini kullanıyordu ve şimdi ardışık karşılaştırma tipi yavaş yavaş ana akım haline geldi.
2) Ardışık karşılaştırma türü (TLC0831 gibi)
Ardışık karşılaştırma AD, ardışık karşılaştırma mantığı yoluyla bir karşılaştırıcı ve bir DA dönüştürücüden oluşur. MSB'den başlayarak, giriş voltajı her bit için yerleşik DA dönüştürücünün çıkışıyla sırayla karşılaştırılır ve n karşılaştırmadan sonra dijital bir değer çıkarılır. Devre ölçeği orta düzeydedir. Avantajları yüksek hız, düşük güç tüketimi ve düşük çözünürlükte (12 bit) yüksek fiyattır.
3) Paralel karşılaştırma türü/seri paralel karşılaştırma türü (TLC5510 gibi)
Paralel karşılaştırma türü AD, FLash (hızlı) türü olarak da bilinen, yalnızca bir karşılaştırma için dönüştürme gerçekleştirmek üzere birden fazla karşılaştırıcı kullanır. Son derece yüksek dönüşüm oranı nedeniyle, n-bit dönüşümü 2n-1 karşılaştırıcı gerektirir. Dolayısıyla devre ölçeği de çok büyük ve fiyatı da yüksek. Yalnızca video AD dönüştürücüler gibi son derece yüksek hızlara sahip alanlar için uygundur.
Seri-paralel karşılaştırma tipi AD'nin yapısı paralel tip ile ardışık karşılaştırma tipi arasındadır. En tipik olanı iki n/2-bit paralel tip AD dönüştürücü ve DA dönüştürücüden oluşur. Dönüşüm iki karşılaştırma ile gerçekleştirilir, dolayısıyla buna Yarım flaş (yarı hızlı) tipi denir. AD dönüşümünü gerçekleştirmek için ayrıca çok adımlı (Çok Adımlı/Alt Düzenleme) tip AD olarak adlandırılan üç veya daha fazla adım vardır ve dönüşüm zamanlaması açısından boru hattı (Ardışık düzen) tipi AD olarak da adlandırılabilir, modern hiyerarşik AD de birden fazla eklenir Dönüşüm sonucu kullanılır Özellikleri ve diğer işlevleri değiştirmek amacıyla dijital işlem için. Bu tip AD hızı ardışık karşılaştırma tipinden daha yüksektir ve devre ölçeği paralel tipten daha küçüktür.
4) Σ-Δ (Sigma?/FONT>delta) modülasyon tipi (AD7705 gibi)
Σ-Δ AD, bir entegratör, bir karşılaştırıcı, 1 bitlik bir DA dönüştürücü ve bir dijital filtreden oluşur. Prensip olarak integral tipine benzer. Giriş voltajı bir zaman (darbe genişliği) sinyaline dönüştürülür ve dijital bir değer elde etmek için dijital bir filtre tarafından işlenir. Devrenin dijital kısmının tek çipli olması temel olarak kolaydır, bu nedenle yüksek çözünürlüğe ulaşmak kolaydır. Esas olarak ses ve ölçüm için kullanılır.
5) Kondansatör dizisi ardışık karşılaştırma tipi
Kapasitör dizisi ardışık karşılaştırma tipi AD, yerleşik DA dönüştürücüde, şarj yeniden dağıtım tipi olarak da adlandırılabilen kapasitör matris yöntemini benimser. Genel olarak çoğu direncin değerleri rezistans dizi DA dönüştürücüler tutarlı olmalıdır ve tek bir çip üzerinde yüksek hassasiyetli dirençler oluşturmak kolay değildir. Bir kapasitör dizisi yerine bir kapasitör dizisi kullanılırsa rezistans dizi, düşük maliyetle yüksek hassasiyetli monolitik bir AD dönüştürücü yapılabilir. Son zamanlarda yapılan ardışık karşılaştırmalı AD dönüştürücülerin çoğu, kapasitör dizisi tipindedir.
6) Gerilim-frekans dönüşüm tipi (AD650 gibi)
Gerilim-Frekans Dönüştürücü (Gerilim-Frekans Dönüştürücü), dolaylı dönüşüm yoluyla analogdan dijitale dönüşümü gerçekleştirir. Prensip, ilk önce giriş analog sinyalini bir frekansa dönüştürmek ve ardından frekansı dijital bir miktara dönüştürmek için bir sayaç kullanmaktır. Teorik olarak, örnekleme süresi çıkış frekansı çözünürlüğünün gerektirdiği kümülatif darbe sayısının genişliğini karşılayabildiği sürece, bu AD'nin çözünürlüğü neredeyse sonsuz bir şekilde artırılabilir. Avantajları yüksek çözünürlük, düşük güç tüketimi ve düşük fiyattır ancak AD dönüşümünü birlikte tamamlamak için harici bir sayma devresi gerektirir. - AD dönüştürücünün ana teknik göstergeleri
1) Çözünürlük (Çözünürlük), tam ölçeğin 2n'ye oranı olarak tanımlanan, dijital değer minimum miktarda değiştiğinde analog sinyalde meydana gelen değişiklik miktarını ifade eder. Çözünürlük aynı zamanda doğruluk olarak da adlandırılır ve genellikle dijital sinyalin basamak sayısıyla ifade edilir.
2) Dönüşüm Oranı (Dönüşüm Oranı), bir AD dönüşümünü analogdan dijitale tamamlamak için gereken sürenin karşılıklılığını ifade eder. İntegral AD'nin dönüşüm süresi milisaniyedir, yani düşük hızlı AD, ardışık karşılaştırma AD'si mikrosaniye ve orta hızlı AD'dir ve tam paralel/seri-paralel AD nanosaniyelere ulaşabilir. Örnekleme süresi, iki dönüşüm arasındaki aralığı ifade eden başka bir kavramdır. Dönüşümün doğru şekilde tamamlanmasını sağlamak için örnekleme oranının (Örnekleme Oranı) dönüşüm oranından küçük veya ona eşit olması gerekir. Bu nedenle bazı kişilerin dönüşüm oranını sayısal olarak örnekleme oranıyla eşitlemesi kabul edilebilir. Yaygın olarak kullanılan birimler ksps ve Msps'tir, bu da kilo/Saniyede Milyon Örnek (kilo/Saniyede Milyon Örnek) anlamına gelir.
3) Niceleme Hatası (Niceleme Hatası) AD'nin sonlu çözünürlüğünden kaynaklanan hata, yani sonlu çözünürlüklü AD'nin kademeli transfer karakteristik eğrisi ile sonsuz çözünürlüklü AD'nin (ideal AD) transfer karakteristik eğrisi (düz çizgi) arasındaki maksimum. sapma. Genellikle 1LSB, 1/1LSB olarak ifade edilen en küçük dijital analog varyasyonun 2 veya yarısıdır.
4) Ofset Hatası Giriş sinyali sıfır olduğunda çıkış sinyalinin sıfır olmadığı değer, harici bir potansiyometre ile minimuma ayarlanabilir.
5) Tam Ölçekli Hata (Tam Ölçekli Hata) Karşılık gelen giriş sinyali ile tam ölçekli çıkıştaki ideal giriş sinyali değeri arasındaki fark.
6) Doğrusallık (Doğrusallık) Gerçek dönüştürücünün transfer fonksiyonu ile ideal düz çizgi arasındaki yukarıdaki üç hata hariç maksimum sapma.
Diğer göstergeler şunları içerir: Mutlak Doğruluk, Göreceli Doğruluk, Diferansiyel Doğrusal Olmama, Monotonluk ve Hatasız Kod, Toplam Harmonik Bozulma (THD) ve integral doğrusal olmama. - DA dönüştürücü
DA dönüştürücünün iç devre kompozisyonunda pek bir fark yoktur ve genel olarak çıkışın akım mı yoksa gerilim mi olduğuna ve çarpılıp çarpılamayacağına göre sınıflandırılır. Çoğu DA dönüştürücü, bir direnç dizisinden ve n adet akım anahtarından (veya voltaj anahtarlarından) oluşur. Girişle orantılı bir akım (veya voltaj) oluşturmak için anahtarı dijital giriş değerine göre değiştirin. Ayrıca doğruluğu arttırmak amacıyla cihazın içerisine sabit akım kaynakları da yerleştirilmiştir. Genel olarak konuşursak, akım anahtarının anahtarlama hatası küçük olduğundan, akım anahtarı tipi devrelerin çoğu kullanılır. Akım anahtar tipi devre, üretilen akımı doğrudan çıkış olarak veriyorsa, akım çıkış tipi DA dönüştürücüdür. Ayrıca gerilim anahtarı tipi devre doğrudan çıkış gerilimi tipi DA dönüştürücüdür.
1) Gerilim çıkış tipi (TLC5620 gibi)
Bir direnç dizisinden doğrudan voltaj çıkışı sağlayan voltaj çıkışlı DA dönüştürücüler olmasına rağmen, bunlar genellikle düşük empedanslı çıkış için yerleşik bir çıkış amplifikatörü kullanır. Doğrudan çıkış voltajı veren cihazlar yalnızca yüksek empedanslı yükler için kullanılır. Çıkış amplifikatör kısmında gecikme olmadığından sıklıkla yüksek hızlı DA dönüştürücüler olarak kullanılırlar.
2) Akım çıkış tipi (THS5661A gibi)
Akım çıkış tipi DA dönüştürücüler, akım çıkışını nadiren doğrudan kullanır ve çoğu, voltaj çıkışı elde etmek için bir akım-gerilim dönüşüm devresine bağlanır. İkincisinin iki yöntemi vardır: biri, akım-gerilim dönüşümünü gerçekleştirmek için yalnızca çıkış pinine bir yük direnci bağlamaktır; Harici bir işlemsel yükselteçtir. Yük direnci ile akım-gerilim dönüşümü yöntemi, her ne kadar akım çıkış pininde gerilim görünse de, belirtilen çıkış gerilim aralığı içerisinde kullanılmalıdır ve yüksek çıkış empedansı nedeniyle genellikle harici bir işlemsel yükselteç ile birlikte kullanılır. Ayrıca çoğu CMOSDA dönüştürücü, çıkış voltajı sıfır olmadığında doğru şekilde çalışamaz, bu nedenle harici bir işlemsel amplifikatörün bağlanması gerekir. Akım-voltaj dönüşümü için harici bir işlemsel amplifikatör kullanıldığında, devre konfigürasyonu temel olarak yerleşik amplifikatörün voltaj çıkış tipiyle aynıdır. Bu sırada DA dönüştürücünün gecikmesinin DA dönüştürücünün mevcut kurulum süresine eklenmesi nedeniyle yanıt yavaşlar. Ek olarak, bu devredeki işlemsel yükselteç, çıkış pininin dahili kapasitansı nedeniyle salınmaya eğilimlidir ve bazen faz dengelemesi gerekli olur.
3) Çarpma türü (AD7533 gibi)
Bazı DA dönüştürücüler sabit bir referans voltajı kullanır ve bazıları referans voltaj girişine bir AC sinyali ekler. İkincisine çarpan DA dönüştürücü denir çünkü dijital giriş ile referans voltaj girişinin çarpılmasının sonucunu elde edebilir. Çarpma tipi DA dönüştürücü genellikle yalnızca çarpma işlemini gerçekleştirmekle kalmaz, aynı zamanda giriş sinyalini dijital olarak zayıflatan bir zayıflatıcı ve giriş sinyalini modüle eden bir modülatör olarak da kullanılabilir. [1]
4) Bir DA dönüştürücü
Bir bitlik DA dönüştürücü, yukarıda bahsedilen dönüştürme yönteminden tamamen farklıdır. Dijital değeri bir darbe genişliği modülasyonuna veya frekans modülasyonu çıkışına dönüştürür ve ardından genel bir voltaj çıkışı elde etmek amacıyla ortalama almak için bir dijital filtre kullanır (aynı zamanda bit akışı yöntemi olarak da bilinir). Ses ve diğer durumlar için. - DA dönüştürücünün ana teknik göstergeleri:
1) Çözünürlük (Çözünürlük), minimum analog çıkışın (dijital büyüklüklere karşılık gelen yalnızca en düşük bit '1'dir) maksimuma (karşılık gelen dijital büyüklüklerin tümü geçerli rakamlar '1'dir) oranını ifade eder.
2) Ayar Süresi, dijital bir miktarı kararlı bir analog sinyale dönüştürmek için gereken süredir ve aynı zamanda dönüştürme süresi olarak da kabul edilebilir. Yerleşme süresi, AD'de yaygın olarak kullanılan dönüşüm oranından ziyade DA'da hızını tanımlamak için sıklıkla kullanılır. Genel olarak, akım çıkışı DA'nın yerleşme süresi daha kısadır ve gerilim çıkışı DA daha uzundur.