ตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิตอล - วัตถุประสงค์ การจำแนกประเภท และหลักการทำงาน

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เรียกว่าตัวแปลงแอนะล็อกเป็นดิจิทัล (ADC) ใช้เพื่อแปลงสัญญาณแอนะล็อกเป็นสัญญาณดิจิทัล (ในลำดับประเภทรหัสไบนารีที่อ่านได้) ในกระบวนการแปลงสัญญาณแอนะล็อกเป็นดิจิทัล มีการดำเนินการดังต่อไปนี้: การสุ่มตัวอย่าง การวัดปริมาณ และการเข้ารหัส

การสุ่มตัวอย่างเป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นการสุ่มตัวอย่างจากสัญญาณอะนาล็อกที่ต่อเนื่องตามเวลาของแต่ละค่า (ไม่ต่อเนื่อง) ที่ตกในช่วงเวลาที่เกี่ยวข้องกับช่วงเวลาและระยะเวลาที่แน่นอนของสัญญาณนาฬิกาที่ตามมา

การหาปริมาณเกี่ยวข้องกับการปัดเศษค่าของสัญญาณแอนะล็อกที่เลือกระหว่างการสุ่มตัวอย่างเป็นระดับการวัดปริมาณที่ใกล้ที่สุด และระดับการวัดปริมาณจะมีหมายเลขลำดับของตัวเอง และระดับเหล่านี้แตกต่างกันด้วยค่าเดลต้าคงที่ ซึ่งไม่มีอะไรมากไปกว่าขั้นตอนการวัดปริมาณ

พูดอย่างเคร่งครัด การสุ่มตัวอย่างคือกระบวนการแสดงฟังก์ชันต่อเนื่องเป็นชุดของค่าที่ไม่ต่อเนื่อง และการวัดปริมาณคือการแบ่งสัญญาณ (ค่า) ออกเป็นระดับต่างๆ สำหรับการเข้ารหัสที่นี่ การเข้ารหัสเป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นการเปรียบเทียบองค์ประกอบที่ได้รับจากผลลัพธ์ของการวัดปริมาณด้วยชุดรหัสที่กำหนดไว้ล่วงหน้า

มีหลายวิธีในการแปลงแรงดันไฟฟ้าเป็นรหัส นอกจากนี้แต่ละวิธียังมีลักษณะเฉพาะ: ความแม่นยำ ความเร็ว ความซับซ้อน ตามประเภทของวิธีการแปลง ADC แบ่งออกเป็นสามประเภท

• ในแบบคู่ขนาน

• สม่ำเสมอ,

• อนุกรมขนาน

สำหรับแต่ละวิธี กระบวนการแปลงสัญญาณเมื่อเวลาผ่านไปจะดำเนินไปตามวิธีของมันเอง ดังนั้นชื่อนี้จึงเรียกว่า ความแตกต่างอยู่ที่วิธีดำเนินการเชิงปริมาณและการเข้ารหัส: ขั้นตอนแบบอนุกรม แบบขนาน หรือแบบขนานแบบอนุกรมเพื่อประมาณผลลัพธ์ดิจิทัลเป็นสัญญาณที่แปลงแล้ว

ไดอะแกรมของตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิตอลแบบขนานแสดงอยู่ในรูป Parallel ADC เป็นตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิตอลที่เร็วที่สุด

จำนวนอุปกรณ์เปรียบเทียบทางอิเล็กทรอนิกส์ (จำนวนตัวเปรียบเทียบ DA ทั้งหมด) สอดคล้องกับความจุของ ADC: ตัวเปรียบเทียบสามตัวเพียงพอสำหรับสองบิต, เจ็ดสำหรับสาม, 15 สำหรับสี่ ฯลฯ ตัวแบ่งแรงดันตัวต้านทานได้รับการออกแบบเพื่อตั้งค่าช่วงของแรงดันอ้างอิงคงที่

แรงดันไฟฟ้าอินพุต (วัดค่าของแรงดันไฟฟ้าอินพุตนี้ที่นี่) ถูกนำไปใช้กับอินพุตของตัวเปรียบเทียบทั้งหมดพร้อมกันและเปรียบเทียบกับแรงดันอ้างอิงทั้งหมดของแรงดันที่ตัวแบ่งตัวต้านทานนี้อนุญาตให้ได้รับ

ตัวเปรียบเทียบที่มีอินพุตที่ไม่กลับด้านถูกป้อนด้วยแรงดันไฟฟ้าที่มากกว่าค่าอ้างอิง (ใช้โดยตัวแบ่งกับอินพุตที่กลับด้าน) จะให้ลอจิกหนึ่งที่เอาต์พุต ส่วนที่เหลือ (โดยที่แรงดันอินพุตน้อยกว่าค่าอ้างอิงหรือเท่ากับ ศูนย์) จะให้ศูนย์

จากนั้นเชื่อมต่อเอ็นโค้ดเดอร์ หน้าที่ของมันคือแปลงชุดค่าผสมระหว่างหนึ่งและศูนย์เป็นรหัสไบนารีมาตรฐานที่เข้าใจเพียงพอ

วงจร ADC สำหรับการแปลงแบบอนุกรมนั้นเร็วน้อยกว่าวงจรตัวแปลงแบบขนานแต่มีการออกแบบพื้นฐานที่เรียบง่ายกว่า วงจรนี้ใช้ตัวเปรียบเทียบ AND ลอจิก นาฬิกา ตัวนับ และตัวแปลงดิจิตอลเป็นอนาล็อก

รูปแสดงไดอะแกรมของ ADC ดังกล่าว ตัวอย่างเช่น ในขณะที่แรงดันไฟฟ้าที่วัดได้ที่ใช้กับอินพุตของวงจรตัวเปรียบเทียบสูงกว่าสัญญาณแรมป์ของอินพุตตัวที่สอง (ค่าอ้างอิง) ตัวนับจะนับพัลส์ของเครื่องกำเนิดสัญญาณนาฬิกา ปรากฎว่าแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้เป็นสัดส่วนกับจำนวนพัลส์ที่นับ

นอกจากนี้ยังมี ADC แบบขนานแบบอนุกรม ซึ่งกระบวนการแปลงสัญญาณแอนะล็อกเป็นสัญญาณดิจิทัลจะถูกแยกออกจากกันในอวกาศ ดังนั้นปรากฎว่าความเร็วการแลกเปลี่ยนสูงสุดทำได้โดยมีความซับซ้อนน้อยที่สุด