Analogově-digitální převodník - účel, rozdělení a princip činnosti

Elektronické zařízení zvané analogově-digitální převodník (ADC) se používá pro převod analogového signálu na digitální signál (v čitelné sekvenci typu binárního kódu). V procesu převodu analogového signálu na digitální jsou implementovány následující: vzorkování, kvantování a kódování.

Vzorkováním se rozumí odebírání vzorků z časově spojitého analogového signálu jednotlivých (diskrétních) hodnot spadajících do časových okamžiků spojených s určitými intervaly a trváním hodinových signálů po sobě následujících.

Kvantování zahrnuje zaokrouhlení hodnoty analogového signálu zvoleného během vzorkování na nejbližší kvantizační úroveň a kvantizační úrovně mají své vlastní pořadové číslo a tyto úrovně se od sebe liší pevnou hodnotou delta, což není nic jiného než kvantovací krok.

Přísně vzato, vzorkování je proces reprezentace spojité funkce jako série diskrétních hodnot a kvantizace je rozdělení signálu (hodnot) do úrovní. Pokud jde o kódování, je zde kódování chápáno jako srovnání prvků získaných kvantováním s předem určenou kombinací kódů.

Existuje mnoho metod převodu napětí na kód. Každá z metod má navíc individuální vlastnosti: přesnost, rychlost, složitost. Podle typu metody konverze jsou ADC klasifikovány do tří

• paralelně

• konzistentní,

• sériově-paralelní.

U každé metody probíhá proces transformace signálu v průběhu času svým vlastním způsobem, odtud název. Rozdíly spočívají v tom, jak se provádí kvantizace a kódování: sériový, paralelní nebo sériově paralelní postup pro přiblížení digitálního výsledku převedenému signálu.

Schéma paralelního analogově-digitálního převodníku je znázorněno na obrázku. Paralelní ADC jsou nejrychlejší analogově-digitální převodníky.

Počet elektronických porovnávacích zařízení (celkový počet DA komparátorů) odpovídá kapacitě ADC: tři komparátory stačí na dva bity, sedm na tři, 15 na čtyři atd. Odporový dělič napětí je určen k nastavení rozsahu konstantních referenčních napětí.

Vstupní napětí (zde je měřena hodnota tohoto vstupního napětí) je současně přivedeno na vstupy všech komparátorů a porovnáváno se všemi referenčními napětími těch, které tento odporový dělič umožňuje získat.

Ty komparátory, jejichž neinvertující vstupy jsou napájeny napětím větším než referenční (aplikované děličem na invertující vstup), dají na výstupu logickou jedničku, zbytek (kde je vstupní napětí menší než referenční nebo rovno nula) dá nulu.

Poté se připojí kodér, jehož úkolem je převést kombinaci jedniček a nul do standardního, adekvátně srozumitelného binárního kódu.

Obvody ADC pro sériový převod jsou méně rychlé než obvody s paralelním převodníkem, ale mají jednodušší elementární konstrukci.Využívají komparátor, logiku AND, hodiny, čítač a digitálně-analogový převodník.

Obrázek ukazuje schéma takového ADC. Například, zatímco naměřené napětí přivedené na vstup komparačního obvodu je vyšší než rampový signál druhého vstupu (referenčního), čítač počítá impulsy generátoru hodin. Ukazuje se, že naměřené napětí je úměrné počtu napočítaných impulsů.

Existují také sériově paralelní ADC, kde je proces převodu analogového signálu na digitální signál prostorově oddělen, takže se ukazuje, že maximální kompromisní rychlosti je dosaženo s minimální složitostí.