Analóg-digitális átalakító - cél, osztályozás és működési elv

Az analóg-digitális konverternek (ADC) nevezett elektronikus eszköz az analóg jel digitális jellé alakítására szolgál (olvasható bináris kódtípusú sorozatban). Az analóg jel digitálissá alakítása során a következőket hajtják végre: mintavételezés, kvantálás és kódolás.

A mintavételezés alatt az egymást követő órajelek bizonyos időközeihez és időtartamaihoz kapcsolódó időpillanatokhoz tartozó egyedi (diszkrét) értékek időnkénti analóg jeléből való mintavételt kell érteni.

A kvantálás során a mintavételezés során kiválasztott analóg jel értékét a legközelebbi kvantálási szintre kell kerekíteni, és a kvantálási szintek saját sorszámmal rendelkeznek, és ezek a szintek egy fix delta értékkel térnek el egymástól, ami nem más, mint kvantálási lépés.

Szigorúan véve a mintavétel az a folyamat, amikor egy folytonos függvényt diszkrét értékek sorozataként ábrázolunk, a kvantálás pedig egy jel (értékek) szintekre bontását. Ami a kódolást illeti, itt a kódolás alatt a kvantálás eredményeként kapott elemek összehasonlítását a kódok előre meghatározott kombinációjával értjük.

Számos módszer létezik a feszültség kódká alakítására. Ezenkívül mindegyik módszer egyedi jellemzőkkel rendelkezik: pontosság, sebesség, összetettség. A konverziós módszer típusa szerint az ADC-ket három kategóriába sorolják

• párhuzamosan

• következetes,

• soros-párhuzamos.

Mindegyik módszernél a jel időbeli átalakításának folyamata a maga módján halad, innen ered a név. A különbségek a kvantálás és a kódolás végrehajtásában rejlenek: soros, párhuzamos vagy soros-párhuzamos eljárással, amely a digitális eredményt az átalakított jelhez közelíti.

A párhuzamos analóg-digitális átalakító diagramja az ábrán látható. A párhuzamos ADC-k a leggyorsabb analóg-digitális átalakítók.

Az elektronikus összehasonlító eszközök száma (a DA komparátorok teljes száma) megfelel az ADC kapacitásának: három komparátor elegendő két bithez, hét a háromhoz, 15 a négyhez stb. Az ellenállás feszültségosztóját úgy tervezték, hogy állandó referenciafeszültséget állítson be.

A bemeneti feszültséget (ennek a bemeneti feszültségnek az értékét itt mérjük) egyidejűleg alkalmazzuk az összes komparátor bemenetére, és összehasonlítjuk azoknak az összes referenciafeszültségével, amelyeket ez az ellenállásosztó lehetővé tesz.

Azok a komparátorok, amelyek nem invertáló bemeneteit a referencianál nagyobb feszültséggel táplálják (amit az osztó az invertáló bemenetre kapcsol), a kimeneten logikai egyet adnak, a többit (ahol a bemeneti feszültség kisebb, mint a referencia, vagy egyenlő nulla) akarat nullát adott.

Ezután egy kódolót csatlakoztatunk, melynek feladata egyesek és nullák kombinációját szabványos, megfelelően érthető bináris kóddá alakítani.

A soros átalakító ADC áramkörök kevésbé gyorsak, mint a párhuzamos átalakító áramkörök, de egyszerűbb az elemi felépítésük: komparátort, ÉS logikát, órát, számlálót és digitális-analóg átalakítót használ.

Az ábrán egy ilyen ADC diagramja látható. Például míg a komparátor áramkör bemenetére adott mért feszültség nagyobb, mint a második bemenet rámpajele (referencia), a számláló számolja az órajelgenerátor impulzusait. Kiderül, hogy a mért feszültség arányos a megszámlált impulzusok számával.

Léteznek soros párhuzamos ADC-k is, ahol az analóg jel digitális jellé alakításának folyamata térben elkülönül, így kiderül, hogy a maximális kompromisszumos sebesség minimális bonyolultsággal érhető el.