आइए विभिन्न प्रकार के एनालॉग-टू-डिजिटल कन्वर्टर्स (एडीसी) के संचालन के सिद्धांत के लिए जिम्मेदार मुद्दों की मुख्य श्रेणी को देखें। अनुक्रमिक गिनती, बिटवाइज़ संतुलन - इन शब्दों के पीछे क्या छिपा है? एडीसी माइक्रोकंट्रोलर के संचालन का सिद्धांत क्या है? ये, साथ ही कई अन्य प्रश्न, हम लेख के ढांचे में विचार करेंगे। हम पहले तीन भागों को सामान्य सिद्धांत के लिए समर्पित करेंगे, और चौथे उपशीर्षक से हम उनके कार्य के सिद्धांत का अध्ययन करेंगे। आप विभिन्न साहित्य में एडीसी और डीएसी की शर्तों को पूरा कर सकते हैं। इन उपकरणों के संचालन का सिद्धांत थोड़ा अलग है, इसलिए उन्हें भ्रमित न करें। तो, लेख एनालॉग से डिजिटल रूप में संकेतों के रूपांतरण पर विचार करेगा, जबकि डीएसी दूसरी तरह से काम करता है।
परिभाषा
एडीसी के संचालन के सिद्धांत पर विचार करने से पहले, आइए जानें कि यह किस प्रकार का उपकरण है। एनालॉग-टू-डिजिटल कन्वर्टर्स ऐसे उपकरण हैं जो भौतिक मात्रा को संबंधित संख्यात्मक प्रतिनिधित्व में परिवर्तित करते हैं। लगभग कुछ भी प्रारंभिक पैरामीटर के रूप में कार्य कर सकता है - वर्तमान, वोल्टेज, समाई,प्रतिरोध, शाफ्ट कोण, नाड़ी आवृत्ति और इतने पर। लेकिन निश्चित रूप से, हम केवल एक परिवर्तन के साथ काम करेंगे। यह "वोल्टेज-कोड" है। काम के इस प्रारूप का चुनाव आकस्मिक नहीं है। आखिरकार, एडीसी (इस उपकरण के संचालन का सिद्धांत) और इसकी विशेषताएं काफी हद तक इस बात पर निर्भर करती हैं कि माप की किस अवधारणा का उपयोग किया जाता है। इसे पहले से स्थापित मानक के साथ एक निश्चित मूल्य की तुलना करने की प्रक्रिया के रूप में समझा जाता है।
एडीसी विनिर्देश
मुख्य हैं थोड़ी गहराई और रूपांतरण आवृत्ति। पूर्व को बिट्स में और बाद वाले को प्रति सेकंड की संख्या में व्यक्त किया जाता है। आधुनिक एनालॉग-टू-डिजिटल कन्वर्टर्स 24 बिट चौड़े या जीएसपीएस यूनिट तक हो सकते हैं। ध्यान दें कि एक एडीसी आपको एक समय में केवल अपनी विशेषताओं में से एक प्रदान कर सकता है। उनका प्रदर्शन जितना अधिक होगा, डिवाइस के साथ काम करना उतना ही कठिन होगा, और इसकी लागत भी अधिक होगी। लेकिन लाभ यह है कि आप डिवाइस की गति का त्याग करके आवश्यक बिट गहराई संकेतक प्राप्त कर सकते हैं।
एडीसी प्रकार
ऑपरेशन का सिद्धांत उपकरणों के विभिन्न समूहों के लिए भिन्न होता है। हम निम्नलिखित प्रकारों को देखेंगे:
- प्रत्यक्ष रूपांतरण के साथ।
- लगातार सन्निकटन के साथ।
- समानांतर रूपांतरण के साथ।
- ए/डी कनवर्टर चार्ज बैलेंसिंग (डेल्टा-सिग्मा) के साथ।
- एडीसी को एकीकृत करना।
कई अन्य पाइपलाइन और संयोजन प्रकार हैं जिनकी अलग-अलग वास्तुकला के साथ अपनी विशेष विशेषताएं हैं। लेकिन वोलेख के ढांचे के भीतर जिन नमूनों पर विचार किया जाएगा, वे इस तथ्य के कारण रुचि के हैं कि वे इस विशिष्टता के उपकरणों के अपने आला में एक सांकेतिक भूमिका निभाते हैं। इसलिए, आइए एडीसी के सिद्धांत के साथ-साथ भौतिक उपकरण पर इसकी निर्भरता का अध्ययन करें।
डायरेक्ट ए/डी कन्वर्टर्स
पिछली सदी के 60 और 70 के दशक में ये बहुत लोकप्रिय हुए। एकीकृत सर्किट के रूप में, उनका उत्पादन 80 के दशक से किया गया है। ये बहुत ही सरल, यहां तक कि आदिम उपकरण हैं जो महत्वपूर्ण प्रदर्शन का दावा नहीं कर सकते हैं। उनकी बिट गहराई आमतौर पर 6-8 बिट होती है, और गति शायद ही कभी 1 जीएसपीएस से अधिक होती है।
इस प्रकार के एडीसी के संचालन का सिद्धांत इस प्रकार है: तुलनित्र के सकारात्मक इनपुट एक साथ एक इनपुट सिग्नल प्राप्त करते हैं। एक निश्चित परिमाण का वोल्टेज ऋणात्मक टर्मिनलों पर लगाया जाता है। और फिर डिवाइस इसके संचालन के तरीके को निर्धारित करता है। यह संदर्भ वोल्टेज के साथ किया जाता है। मान लीजिए कि हमारे पास 8 तुलनित्रों वाला एक उपकरण है। ½ रेफरेंस वोल्टेज लगाते समय उनमें से केवल 4 ही चालू होंगे। प्राथमिकता एन्कोडर एक बाइनरी कोड उत्पन्न करेगा, जिसे आउटपुट रजिस्टर द्वारा तय किया जाएगा। फायदे और नुकसान के बारे में, हम कह सकते हैं कि ऑपरेशन का यह सिद्धांत आपको उच्च गति वाले उपकरण बनाने की अनुमति देता है। लेकिन आवश्यक बिट गहराई पाने के लिए, आपको बहुत पसीना बहाना पड़ता है।
तुलनकर्ताओं की संख्या के लिए सामान्य सूत्र इस तरह दिखता है: 2^एन। एन के तहत आपको अंकों की संख्या डालनी होगी। पहले माना गया उदाहरण फिर से इस्तेमाल किया जा सकता है: 2^3=8। कुल मिलाकर, तीसरी श्रेणी प्राप्त करने के लिए, यह आवश्यक है8 तुलनित्र। यह एडीसी के संचालन का सिद्धांत है, जो पहले बनाए गए थे। बहुत सुविधाजनक नहीं है, इसलिए बाद में अन्य आर्किटेक्चर दिखाई दिए।
एनालॉग-टू-डिजिटल क्रमिक सन्निकटन कन्वर्टर्स
यहां "वेटिंग" एल्गोरिथम का उपयोग किया जाता है। संक्षेप में, इस तकनीक के अनुसार काम करने वाले उपकरणों को केवल सीरियल काउंटिंग एडीसी कहा जाता है। ऑपरेशन का सिद्धांत इस प्रकार है: डिवाइस इनपुट सिग्नल के मूल्य को मापता है, और फिर इसकी तुलना उन संख्याओं से की जाती है जो एक निश्चित विधि के अनुसार उत्पन्न होती हैं:
- संभावित संदर्भ वोल्टेज का आधा सेट करता है।
- यदि संकेत1 बिंदु से मान सीमा को पार कर गया है, तो इसकी तुलना उस संख्या से की जाती है जो शेष मान के बीच में स्थित है। तो, हमारे मामले में यह संदर्भ वोल्टेज का होगा। यदि संदर्भ संकेत इस सूचक तक नहीं पहुंचता है, तो उसी सिद्धांत के अनुसार अंतराल के दूसरे भाग के साथ तुलना की जाएगी। इस उदाहरण में, यह संदर्भ वोल्टेज का है।
- चरण 2 को N बार दोहराने की आवश्यकता है, जो हमें परिणाम के N बिट देगा। यह एच संख्या की तुलना करने के कारण है।
ऑपरेशन का यह सिद्धांत अपेक्षाकृत उच्च रूपांतरण दर वाले उपकरणों को प्राप्त करना संभव बनाता है, जो क्रमिक सन्निकटन एडीसी हैं। जैसा कि आप देख सकते हैं, संचालन का सिद्धांत सरल है, और ये उपकरण विभिन्न अवसरों के लिए महान हैं।
समानांतर एनालॉग-टू-डिजिटल कन्वर्टर्स
वे सीरियल डिवाइस की तरह काम करते हैं। गणना सूत्र (2 ^ एच) -1 है। के लियेपिछले मामले में, हमें (2^3)-1 तुलनित्रों की आवश्यकता है। संचालन के लिए, इन उपकरणों की एक निश्चित सरणी का उपयोग किया जाता है, जिनमें से प्रत्येक इनपुट और व्यक्तिगत संदर्भ वोल्टेज की तुलना कर सकता है। समानांतर एनालॉग-टू-डिजिटल कन्वर्टर्स काफी तेज डिवाइस हैं। लेकिन इन उपकरणों के निर्माण का सिद्धांत ऐसा है कि उनके प्रदर्शन का समर्थन करने के लिए महत्वपूर्ण शक्ति की आवश्यकता होती है। इसलिए, बैटरी पावर पर उनका उपयोग करना व्यावहारिक नहीं है।
बिटवाइज बैलेंस्ड ए/डी कन्वर्टर
यह पिछले डिवाइस की तरह ही काम करता है। इसलिए, एडीसी को थोड़ा-थोड़ा करके संतुलित करने के कामकाज की व्याख्या करने के लिए, शुरुआती लोगों के लिए ऑपरेशन के सिद्धांत को उंगलियों पर शाब्दिक रूप से माना जाएगा। इन उपकरणों के केंद्र में द्विभाजन की घटना है। दूसरे शब्दों में, मापा मूल्य की अधिकतम मूल्य के एक निश्चित भाग के साथ लगातार तुलना की जाती है। ½, 1/8, 1/16 आदि में मान लिए जा सकते हैं। इसलिए, एनालॉग-टू-डिजिटल कनवर्टर पूरी प्रक्रिया को एन पुनरावृत्तियों (लगातार चरणों) में पूरा कर सकता है। इसके अलावा, एच एडीसी की बिट गहराई के बराबर है (पहले दिए गए सूत्रों को देखें)। इस प्रकार, यदि तकनीक की गति विशेष रूप से महत्वपूर्ण है, तो हमें समय में महत्वपूर्ण लाभ होता है। काफी गति के बावजूद, इन उपकरणों में स्थिर सटीकता भी कम होती है।
ए/डी कन्वर्टर्स चार्ज बैलेंसिंग (डेल्टा-सिग्मा) के साथ
यह सबसे दिलचस्प प्रकार का उपकरण है, कम से कमइसके संचालन के सिद्धांत के लिए धन्यवाद। यह इस तथ्य में निहित है कि इनपुट वोल्टेज की तुलना इंटीग्रेटर द्वारा संचित की गई है। नकारात्मक या सकारात्मक ध्रुवता वाले दालों को इनपुट में खिलाया जाता है (यह सब पिछले ऑपरेशन के परिणाम पर निर्भर करता है)। इस प्रकार, हम कह सकते हैं कि ऐसा एनालॉग-टू-डिजिटल कनवर्टर एक साधारण सर्वो प्रणाली है। लेकिन यह तुलना के लिए सिर्फ एक उदाहरण है, इसलिए आप समझ सकते हैं कि डेल्टा-सिग्मा एडीसी क्या है। ऑपरेशन का सिद्धांत प्रणालीगत है, लेकिन इस एनालॉग-टू-डिजिटल कनवर्टर के प्रभावी कामकाज के लिए पर्याप्त नहीं है। अंतिम परिणाम डिजिटल लो-पास फिल्टर के माध्यम से 1s और 0s की कभी न खत्म होने वाली धारा है। उनसे एक निश्चित बिट अनुक्रम बनता है। पहले और दूसरे क्रम के एडीसी कन्वर्टर्स के बीच अंतर किया जाता है।
एनालॉग-टू-डिजिटल कन्वर्टर्स को एकीकृत करना
यह आखिरी विशेष मामला है जिस पर लेख में विचार किया जाएगा। अगला, हम इन उपकरणों के संचालन के सिद्धांत का वर्णन करेंगे, लेकिन सामान्य स्तर पर। यह एडीसी एक पुश-पुल एनालॉग-टू-डिजिटल कनवर्टर है। आप एक डिजिटल मल्टीमीटर में एक समान डिवाइस से मिल सकते हैं। और यह आश्चर्य की बात नहीं है, क्योंकि वे उच्च सटीकता प्रदान करते हैं और साथ ही साथ हस्तक्षेप को अच्छी तरह दबाते हैं।
अब इस पर ध्यान देते हैं कि यह कैसे काम करता है। यह इस तथ्य में निहित है कि इनपुट सिग्नल कैपेसिटर को एक निश्चित समय के लिए चार्ज करता है। एक नियम के रूप में, यह अवधि नेटवर्क की आवृत्ति की एक इकाई है जो डिवाइस (50 हर्ट्ज या 60 हर्ट्ज) को शक्ति प्रदान करती है। यह एकाधिक भी हो सकता है। इस प्रकार, उच्च आवृत्तियों को दबा दिया जाता है।दखल अंदाजी। इसी समय, परिणाम की सटीकता पर बिजली उत्पादन के मुख्य स्रोत के अस्थिर वोल्टेज का प्रभाव समतल होता है।
जब एनालॉग-टू-डिजिटल कनवर्टर चार्ज समय समाप्त होता है, तो कैपेसिटर एक निश्चित निश्चित दर से डिस्चार्ज होने लगता है। डिवाइस का आंतरिक काउंटर इस प्रक्रिया के दौरान उत्पन्न होने वाली घड़ी की दालों की संख्या की गणना करता है। इस प्रकार, समय अवधि जितनी लंबी होगी, संकेतक उतने ही अधिक महत्वपूर्ण होंगे।
ADC पुश-पुल इंटीग्रेशन में उच्च सटीकता और रिज़ॉल्यूशन होता है। इसके कारण, साथ ही अपेक्षाकृत सरल निर्माण संरचना, उन्हें माइक्रोक्रिकिट्स के रूप में लागू किया जाता है। ऑपरेशन के इस सिद्धांत का मुख्य नुकसान नेटवर्क संकेतक पर निर्भरता है। याद रखें कि इसकी क्षमताएं बिजली आपूर्ति की आवृत्ति अवधि से जुड़ी हैं।
इस तरह दोहरा एकीकरण ADC काम करता है। इस उपकरण के संचालन का सिद्धांत, हालांकि यह काफी जटिल है, लेकिन यह गुणवत्ता संकेतक प्रदान करता है। कुछ मामलों में, यह बस आवश्यक है।
ऑपरेशन के सिद्धांत के साथ एपीसी चुनें जिसकी हमें आवश्यकता है
मान लें कि हमारे सामने एक निश्चित कार्य है। कौन सा उपकरण चुनना है ताकि वह हमारे सभी अनुरोधों को पूरा कर सके? सबसे पहले, चलो संकल्प और सटीकता के बारे में बात करते हैं। बहुत बार वे भ्रमित होते हैं, हालाँकि व्यवहार में वे एक दूसरे पर बहुत कम निर्भर होते हैं। ध्यान रखें कि 12-बिट A/D कनवर्टर 8-बिट A/D कनवर्टर से कम सटीक हो सकता है। में वहइस मामले में, रिज़ॉल्यूशन एक माप है कि मापा सिग्नल की इनपुट रेंज से कितने सेगमेंट निकाले जा सकते हैं। तो, 8-बिट एडीसी में 28=256 ऐसी इकाइयाँ हैं।
सटीकता आदर्श मान से प्राप्त रूपांतरण परिणाम का कुल विचलन है, जो किसी दिए गए इनपुट वोल्टेज पर होना चाहिए। अर्थात्, पहला पैरामीटर एडीसी की संभावित क्षमताओं को दर्शाता है, और दूसरा यह दर्शाता है कि हमारे पास व्यवहार में क्या है। इसलिए, एक सरल प्रकार (जैसे प्रत्यक्ष एनालॉग-टू-डिजिटल कन्वर्टर्स) हमारे लिए उपयुक्त हो सकता है, जो उच्च सटीकता के कारण जरूरतों को पूरा करेगा।
क्या आवश्यक है, इसका अंदाजा लगाने के लिए, पहले आपको भौतिक मापदंडों की गणना करने और बातचीत के लिए गणितीय सूत्र बनाने की आवश्यकता है। उनमें महत्वपूर्ण स्थिर और गतिशील त्रुटियां हैं, क्योंकि डिवाइस के निर्माण के विभिन्न घटकों और सिद्धांतों का उपयोग करते समय, वे इसकी विशेषताओं को अलग-अलग तरीकों से प्रभावित करेंगे। अधिक विस्तृत जानकारी प्रत्येक विशिष्ट डिवाइस के निर्माता द्वारा पेश किए गए तकनीकी दस्तावेज़ीकरण में पाई जा सकती है।
उदाहरण
आइए एक नजर डालते हैं SC9711 ADC पर। इस उपकरण के संचालन का सिद्धांत इसके आकार और क्षमताओं के कारण जटिल है। वैसे, उत्तरार्द्ध की बात करते हुए, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि वे वास्तव में विविध हैं। इसलिए, उदाहरण के लिए, संभावित संचालन की आवृत्ति 10 हर्ट्ज से 10 मेगाहर्ट्ज तक होती है। दूसरे शब्दों में, यह प्रति सेकंड 10 मिलियन नमूने ले सकता है! और डिवाइस ही कुछ ठोस नहीं है, लेकिनएक मॉड्यूलर निर्माण संरचना है। लेकिन इसका उपयोग, एक नियम के रूप में, जटिल तकनीक में किया जाता है, जहां बड़ी संख्या में संकेतों के साथ काम करना आवश्यक होता है।
निष्कर्ष
जैसा कि आप देख सकते हैं, एडीसी के मूल रूप से संचालन के विभिन्न सिद्धांत हैं। यह हमें उन उपकरणों का चयन करने की अनुमति देता है जो उत्पन्न होने वाली जरूरतों को पूरा करेंगे, साथ ही हमें अपने उपलब्ध धन को बुद्धिमानी से प्रबंधित करने की अनुमति भी देंगे।
