एनालॉग-टू-डिजिटल और डिजिटल-टू-एनालॉग कनवर्टर्स। (एडीसी) और (डीएसी)

एनालॉग-टू-डिजिटल कन्वर्टर्स (एडीसी)- ये एनालॉग सिग्नल को डिजिटल सिग्नल में बदलने के लिए डिज़ाइन किए गए उपकरण हैं। ऐसे रूपांतरण के लिए, एनालॉग सिग्नल को परिमाणित करना आवश्यक है, अर्थात, एनालॉग सिग्नल के तात्कालिक मूल्यों को कुछ स्तरों तक सीमित करना, जिन्हें परिमाणीकरण स्तर कहा जाता है।

आदर्श परिमाणीकरण विशेषता का रूप चित्र में दिखाया गया है। 3.92.

परिमाणीकरण एक एनालॉग मान को निकटतम परिमाणीकरण स्तर तक पूर्णांकित करना है, यानी, अधिकतम परिमाणीकरण त्रुटि ±0.5h है (h परिमाणीकरण चरण है)।

एडीसी की मुख्य विशेषताओं में बिट्स की संख्या, रूपांतरण समय, गैर-रैखिकता आदि शामिल हैं। बिट्स की संख्या एनालॉग मान से जुड़े कोड के बिट्स की संख्या है जो एडीसी उत्पन्न कर सकती है। लोग अक्सर ADC के रिज़ॉल्यूशन के बारे में बात करते हैं, जो ADC आउटपुट पर कोड संयोजनों की अधिकतम संख्या के व्युत्क्रम द्वारा निर्धारित होता है। इस प्रकार, 10-बिट एडीसी का रिज़ॉल्यूशन (2 10 = 1024) -1 है, यानी, 10V के अनुरूप एडीसी स्केल के साथ, परिमाणीकरण चरण का पूर्ण मान 10mV से अधिक नहीं है। रूपांतरण समय टीपी एडीसी इनपुट पर दिए गए सिग्नल परिवर्तन के क्षण से उसके आउटपुट पर संबंधित स्थिर कोड प्रकट होने तक का समय अंतराल है।

विशिष्ट रूपांतरण विधियाँ निम्नलिखित हैं: एनालॉग मान का समानांतर रूपांतरण और क्रमिक रूपांतरण।

इनपुट एनालॉग सिग्नल के समानांतर रूपांतरण के साथ एडीसी

समानांतर विधि में, इनपुट वोल्टेज की तुलना n संदर्भ वोल्टेज से की जाती है और यह निर्धारित किया जाता है कि यह किन दो संदर्भ वोल्टेज के बीच स्थित है। इस मामले में, परिणाम जल्दी प्राप्त होता है, लेकिन योजना काफी जटिल हो जाती है।

एडीसी का संचालन सिद्धांत (चित्र 3.93)

जब Uin = 0, चूंकि सभी ऑप-एम्प के लिए वोल्टेज अंतर (U + − U −)< 0 (U + , U − - напряжения относительно общей точки соответственно неинвертирующего и инвертирующего входа), напряжения на выходе всех ОУ равны −Е пит а на выходах кодирующего преобразователя (КП) Z 0 , Z 1 , Z 2 устанавливаются нули. Если U вх >0.5यू, लेकिन 3/2यू से कम, केवल निचले ऑप-एम्प (यू + − यू −) > 0 के लिए और केवल इसके आउटपुट पर +ई आपूर्ति वोल्टेज दिखाई देता है, जिससे निम्न संकेतों की उपस्थिति होती है CP आउटपुट: Z 0 = 1, Z 2 = Z l = 0. यदि Uin > 3/2U, लेकिन 5/2U से कम है, तो दो निचले ऑप-एम्प के आउटपुट पर एक वोल्टेज +E आपूर्ति दिखाई देती है, जो आगे बढ़ती है सीपी आदि के आउटपुट पर कोड 010 की उपस्थिति के लिए।

एडीसी के संचालन के बारे में एक दिलचस्प वीडियो देखें:

सीरियल इनपुट सिग्नल रूपांतरण के साथ एडीसी

यह एक सीरियल काउंटिंग एडीसी है, जिसे सर्वो एडीसी कहा जाता है (चित्र 3.94)।
इस प्रकार का एडीसी एक डीएसी और एक रिवर्सिंग काउंटर का उपयोग करता है, जिससे सिग्नल डीएसी आउटपुट पर वोल्टेज में बदलाव प्रदान करता है। सर्किट को इस तरह से कॉन्फ़िगर किया गया है कि इनपुट यूइन और डीएसी -यू के आउटपुट पर वोल्टेज लगभग बराबर हैं। यदि इनपुट वोल्टेज यूइन डीएसी आउटपुट पर वोल्टेज यू से अधिक है, तो काउंटर को डायरेक्ट काउंटिंग मोड में स्विच किया जाता है और इसके आउटपुट पर कोड बढ़ जाता है, जिससे डीएसी आउटपुट पर वोल्टेज में वृद्धि होती है। यूइन और यू की समानता के क्षण में, गिनती बंद हो जाती है और इनपुट वोल्टेज से संबंधित कोड रिवर्स काउंटर के आउटपुट से हटा दिया जाता है।

अनुक्रमिक रूपांतरण विधि को समय-पल्स रूपांतरण एडीसी (रैखिक रूप से भिन्न वोल्टेज जनरेटर (जीएलआईएन) के साथ एडीसी) में भी लागू किया जाता है।

विचाराधीन एडीसी का संचालन सिद्धांत, चित्र। 3.95) उस समय अवधि में दालों की संख्या की गणना पर आधारित है जिसके दौरान रैखिक रूप से भिन्न वोल्टेज (एलआईएन), शून्य से बढ़ते हुए, इनपुट वोल्टेज स्तर यूइन तक पहुंचता है। निम्नलिखित पदनामों का उपयोग किया जाता है: सीसी - तुलना सर्किट, जीआई - पल्स जनरेटर, केएल - इलेक्ट्रॉनिक कुंजी, एसएच - पल्स काउंटर।

समय आरेख में चिह्नित समय टी 1 का क्षण इनपुट वोल्टेज की माप की शुरुआत से मेल खाता है, और समय टी 2 का क्षण इनपुट वोल्टेज और जीएलआईएन वोल्टेज की समानता से मेल खाता है। माप त्रुटि समय परिमाणीकरण चरण द्वारा निर्धारित की जाती है। कुंजी केएल माप शुरू होने के क्षण से लेकर यू और यू क्ले के बराबर होने तक एक पल्स जनरेटर को काउंटर से जोड़ती है। यू एसएच मीटर इनपुट पर वोल्टेज को इंगित करता है।

काउंटर आउटपुट पर कोड इनपुट वोल्टेज के समानुपाती होता है। इस योजना का एक नुकसान इसका कम प्रदर्शन है।

दोहरा एकीकरण एडीसी

ऐसा ADC इनपुट सिग्नल के अनुक्रमिक रूपांतरण की विधि को लागू करता है (चित्र 3.96)। निम्नलिखित पदनामों का उपयोग किया जाता है: एसयू - नियंत्रण प्रणाली, जीआई - पल्स जनरेटर, एससीएच - पल्स काउंटर। एडीसी का संचालन सिद्धांत दो समयावधियों के अनुपात को निर्धारित करना है, जिनमें से एक के दौरान इनपुट वोल्टेज यूइन को एक ऑप-एम्प-आधारित इंटीग्रेटर द्वारा एकीकृत किया जाता है (वोल्टेज यू और इंटीग्रेटर आउटपुट पर शून्य से अधिकतम निरपेक्ष तक परिवर्तन होता है) मान), और अगले के दौरान - संदर्भ वोल्टेज यू ऑप (यू और अधिकतम निरपेक्ष मान से शून्य तक भिन्न होता है) का एकीकरण (छवि 3.97)।

मान लीजिए कि इनपुट सिग्नल एकीकरण समय t 1 स्थिर है, तो दूसरी समय अवधि t 2 जितनी बड़ी होगी (वह समय अवधि जिसके दौरान संदर्भ वोल्टेज एकीकृत होता है), इनपुट वोल्टेज उतना ही अधिक होगा। कुंजी KZ को इंटीग्रेटर को उसकी प्रारंभिक शून्य स्थिति पर सेट करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। संकेतित समय अवधि में से पहले में, कुंजी K 1 बंद है, कुंजी K 2 खुली है, और दूसरे, समय अवधि में, उनकी स्थिति संकेतित स्थिति के विपरीत है। इसके साथ ही कुंजी K 2 के बंद होने के साथ, जीआई पल्स जनरेटर से दालें नियंत्रण प्रणाली के नियंत्रण सर्किट के माध्यम से काउंटर एसएच में प्रवाहित होने लगती हैं।

इंटीग्रेटर आउटपुट पर वोल्टेज शून्य होने पर इन दालों का आगमन समाप्त हो जाता है।

समय अवधि t 1 के बाद इंटीग्रेटर आउटपुट पर वोल्टेज अभिव्यक्ति द्वारा निर्धारित किया जाता है

यू और (टी 1) = - (1/आरसी) टी1 ∫ 0 यू इनपुट डीटी= - (यू इनपुट टी 1) / (आरसी)

समय अंतराल t 2 के लिए समान अभिव्यक्ति का उपयोग करते हुए, हम प्राप्त करते हैं

टी 2 = - (आर·सी/यू ऑप) ·यू और (टी 1)

यहां U और (t 1) के लिए व्यंजक को प्रतिस्थापित करने पर, हमें t 2 = (U in / U op) · t 1 प्राप्त होता है, जिससे U in = U oa · t 2 /t 1

काउंटर आउटपुट पर कोड इनपुट वोल्टेज का मान निर्धारित करता है।

इस प्रकार के एडीसी का एक मुख्य लाभ इसकी उच्च शोर प्रतिरोधक क्षमता है। थोड़े समय में होने वाले यादृच्छिक इनपुट वोल्टेज उछाल का रूपांतरण त्रुटि पर वस्तुतः कोई प्रभाव नहीं पड़ता है। ADC का नुकसान इसकी कम गति है।

सबसे आम चिप श्रृंखला 572, 1107, 1138, आदि के एडीसी हैं। (तालिका 3.3)
तालिका से पता चलता है कि समानांतर रूपांतरण एडीसी का प्रदर्शन सबसे अच्छा है, और धारावाहिक रूपांतरण एडीसी का प्रदर्शन सबसे खराब है।

हम आपको एडीसी के संचालन और डिजाइन के बारे में एक और अच्छा वीडियो देखने के लिए आमंत्रित करते हैं:

डिजिटल-टू-एनालॉग कन्वर्टर्स (डीएसी) और एनालॉग-टू-डिजिटल कन्वर्टर्स (एडीसी) का उपयोग मुख्य रूप से डिजिटल उपकरणों और सिस्टम को बाहरी एनालॉग सिग्नल के साथ वास्तविक दुनिया में इंटरफ़ेस करने के लिए किया जाता है। इस मामले में, एडीसी एनालॉग सिग्नल को डिजिटल इनपुट सिग्नल में परिवर्तित करता है जो आगे की प्रक्रिया या भंडारण के लिए डिजिटल उपकरणों को खिलाया जाता है, और डीएसी डिजिटल उपकरणों के डिजिटल आउटपुट सिग्नल को एनालॉग सिग्नल में परिवर्तित करता है।

कई घरेलू और विदेशी कंपनियों द्वारा उत्पादित विशेष माइक्रो सर्किट का उपयोग आमतौर पर डीएसी और एडीसी के रूप में किया जाता है।

डीएसी चिपइसे एक ब्लॉक (चित्र 13) के रूप में दर्शाया जा सकता है, जिसमें कई डिजिटल इनपुट और एक एनालॉग इनपुट, साथ ही एक एनालॉग आउटपुट भी है।

चावल। 13. डीएसी चिप

एन-बिट कोड एन को डीएसी के डिजिटल इनपुट में आपूर्ति की जाती है, और संदर्भ वोल्टेज यू ऑप को एनालॉग इनपुट में आपूर्ति की जाती है (एक अन्य सामान्य पदनाम यू आरईएफ है)। आउटपुट सिग्नल वोल्टेज यू आउट (दूसरा पदनाम यू ओ) या करंट आई आउट (दूसरा पदनाम आई ओ) है। इस मामले में, आउटपुट करंट या आउटपुट वोल्टेज इनपुट कोड और संदर्भ वोल्टेज के समानुपाती होता है। कुछ माइक्रो-सर्किट के लिए, संदर्भ वोल्टेज का कड़ाई से निर्दिष्ट स्तर होना चाहिए; दूसरों के लिए, इसकी ध्रुवीयता (सकारात्मक से नकारात्मक और इसके विपरीत) को बदलने सहित व्यापक सीमाओं के भीतर इसके मूल्य को बदलना संभव है। बड़े संदर्भ वोल्टेज रेंज वाले डीएसी को गुणा करने वाला डीएसी कहा जाता है क्योंकि इसका उपयोग किसी भी संदर्भ वोल्टेज द्वारा इनपुट कोड को गुणा करने के लिए आसानी से किया जा सकता है।

इनपुट डिजिटल कोड को आउटपुट एनालॉग सिग्नल में परिवर्तित करने का सार काफी सरल है। इसमें कई धाराओं का योग होता है (इनपुट कोड के बिट्स की संख्या के अनुसार), प्रत्येक बाद वाला पिछले वाले से दोगुना बड़ा होता है। इन धाराओं को प्राप्त करने के लिए, या तो ट्रांजिस्टर वर्तमान स्रोतों या ट्रांजिस्टर स्विच द्वारा स्विच किए गए प्रतिरोधी मैट्रिक्स का उपयोग किया जाता है।

उदाहरण के तौर पर, चित्र 14 आर-2आर प्रतिरोधी मैट्रिक्स और स्विच (वास्तव में, ट्रांजिस्टर-आधारित स्विच का उपयोग किया जाता है) के आधार पर 4-बिट (एन = 4) डिजिटल-से-एनालॉग रूपांतरण दिखाता है। कुंजी की सही स्थिति इनपुट कोड N (बिट्स D0...D3) के इस बिट में से एक से मेल खाती है। परिचालन एम्पलीफायर या तो अंतर्निर्मित (वोल्टेज-आउटपुट डीएसी के मामले में) या बाहरी (वर्तमान-आउटपुट डीएसी के मामले में) हो सकता है।

चावल। 14. 4-बिट डिजिटल-से-एनालॉग रूपांतरण

पहला (चित्र में बाएँ) स्विच मान U REF /2R का करंट स्विच करता है, दूसरा स्विच - करंट U REF /4R, तीसरा - करंट U REF /8R, चौथा - करंट U REF /16R स्विच करता है। अर्थात्, आसन्न कुंजियों द्वारा स्विच की गई धाराएँ आधे से भिन्न होती हैं, जैसे कि बाइनरी कोड के बिट्स का वजन। सभी स्विचों द्वारा स्विच की गई धाराओं को संक्षेप में प्रस्तुत किया जाता है और नकारात्मक फीडबैक सर्किट में प्रतिरोध आर ओएस = आर के साथ एक परिचालन एम्पलीफायर का उपयोग करके आउटपुट वोल्टेज में परिवर्तित किया जाता है।

जब प्रत्येक स्विच सही स्थिति में होता है (डीएसी इनपुट कोड के संबंधित बिट में से एक), तो इस स्विच द्वारा स्विच किया गया करंट सारांश के लिए आपूर्ति किया जाता है। जब स्विच बाईं स्थिति में होता है (डीएसी इनपुट कोड के संबंधित बिट में शून्य), तो इस कुंजी द्वारा स्विच किया गया करंट सारांश के लिए आपूर्ति नहीं किया जाता है।

सभी स्विचों से कुल वर्तमान I O परिचालन एम्पलीफायर के आउटपुट पर एक वोल्टेज बनाता है U O =I O R OS =I OR। अर्थात्, आउटपुट वोल्टेज में पहली कुंजी (कोड का सबसे महत्वपूर्ण बिट) का योगदान U REF /2 है, दूसरा - U REF /4, तीसरा - U REF /8, चौथा - U REF /16 है। . इस प्रकार, इनपुट कोड N = 0000 के साथ, सर्किट का आउटपुट वोल्टेज शून्य होगा, और इनपुट कोड N = 1111 के साथ यह -15U REF /16 के बराबर होगा।

सामान्य तौर पर, आर ओएस = आर पर डीएसी का आउटपुट वोल्टेज एक सरल सूत्र द्वारा इनपुट कोड एन और संदर्भ वोल्टेज यू आरईएफ से संबंधित होगा।

यू आउट = -एन यू रेफरी 2 -एन

जहां n इनपुट कोड के बिट्स की संख्या है। कुछ DAC चिप्स द्विध्रुवी मोड में काम करने की क्षमता प्रदान करते हैं, जिसमें आउटपुट वोल्टेज शून्य से U REF में नहीं, बल्कि -U REF से +U REF में बदलता है। इस स्थिति में, DAC U OUT का आउटपुट सिग्नल 2 से गुणा किया जाता है और मान U REF द्वारा स्थानांतरित किया जाता है। इनपुट कोड N और आउटपुट वोल्टेज U OUT के बीच संबंध इस प्रकार होगा:

यू आउट =यू रेफरी (1-एन 2 1-एन)

एडीसी चिप्सडीएसी के सीधे विपरीत कार्य करते हैं - वे इनपुट एनालॉग सिग्नल को डिजिटल कोड के अनुक्रम में परिवर्तित करते हैं। सामान्य तौर पर, एक एडीसी चिप को एक ब्लॉक के रूप में दर्शाया जा सकता है जिसमें एक एनालॉग इनपुट, एक संदर्भ (संदर्भ) वोल्टेज की आपूर्ति के लिए एक या दो इनपुट होते हैं, साथ ही एनालॉग सिग्नल के वर्तमान मूल्य के अनुरूप कोड जारी करने के लिए डिजिटल आउटपुट होते हैं ( चित्र 15).

अक्सर एडीसी चिप में एक क्लॉक सिग्नल सीएलके, एक सक्षम सिग्नल सीएस और आउटपुट डिजिटल कोड आरडीवाई की तैयारी को इंगित करने वाला एक सिग्नल की आपूर्ति के लिए एक इनपुट भी होता है। माइक्रोक्रिकिट को एक या दो आपूर्ति वोल्टेज और एक सामान्य तार के साथ आपूर्ति की जाती है।

चावल। 15. एडीसी चिप

वर्तमान में, एनालॉग-टू-डिजिटल रूपांतरण के कई अलग-अलग तरीके विकसित किए गए हैं, उदाहरण के लिए, अनुक्रमिक गिनती के तरीके, बिटवाइज़ संतुलन, दोहरा एकीकरण; वोल्टेज से आवृत्ति रूपांतरण, समानांतर रूपांतरण के साथ। सूचीबद्ध विधियों के आधार पर निर्मित कनवर्टर सर्किट में DAC हो भी सकता है और नहीं भी।

योजना सीरियल काउंटिंग एडीसीचित्र 16 में दिखाया गया है, ए। जैसा कि ग्राफ से देखा जा सकता है, इस प्रकार का रूपांतरण समय परिवर्तनशील है और इनपुट एनालॉग सिग्नल पर निर्भर करता है, हालांकि, पूरे डिवाइस का ऑपरेटिंग चक्र स्थिर और बराबर है, जहां टी0- संदर्भ पल्स जनरेटर की अवधि, एन-काउंटर और एडीसी की बिट क्षमता। ऐसे एडीसी के संचालन के लिए सिंक्रनाइज़ेशन की आवश्यकता नहीं होती है, जो नियंत्रण सर्किट के निर्माण को बहुत सरल बनाता है। जिस क्षण से "स्टार्ट" सिग्नल 1/ की आवृत्ति के साथ एडीसी आउटपुट पर आता है टी.पीरूपांतरण परिणाम परिवर्तन के डिजिटल कोड (आवृत्ति 1/ टी.पी- पैरामीटर जो इनपुट सिग्नल की अधिकतम अनुमेय ट्रैकिंग आवृत्ति निर्धारित करता है)।

एडीसी की सबसे महत्वपूर्ण विशेषताएं उनकी सटीकता, गति और लागत हैं। सटीकता एडीसी बिट गहराई से संबंधित है। तथ्य यह है कि एडीसी इनपुट पर एनालॉग सिग्नल आउटपुट पर बाइनरी डिजिटल कोड में बदल जाता है, यानी। एडीसी एक एनालॉग सिग्नल परिमाण मीटर है जो कम से कम महत्वपूर्ण अंक के आधे तक सटीक होता है। इसलिए, मान लीजिए, 8-बिट एडीसी अधिकतम संभव मूल्य से अधिक रूपांतरण सटीकता प्रदान नहीं करता है। 10-बिट ADC इससे अधिक कोई रूपांतरण सटीकता प्रदान नहीं करता है, 14-बिट ADC इससे अधिक कोई सटीकता प्रदान नहीं करता है, और 16-बिट ADC इससे अधिक कोई सटीकता प्रदान नहीं करता है अधिकतम संभव मूल्य से.

एडीसी के प्रदर्शन को एक रूपांतरण करने के लिए आवश्यक समय की अवधि, या समय की प्रति इकाई संभावित रूपांतरणों की संख्या (रूपांतरण आवृत्ति) की विशेषता होती है।

आमतौर पर, ADC की सटीकता (बिट क्षमता) जितनी अधिक होगी, उसका प्रदर्शन उतना ही कम होगा, और सटीकता और प्रदर्शन जितना अधिक होगा, ADC की लागत उतनी ही अधिक होगी। इसलिए, स्मार्ट सेंसर डिजाइन करते समय, इसके मापदंडों का सही ढंग से चयन करना आवश्यक है।

एडीसी अब विभिन्न सर्किट सिद्धांतों के अनुसार बनाए जाते हैं और व्यक्तिगत एकीकृत सर्किट और अधिक जटिल सर्किट की इकाइयों के रूप में उत्पादित होते हैं (उदाहरण के लिए, माइक्रोकंट्रोलर्स).

यह आलेख विभिन्न प्रकार के एडीसी के संचालन सिद्धांत से संबंधित मुख्य मुद्दों पर चर्चा करता है। उसी समय, एनालॉग-टू-डिजिटल रूपांतरण के गणितीय विवरण के संबंध में कुछ महत्वपूर्ण सैद्धांतिक गणनाओं को लेख के दायरे से बाहर छोड़ दिया गया था, लेकिन लिंक प्रदान किए गए हैं जहां इच्छुक पाठक सैद्धांतिक पहलुओं पर अधिक गहराई से विचार कर सकते हैं। एडीसी का संचालन. इस प्रकार, यह लेख उनके संचालन के सैद्धांतिक विश्लेषण की तुलना में एडीसी के संचालन के सामान्य सिद्धांतों को समझने से अधिक चिंतित है।

परिचय

आरंभिक बिंदु के रूप में, आइए एनालॉग-टू-डिजिटल रूपांतरण को परिभाषित करें। एनालॉग-टू-डिजिटल रूपांतरण एक इनपुट भौतिक मात्रा को उसके संख्यात्मक प्रतिनिधित्व में परिवर्तित करने की प्रक्रिया है। एनालॉग-टू-डिजिटल कनवर्टर एक उपकरण है जो ऐसा रूपांतरण करता है। औपचारिक रूप से, एडीसी का इनपुट मान कोई भी भौतिक मात्रा हो सकता है - वोल्टेज, करंट, प्रतिरोध, कैपेसिटेंस, पल्स पुनरावृत्ति दर, शाफ्ट रोटेशन कोण, आदि। हालाँकि, निश्चितता के लिए, एडीसी से हमारा तात्पर्य विशेष रूप से वोल्टेज-टू-कोड कन्वर्टर्स से होगा।

एनालॉग-टू-डिजिटल रूपांतरण की अवधारणा माप की अवधारणा से निकटता से संबंधित है। माप से हमारा तात्पर्य किसी मानक के साथ मापे गए मान की तुलना करने की प्रक्रिया से है; एनालॉग-टू-डिजिटल रूपांतरण के साथ, इनपुट मान की तुलना कुछ संदर्भ मान (आमतौर पर एक संदर्भ वोल्टेज) के साथ की जाती है। इस प्रकार, एनालॉग-टू-डिजिटल रूपांतरण को इनपुट सिग्नल के मूल्य के माप के रूप में माना जा सकता है, और मेट्रोलॉजी की सभी अवधारणाएं, जैसे माप त्रुटियां, इस पर लागू होती हैं।

एडीसी की मुख्य विशेषताएं

एडीसी में कई विशेषताएं हैं, जिनमें से मुख्य हैं रूपांतरण आवृत्ति और बिट गहराई। रूपांतरण आवृत्ति आमतौर पर प्रति सेकंड नमूने (एसपीएस) में व्यक्त की जाती है, और बिट गहराई बिट्स में होती है। आधुनिक एडीसी की बिट चौड़ाई 24 बिट तक और रूपांतरण गति जीएसपीएस इकाइयों तक हो सकती है (बेशक, एक ही समय में नहीं)। गति और बिट क्षमता जितनी अधिक होगी, आवश्यक विशेषताओं को प्राप्त करना उतना ही कठिन होगा, कनवर्टर उतना ही महंगा और जटिल होगा। रूपांतरण गति और बिट गहराई एक दूसरे से एक निश्चित तरीके से संबंधित हैं, और हम गति का त्याग करके प्रभावी रूपांतरण बिट गहराई को बढ़ा सकते हैं।

एडीसी के प्रकार

एडीसी कई प्रकार के होते हैं, लेकिन इस लेख के प्रयोजनों के लिए हम खुद को केवल निम्नलिखित प्रकारों पर विचार करने तक सीमित रखेंगे:

समानांतर रूपांतरण एडीसी (प्रत्यक्ष रूपांतरण, फ्लैश एडीसी)
क्रमिक सन्निकटन एडीसी (एसएआर एडीसी)
डेल्टा-सिग्मा एडीसी (चार्ज-संतुलित एडीसी)

अन्य प्रकार के एडीसी भी हैं, जिनमें पाइपलाइनयुक्त और संयुक्त प्रकार शामिल हैं, जिनमें (आम तौर पर) विभिन्न आर्किटेक्चर वाले कई एडीसी शामिल होते हैं। हालाँकि, ऊपर सूचीबद्ध एडीसी आर्किटेक्चर इस तथ्य के कारण सबसे अधिक प्रतिनिधि हैं कि प्रत्येक आर्किटेक्चर समग्र स्पीड-बिट रेंज में एक विशिष्ट स्थान रखता है।

प्रत्यक्ष (समानांतर) रूपांतरण के एडीसी में उच्चतम गति और सबसे कम बिट गहराई होती है। उदाहरण के लिए, टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स के समानांतर रूपांतरण ADC TLC5540 की गति केवल 8 बिट्स के साथ 40MSPS है। इस प्रकार के एडीसी की रूपांतरण गति 1 जीएसपीएस तक हो सकती है। यहां यह ध्यान दिया जा सकता है कि पाइपलाइनयुक्त एडीसी की गति और भी अधिक है, लेकिन वे कम गति वाले कई एडीसी का संयोजन हैं और उनका विचार इस लेख के दायरे से परे है।

बिट-रेट-स्पीड श्रृंखला में मध्य स्थान पर क्रमिक सन्निकटन ADCs का कब्जा है। विशिष्ट मान 100KSPS-1MSPS की रूपांतरण आवृत्ति के साथ 12-18 बिट हैं।

उच्चतम सटीकता सिग्मा-डेल्टा एडीसी द्वारा प्राप्त की जाती है, जिसमें 24 बिट तक की बिट चौड़ाई और एसपीएस इकाइयों से केएसपीएस इकाइयों तक की गति होती है।

एक अन्य प्रकार का एडीसी जिसका हाल ही में उपयोग पाया गया है वह एकीकृत एडीसी है। एकीकृत एडीसी को अब लगभग पूरी तरह से अन्य प्रकार के एडीसी द्वारा प्रतिस्थापित कर दिया गया है, लेकिन पुराने माप उपकरणों में पाया जा सकता है।

प्रत्यक्ष रूपांतरण एडीसी

प्रत्यक्ष रूपांतरण एडीसी 1960 और 1970 के दशक में व्यापक हो गए, और 1980 के दशक में एकीकृत सर्किट के रूप में उत्पादित किए जाने लगे। इन्हें अक्सर "पाइपलाइन" एडीसी (इस आलेख में चर्चा नहीं की गई) के हिस्से के रूप में उपयोग किया जाता है, और 1 जीएसपीएस तक की गति पर 6-8 बिट्स की क्षमता होती है।

प्रत्यक्ष रूपांतरण ADC आर्किटेक्चर चित्र में दिखाया गया है। 1

चावल। 1. प्रत्यक्ष रूपांतरण एडीसी का ब्लॉक आरेख

एडीसी का संचालन सिद्धांत बेहद सरल है: इनपुट सिग्नल तुलनित्र के सभी "सकारात्मक" इनपुट को एक साथ आपूर्ति की जाती है, और वोल्टेज की एक श्रृंखला "नकारात्मक" को आपूर्ति की जाती है, जो संदर्भ वोल्टेज से प्रतिरोधों के साथ विभाजित करके प्राप्त की जाती है। आर. चित्र में सर्किट के लिए. 1 यह पंक्ति इस प्रकार होगी: (1/16, 3/16, 5/16, 7/16, 9/16, 11/16, 13/16) यूरेफ, जहां यूरेफ एडीसी संदर्भ वोल्टेज है।

ADC इनपुट पर 1/2 Uref के बराबर वोल्टेज लागू होने दें। फिर पहले 4 तुलनित्र काम करेंगे (यदि आप नीचे से गिनती करते हैं), और तार्किक उनके आउटपुट पर दिखाई देंगे। प्राथमिकता एनकोडर लोगों के "कॉलम" से एक बाइनरी कोड बनाएगा, जिसे आउटपुट रजिस्टर में कैप्चर किया जाएगा।

अब ऐसे कनवर्टर के फायदे और नुकसान स्पष्ट हो गए हैं। सभी तुलनित्र समानांतर में काम करते हैं, सर्किट का विलंब समय एक तुलनित्र में विलंब समय और एनकोडर में विलंब समय के बराबर होता है। तुलनित्र और एनकोडर को बहुत तेजी से बनाया जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप पूरे सर्किट का प्रदर्शन बहुत उच्च होता है।

लेकिन एन बिट्स प्राप्त करने के लिए, 2^एन तुलनित्र की आवश्यकता होती है (और एनकोडर की जटिलता भी 2^एन के रूप में बढ़ती है)। चित्र में योजना। 1. इसमें 8 तुलनित्र होते हैं और 3 बिट होते हैं, 8 बिट प्राप्त करने के लिए आपको 256 तुलनित्र की आवश्यकता होती है, 10 बिट के लिए - 1024 तुलनित्र, 24-बिट एडीसी के लिए उन्हें 16 मिलियन से अधिक की आवश्यकता होगी। हालाँकि, तकनीक अभी तक इतनी ऊंचाइयों तक नहीं पहुंची है।

क्रमिक सन्निकटन ADC

एक क्रमिक सन्निकटन रजिस्टर (एसएआर) एनालॉग-टू-डिजिटल कनवर्टर अनुक्रमिक "वेटिंग" की एक श्रृंखला का प्रदर्शन करके इनपुट सिग्नल के परिमाण को मापता है, अर्थात, उत्पन्न मूल्यों की एक श्रृंखला के साथ इनपुट वोल्टेज मान की तुलना इस प्रकार है:

1. पहले चरण में, अंतर्निहित डिजिटल-टू-एनालॉग कनवर्टर का आउटपुट 1/2Uref के बराबर मान पर सेट किया गया है (इसके बाद हम मानते हैं कि सिग्नल अंतराल (0 - Uref) में है।

2. यदि सिग्नल इस मान से अधिक है, तो इसकी तुलना शेष अंतराल के मध्य में स्थित वोल्टेज से की जाती है, अर्थात, इस मामले में, 3/4Uref। यदि सिग्नल निर्धारित स्तर से कम है, तो अगली तुलना शेष अंतराल के आधे से भी कम (अर्थात् 1/4Uref के स्तर के साथ) के साथ की जाएगी।

3. चरण 2 को N बार दोहराया जाता है। इस प्रकार, एन तुलना ("वेटिंग") परिणाम के एन बिट उत्पन्न करती है।

चावल। 2. क्रमिक सन्निकटन एडीसी का ब्लॉक आरेख।

इस प्रकार, क्रमिक सन्निकटन ADC में निम्नलिखित नोड होते हैं:

1. तुलनित्र. यह इनपुट मान और "वेटिंग" वोल्टेज के वर्तमान मान की तुलना करता है (चित्र 2 में, एक त्रिकोण द्वारा दर्शाया गया है)।

2. डिजिटल से एनालॉग कनवर्टर (डीएसी)। यह इनपुट पर प्राप्त डिजिटल कोड के आधार पर एक वोल्टेज "वजन" उत्पन्न करता है।

3. क्रमिक सन्निकटन रजिस्टर (एसएआर)। यह एक क्रमिक सन्निकटन एल्गोरिदम लागू करता है, जो डीएसी इनपुट को खिलाए गए कोड का वर्तमान मूल्य उत्पन्न करता है। संपूर्ण एडीसी वास्तुकला का नाम इसके नाम पर रखा गया है।

4. सैंपल/होल्ड स्कीम (सैंपल/होल्ड, एस/एच)। इस एडीसी के संचालन के लिए, यह मौलिक रूप से महत्वपूर्ण है कि इनपुट वोल्टेज पूरे रूपांतरण चक्र के दौरान स्थिर रहे। हालाँकि, "वास्तविक" संकेत समय के साथ बदलते रहते हैं। सैंपल-एंड-होल्ड सर्किट एनालॉग सिग्नल के वर्तमान मूल्य को "याद रखता है" और डिवाइस के पूरे ऑपरेटिंग चक्र के दौरान इसे अपरिवर्तित रखता है।

डिवाइस का लाभ अपेक्षाकृत उच्च रूपांतरण गति है: एन-बिट एडीसी का रूपांतरण समय एन घड़ी चक्र है। रूपांतरण सटीकता आंतरिक DAC की सटीकता द्वारा सीमित है और 16-18 बिट्स हो सकती है (24-बिट SAR ADCs अब दिखाई देने लगे हैं, उदाहरण के लिए, AD7766 और AD7767)।

डेल्टा-सिग्मा एडीसी

अंत में, एडीसी का सबसे दिलचस्प प्रकार सिग्मा-डेल्टा एडीसी है, जिसे कभी-कभी साहित्य में चार्ज-संतुलित एडीसी कहा जाता है। सिग्मा-डेल्टा एडीसी का ब्लॉक आरेख चित्र में दिखाया गया है। 3.

चित्र 3. सिग्मा-डेल्टा एडीसी का ब्लॉक आरेख।

इस ADC का संचालन सिद्धांत अन्य प्रकार के ADC की तुलना में कुछ अधिक जटिल है। इसका सार यह है कि इनपुट वोल्टेज की तुलना इंटीग्रेटर द्वारा संचित वोल्टेज मान से की जाती है। तुलना के परिणाम के आधार पर, सकारात्मक या नकारात्मक ध्रुवता की दालों को इंटीग्रेटर इनपुट पर आपूर्ति की जाती है। इस प्रकार, यह एडीसी एक सरल ट्रैकिंग प्रणाली है: इंटीग्रेटर आउटपुट पर वोल्टेज इनपुट वोल्टेज को "ट्रैक" करता है (चित्र 4)। इस सर्किट का परिणाम तुलनित्र के आउटपुट पर शून्य और एक की एक धारा है, जिसे फिर एक डिजिटल लो-पास फिल्टर के माध्यम से पारित किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप एन-बिट परिणाम प्राप्त होता है। चित्र में एलपीएफ। 3. "डेसीमेटर" के साथ संयुक्त, एक उपकरण जो रीडिंग की आवृत्ति को "डिसीमेट" करके कम कर देता है।

चावल। 4. सिग्मा-डेल्टा एडीसी एक ट्रैकिंग प्रणाली के रूप में

प्रस्तुति की कठोरता के लिए, यह कहा जाना चाहिए कि चित्र में। चित्र 3 प्रथम क्रम सिग्मा-डेल्टा एडीसी का ब्लॉक आरेख दिखाता है। दूसरे क्रम के सिग्मा-डेल्टा एडीसी में दो इंटीग्रेटर्स और दो फीडबैक लूप हैं, लेकिन यहां चर्चा नहीं की जाएगी। इस विषय में रुचि रखने वाले लोग इसका उल्लेख कर सकते हैं।

चित्र में. चित्र 5 ADC में शून्य इनपुट स्तर (ऊपर) और Vref/2 स्तर (नीचे) पर सिग्नल दिखाता है।

चावल। 5. विभिन्न इनपुट सिग्नल स्तरों पर एडीसी में सिग्नल।

अब, जटिल गणितीय विश्लेषण में पड़े बिना, आइए यह समझने की कोशिश करें कि सिग्मा-डेल्टा एडीसी में शोर स्तर बहुत कम क्यों है।

आइए चित्र में दिखाए गए सिग्मा-डेल्टा मॉड्यूलेटर के ब्लॉक आरेख पर विचार करें। 3, और इसे इस रूप में प्रस्तुत करें (चित्र 6):

चावल। 6. सिग्मा-डेल्टा मॉड्यूलेटर का ब्लॉक आरेख

यहां तुलनित्र को एक योजक के रूप में दर्शाया गया है जो निरंतर वांछित संकेत और परिमाणीकरण शोर जोड़ता है।

मान लीजिए इंटीग्रेटर के पास ट्रांसफर फ़ंक्शन 1/s है। फिर, उपयोगी सिग्नल को X(s), सिग्मा-डेल्टा मॉड्यूलेटर के आउटपुट को Y(s) के रूप में और परिमाणीकरण शोर को E(s) के रूप में प्रस्तुत करते हुए, हम ADC ट्रांसफर फ़ंक्शन प्राप्त करते हैं:

Y(s) = X(s)/(s+1) + E(s)s/(s+1)

यानी, वास्तव में, सिग्मा-डेल्टा मॉड्यूलेटर उपयोगी सिग्नल के लिए एक कम-पास फ़िल्टर (1/(s+1)) है, और शोर के लिए एक उच्च-पास फ़िल्टर (s/(s+1)) है, दोनों समान कटऑफ़ आवृत्ति वाले फ़िल्टर। स्पेक्ट्रम के उच्च-आवृत्ति क्षेत्र में केंद्रित शोर को डिजिटल लो-पास फिल्टर द्वारा आसानी से हटा दिया जाता है, जो मॉड्यूलेटर के बाद स्थित होता है।

चावल। 7. स्पेक्ट्रम के उच्च-आवृत्ति भाग में शोर के "विस्थापन" की घटना

हालाँकि, यह समझा जाना चाहिए कि यह सिग्मा-डेल्टा एडीसी में शोर को आकार देने की घटना की एक अत्यंत सरल व्याख्या है।

तो, सिग्मा-डेल्टा एडीसी का मुख्य लाभ इसकी उच्च सटीकता है, जो इसके स्वयं के शोर के बेहद कम स्तर के कारण है। हालाँकि, उच्च सटीकता प्राप्त करने के लिए, यह आवश्यक है कि डिजिटल फ़िल्टर की कटऑफ आवृत्ति यथासंभव कम हो, सिग्मा-डेल्टा मॉड्यूलेटर की ऑपरेटिंग आवृत्ति से कई गुना कम हो। इसलिए, सिग्मा-डेल्टा एडीसी की रूपांतरण गति कम है।

उनका उपयोग ऑडियो इंजीनियरिंग में किया जा सकता है, लेकिन उनका मुख्य उपयोग औद्योगिक स्वचालन में सेंसर संकेतों को परिवर्तित करने, उपकरणों को मापने और अन्य अनुप्रयोगों में जहां उच्च सटीकता की आवश्यकता होती है। लेकिन उच्च गति की आवश्यकता नहीं है.

थोड़ा इतिहास

इतिहास में एडीसी का सबसे पुराना उल्लेख संभवतः पॉल एम. रेनी पेटेंट, "फ़ेसिमाइल टेलीग्राफ सिस्टम," यू.एस. है। पेटेंट 1,608,527, 20 जुलाई 1921 को दायर किया गया, 30 नवंबर 1926 को जारी किया गया। पेटेंट में दर्शाया गया उपकरण वास्तव में 5-बिट प्रत्यक्ष रूपांतरण एडीसी है।

चावल। 8. एडीसी के लिए पहला पेटेंट

चावल। 9. प्रत्यक्ष रूपांतरण एडीसी (1975)

चित्र में दिखाया गया उपकरण कंप्यूटर लैब्स द्वारा निर्मित एक प्रत्यक्ष रूपांतरण ADC MOD-4100 है, जिसे 1975 में निर्मित किया गया था, जिसे अलग-अलग तुलनित्रों का उपयोग करके इकट्ठा किया गया था। 16 तुलनित्र हैं (वे प्रत्येक तुलनित्र के लिए सिग्नल प्रसार विलंब को बराबर करने के लिए अर्धवृत्त में स्थित हैं), इसलिए, एडीसी की चौड़ाई केवल 4 बिट है। रूपांतरण गति 100 एमएसपीएस, बिजली की खपत 14 वाट।

निम्नलिखित आंकड़ा प्रत्यक्ष रूपांतरण एडीसी का एक उन्नत संस्करण दिखाता है।

चावल। 10. प्रत्यक्ष रूपांतरण एडीसी (1970)

कंप्यूटर लैब्स द्वारा निर्मित 1970 वीएचएस-630 में 64 तुलनित्र थे, यह 6-बिट, 30एमएसपीएस था और 100 वाट की खपत करता था (1975 संस्करण वीएचएस-675 में 75 एमएसपीएस था और 130 वाट की खपत करता था)।

साहित्य

डब्ल्यू. केस्टर. एडीसी आर्किटेक्चर I: फ्लैश कन्वर्टर। एनालॉग डिवाइस, MT-020 ट्यूटोरियल।

एपीसी- यह एकर सीडिजिटल पीकनवर्टर अंग्रेजी में एडीसी (एकर-से- डीडिजिटल सीइन्वर्टर)। यानी एक खास डिवाइस जो इसे डिजिटल में बदल देती है.

ADC का उपयोग डिजिटल तकनीक में किया जाता है। विशेष रूप से, लगभग सभी आधुनिक लोगों में एक अंतर्निहित एडीसी होता है।

जैसा कि आप शायद पहले से ही जानते हैं, माइक्रोप्रोसेसर (कंप्यूटर प्रोसेसर की तरह) बाइनरी संख्याओं से ज्यादा कुछ नहीं समझते हैं। इसका मतलब यह है कि माइक्रोप्रोसेसर (जो किसी भी माइक्रोकंट्रोलर का आधार है) सीधे एनालॉग सिग्नल को प्रोसेस नहीं कर सकता है।

एक माइक्रोकंट्रोलर का ADC आम तौर पर केवल 0 से माइक्रोकंट्रोलर की आपूर्ति वोल्टेज की सीमा में वोल्टेज को मापता है।

एडीसी विशेषताएँ

अलग-अलग विशेषताओं वाले अलग-अलग एडीसी हैं। मुख्य विशेषता बिट गहराई है. हालाँकि, अन्य भी हैं। उदाहरण के लिए, एनालॉग सिग्नल का प्रकार जिसे ADC इनपुट से जोड़ा जा सकता है।

इन सभी विशेषताओं को एडीसी के लिए दस्तावेज़ में वर्णित किया गया है (यदि इसे एक अलग चिप के रूप में डिज़ाइन किया गया है) या माइक्रोकंट्रोलर के लिए दस्तावेज़ में (यदि एडीसी को माइक्रोकंट्रोलर में बनाया गया है)।

बिट क्षमता के अलावा, जिस पर हम पहले ही चर्चा कर चुके हैं, हम कई और बुनियादी विशेषताओं का नाम दे सकते हैं।

न्यूनतम महत्वपूर्ण बिट (एलएसबी). यह सबसे छोटा इनपुट वोल्टेज है जिसे ADC द्वारा मापा जा सकता है। सूत्र द्वारा निर्धारित:

1 एलएसबी = यूओपी / 2 आर

जहां यूओपी संदर्भ वोल्टेज है (एडीसी विनिर्देशों में दर्शाया गया है)। उदाहरण के लिए, 1 वी के संदर्भ वोल्टेज और 8 बिट की बिट चौड़ाई के साथ, हमें मिलता है:

1 एलएसबी = 1/2 8 = 1/256 = 0.004 वी

इंटीग्रल नॉन-लीनियरिटी - एडीसी आउटपुट कोड की इंटीग्रल नॉन-लीनियरिटी. यह स्पष्ट है कि कोई भी परिवर्तन विकृतियाँ लाता है। और यह विशेषता आउटपुट मान की गैर-रैखिकता निर्धारित करती है, अर्थात आदर्श रैखिक मान से ADC आउटपुट मान का विचलन। यह विशेषता एलएसबी में मापी जाती है।

दूसरे शब्दों में, यह विशेषता निर्धारित करती है कि आउटपुट सिग्नल ग्राफ़ पर एक रेखा कितनी "वक्र" हो सकती है, जो आदर्श रूप से सीधी होनी चाहिए (आंकड़ा देखें)।

पूर्ण परिशुद्धता. एलएसबी में भी मापा गया। दूसरे शब्दों में, यह माप त्रुटि है. उदाहरण के लिए, यदि यह विशेषता +/- 2 एलएसबी है, और एलएसबी = 0.05 वी है, तो इसका मतलब है कि माप त्रुटि +/- 2 * 0.05 = +/- 0.1 वी तक पहुंच सकती है।

एडीसी में अन्य विशेषताएं भी हैं। लेकिन शुरुआत करने वालों के लिए, यह पर्याप्त से अधिक है।

एडीसी कनेक्शन

मैं आपको याद दिला दूं कि मूल रूप से दो प्रकार होते हैं: करंट और वोल्टेज। इसके अलावा, सिग्नल में मानों की एक मानक श्रेणी और एक गैर-मानक श्रेणी हो सकती है। एनालॉग सिग्नल मानों की मानक श्रेणियां GOSTs में वर्णित हैं (उदाहरण के लिए, GOST 26.011-80 और GOST R 51841-2001)। लेकिन, यदि आपका डिवाइस किसी प्रकार के होममेड सेंसर का उपयोग करता है, तो सिग्नल मानक से भिन्न हो सकता है (हालांकि मैं आपको किसी भी मामले में कुछ मानक सिग्नल चुनने की सलाह देता हूं - मानक सेंसर और अन्य उपकरणों के साथ संगतता के लिए)।

एडीसी मुख्य रूप से वोल्टेज मापते हैं।

मैं (सामान्य शब्दों में) इस बारे में बात करने की कोशिश करूंगा कि एनालॉग सेंसर को एडीसी से कैसे जोड़ा जाए और फिर एडीसी द्वारा उत्पादित मूल्यों को कैसे समझा जाए।

तो, मान लीजिए कि हम 0...1V के मानक आउटपुट के साथ एक विशेष सेंसर का उपयोग करके -40...+50 डिग्री की सीमा में तापमान मापना चाहते हैं। मान लीजिए कि हमारे पास एक सेंसर है जो -50...+150 डिग्री की सीमा में तापमान माप सकता है।

यदि तापमान सेंसर का मानक आउटपुट है, तो, एक नियम के रूप में, सेंसर आउटपुट पर वोल्टेज (या करंट) रैखिक रूप से भिन्न होता है। यानी हम आसानी से यह निर्धारित कर सकते हैं कि किसी दिए गए तापमान पर सेंसर के आउटपुट पर कौन सा वोल्टेज होगा।

रैखिक कानून क्या है? ऐसा तब होता है जब ग्राफ़ पर मानों की सीमा एक सीधी रेखा की तरह दिखती है (चित्र देखें)। यह जानते हुए कि -50 से +150 तक का तापमान सेंसर के आउटपुट पर एक वोल्टेज देता है जो एक रैखिक कानून के अनुसार बदलता रहता है, जैसा कि मैंने पहले ही कहा, हम किसी दिए गए रेंज में किसी भी तापमान मान के लिए इस वोल्टेज की गणना कर सकते हैं।

सामान्य तौर पर, हमारे मामले में तापमान रेंज को वोल्टेज रेंज में बदलने के लिए, हमें किसी तरह दो पैमानों की तुलना करने की आवश्यकता होती है, जिनमें से एक तापमान रेंज है, और दूसरा वोल्टेज रेंज है।

आप ग्राफ़ का उपयोग करके तापमान द्वारा वोल्टेज निर्धारित कर सकते हैं (ऊपर चित्र देखें)। लेकिन माइक्रोकंट्रोलर में आंखें नहीं होती हैं (हालांकि, निश्चित रूप से, आप मजा ले सकते हैं और माइक्रोकंट्रोलर पर एक उपकरण बना सकते हैं जो छवियों को पहचान सकता है और ग्राफ़ पर वोल्टेज से तापमान मान निर्धारित कर सकता है, लेकिन आइए इस मनोरंजन को रोबोटिक्स के प्रशंसकों के लिए छोड़ दें )))

सबसे पहले, हम तापमान सीमा निर्धारित करते हैं। हमारे पास यह -50 से 150 तक है, यानी 201 डिग्री (शून्य के बारे में मत भूलना)।

और मापी गई वोल्टेज की सीमा 0 से 1 V तक होती है।

अर्थात्, हमें 0 से 200 (कुल 201) की सीमा को 0 से 1 के पैमाने में निचोड़ने की आवश्यकता है।

रूपांतरण कारक ढूँढना:

के = यू / टीडी = 1/200 = 0.005 (1)

यानी, जब तापमान 1 डिग्री बदलता है, तो सेंसर आउटपुट पर वोल्टेज 0.005 V बदल जाएगा। यहां Td तापमान सीमा है। तापमान मान नहीं, बल्कि वोल्टेज स्केल की तुलना में तापमान पैमाने पर माप की इकाइयों (हमारे मामले में, डिग्री) की संख्या (हम सरलता के लिए शून्य को ध्यान में नहीं रखते हैं, क्योंकि वोल्टेज रेंज में भी एक शून्य होता है) ).

हम उस माइक्रोकंट्रोलर के एडीसी की विशेषताओं की जांच करते हैं जिसे हम उपयोग करने की योजना बनाते हैं। एलएसबी मान K से अधिक नहीं होना चाहिए (हमारे मामले में 0.005 से अधिक, अधिक सटीक रूप से, यह स्वीकार्य है यदि आप माप की 1 इकाई से अधिक की त्रुटि से संतुष्ट हैं - हमारे मामले में 1 डिग्री से अधिक)।

अनिवार्य रूप से, K वोल्ट प्रति डिग्री है, यानी, इस तरह हमने पता लगाया कि तापमान में 1 डिग्री परिवर्तन होने पर वोल्टेज किस मान से बदलता है।

अब हमारे पास माइक्रोकंट्रोलर प्रोग्राम में एडीसी आउटपुट मान को तापमान मान में बदलने के लिए सभी आवश्यक डेटा हैं।

हमें याद है कि हमने तापमान सीमा को 50 डिग्री तक स्थानांतरित कर दिया था। एडीसी आउटपुट मान को तापमान में परिवर्तित करते समय इसे ध्यान में रखा जाना चाहिए।

और सूत्र इस प्रकार होगा:

टी = (यू/के) - 50 (2)

उदाहरण के लिए, यदि ADC आउटपुट 0.5 V है, तो

टी = (यू / के) - 50 = (0.5 / 0.005) - 50 = 100 - 50 = 50 डिग्री

अब हमें विसंगति, यानी वांछित माप सटीकता निर्धारित करने की आवश्यकता है।

जैसा कि आपको याद है, पूर्ण त्रुटि कई एलएसबी हो सकती है। इसके अलावा, गैर-रेखीय विकृतियाँ भी हैं, जो आमतौर पर 0.5 एलएसबी के बराबर होती हैं। यानी एडीसी की कुल त्रुटि 2-3 एलएसबी तक पहुंच सकती है।

हमारे मामले में यह है:

अप = 3 एलएसबी * 0.005 = 0.015 वी

या 3 डिग्री.

यदि आपके मामले में सब कुछ इतना सहज नहीं है, तो हम फिर से (1) से प्राप्त सूत्र का उपयोग करते हैं:

टीडी = ऊपर / के = 0.015 / 0.005 = 3

यदि 3 डिग्री की त्रुटि आपको सूट करती है, तो आपको कुछ भी बदलने की ज़रूरत नहीं है। खैर, यदि नहीं, तो आपको उच्च बिट क्षमता वाले एडीसी का चयन करना होगा या कोई अन्य सेंसर ढूंढना होगा (एक अलग तापमान सीमा के साथ या एक अलग आउटपुट वोल्टेज के साथ)।

उदाहरण के लिए, यदि आप -40...+50 की रेंज वाला एक सेंसर ढूंढने में कामयाब होते हैं, जैसा कि हम चाहते थे, और समान आउटपुट 0...1V के साथ, तो

के = 1/90 = 0.01

तब पूर्ण त्रुटि होगी:

टीडी = ऊपर / के = 0.015 / 0.01 = 1.5 डिग्री।

यह पहले से ही कमोबेश स्वीकार्य है। ठीक है, यदि आपके पास 0...5V के आउटपुट वाला सेंसर है (यह भी एक मानक सिग्नल है), तो

के = 5/90 = 0.05

और पूर्ण त्रुटि होगी:

टीडी = ऊपर / के = 0.015 / 0.05 = 0.3 डिग्री।

ये तो कुछ भी नहीं है.

लेकिन! याद रखें कि हम यहां केवल ADC त्रुटि को देख रहे हैं। लेकिन सेंसर में भी एक त्रुटि है जिसे भी ध्यान में रखा जाना चाहिए।

लेकिन यह सब पहले से ही इलेक्ट्रॉनिक्स और मेट्रोलॉजी के क्षेत्र से है, इसलिए मैं इस लेख को यहीं समाप्त करूंगा।

और अंत में, बस मामले में, मैं तापमान को वापस वोल्टेज में परिवर्तित करने का सूत्र दूंगा:

यू = के * (टीवी + 50) = 0.005 * (150 + 50) = 1

पी.एस.मैंने यह लेख दिन भर की कड़ी मेहनत के बाद लिखा है, इसलिए अगर मुझसे कहीं कोई गलती हुई हो, तो मैं क्षमा चाहता हूँ)))