- Què és un ADC d'aproximació successiva?
- Funcionament d'aproximació successiva ADC
- Temps de conversió, velocitat i resolució d'aproximació successiva ADC
- Avantatges i desavantatges de l'aproximació successiva ADC
- Aplicacions de SAR ADC
Un convertidor analògic a digital (ADC) és un tipus de dispositiu que ens ajuda a processar les dades caòtiques del món real des d’un punt de vista digital. Per entendre dades del món real com la temperatura, la humitat, la pressió, la posició, necessitem transductors, tots aquests mesuren certs paràmetres i ens retornen un senyal elèctric en forma de tensió i corrent. Com que la majoria dels nostres dispositius actuals són digitals, es fa necessari convertir aquests senyals en senyals digitals. Aquí és on entra l’ADC, tot i que hi ha molts tipus diferents d’ADC, però en aquest article parlarem d’un dels tipus d’ADC més utilitzats que es coneixen com l’ ADC d’aproximació successiva.. En un primer article, parlàvem de la base de l’ADC amb l’ajut d’Arduino, podeu comprovar-ho si sou nou en electrònica i voleu obtenir més informació sobre l’ADC.
Què és un ADC d'aproximació successiva?
L’ ADC d’aproximació successiva és l’ADC que s’elabora per a aplicacions de baixa i mitjana resolució, la resolució dels ADC SAR oscil·la entre els 8 i els 18 bits, amb velocitats de mostreig de fins a 5 mega-mostres per segon (Msps). A més, es pot construir amb un factor de forma reduït i amb un baix consum d’energia, motiu pel qual aquest tipus d’ADC s’utilitza per a instruments portàtils amb bateria.
Com el seu nom indica, aquest ADC aplica un algorisme de cerca binària per convertir els valors, motiu pel qual els circuits interns poden funcionar a diversos MHZ, però la freqüència de mostreig real és molt menor a causa de l' algorisme d'aproximació successiva. En tractarem més informació més endavant en aquest article.
Funcionament d'aproximació successiva ADC
La imatge de la portada mostra el circuit ADC d’aproximació bàsica successiva. Però per entendre una mica millor el principi de funcionament, en farem servir una versió de 4 bits. La imatge següent mostra exactament això.
Com podeu veure, aquest ADC consta d’un comparador, un convertidor digital a analògic i un registre d’aproximació successiu juntament amb el circuit de control. Ara, sempre que s’inicia una nova conversa, el circuit de mostra i retenció mostra el senyal d’entrada. I aquest senyal es compara amb el senyal de sortida específic del DAC.
Ara diguem que el senyal d’entrada mostrat és de 5,8 V. La referència de l'ADC és de 10 V. Quan s'inicia la conversió, el registre d'aproximació successiu estableix el bit més significatiu a 1 i la resta de bits a zero. Això significa que el valor es converteix en 1, 0, 0, 0, el que significa que, per a una tensió de referència de 10 V, el DAC produirà un valor de 5 V que és la meitat de la tensió de referència. Ara es compararà aquesta tensió amb la tensió d’entrada i, en funció de la sortida del comparador, es canviarà la sortida del registre d’aproximació successiu. La imatge següent ho aclarirà més. A més, podeu consultar una taula de referència genèrica per obtenir més informació sobre DAC. Anteriorment hem realitzat molts projectes sobre ADC i DAC. Podeu consultar-los per obtenir més informació.
Això vol dir que si el Vin és més gran que la sortida del DAC, el bit més significatiu es mantindrà tal com és i el bit següent es configurarà per a una nova comparació. En cas contrari, si la tensió d’entrada és inferior al valor DAC, el bit més significatiu s’establirà a zero i el bit següent s’establirà a 1 per a una nova comparació. Ara, si veieu la imatge següent, la tensió DAC és de 5V i, com que és inferior a la tensió d’entrada, el bit següent abans del bit més significatiu es posarà a un i els altres bits es posaran a zero, aquest procés continuarà fins que el valor més proper al voltatge d'entrada assolit.
Així és com la successiva aproximació ADC canvia 1 bit alhora per determinar la tensió d'entrada i produir el valor de sortida. I sigui quin sigui el valor en quatre iteracions, obtindrem el codi digital de sortida del valor d’entrada. Finalment, a continuació es mostra una llista de totes les combinacions possibles per a un ADC d'aproximació successiva de quatre bits.
Temps de conversió, velocitat i resolució d'aproximació successiva ADC
Temps de conversió:
En general, podem dir que per a un ADC de N bits, trigarà N cicles de rellotge, el que significa que el temps de conversió d’aquest ADC esdevindrà-
Tc = N x Tclk
* Tc és l'abreviació de Temps de conversió.
I, a diferència d'altres ADC, el temps de conversió d'aquest ADC és independent de la tensió d'entrada.
Com que fem servir un ADC de 4 bits, per evitar efectes d’aliasing, hem de prendre una mostra després de 4 pulsacions de rellotge consecutives.
Velocitat de conversió:
La velocitat de conversió típica d’aquest tipus d’ADC és d’entre 2 i 5 megapreses per segon (MSPS), però n’hi ha poques que en puguin arribar fins a 10 (MSPS). Un exemple seria LTC2378 de Linear Technologies.
Resolució:
La resolució d’aquest tipus d’ADC pot oscil·lar entre els 8 i els 16 bits, però alguns tipus poden arribar als 20 bits, un exemple pot ser l’ADS8900B de Analog Devices.
Avantatges i desavantatges de l'aproximació successiva ADC
Aquest tipus d’ADC té molts avantatges respecte d’altres. Té una alta precisió i un baix consum d’energia, mentre que és fàcil d’utilitzar i té un temps de latència baix. El temps de latència és el temps del començament de l'adquisició del senyal i el temps en què les dades estan disponibles per obtenir de l'ADC, normalment aquest temps de latència es defineix en segons. Però també alguns fulls de dades es refereixen a aquest paràmetre com a cicles de conversió, en un ADC concret si les dades estan disponibles per obtenir-les dins d’un cicle de conversió, podem dir que té una latència d’un cicle de conversa. I si les dades estan disponibles després de N cicles, podem dir que té una latència d’un cicle de conversió. Un desavantatge important de SAR ADC és la seva complexitat de disseny i cost de producció.
Aplicacions de SAR ADC
Com que es tracta d’un ADC més utilitzat, s’utilitza per a moltes aplicacions com ara usos en dispositius biomèdics que es poden implantar al pacient, aquest tipus d’ADC s’utilitzen perquè consumeix molt menys energia. A més, molts rellotges intel·ligents i sensors utilitzaven aquest tipus d’ADC.
En resum, podem dir que els avantatges principals d’aquest tipus d’ADC són el baix consum d’energia, l’alta resolució, el petit factor de forma i la precisió. Aquest tipus de caràcter el fa adequat per a sistemes integrats. La principal limitació pot ser la seva baixa freqüència de mostreig i les parts necessàries per construir aquest ADC, que és un DAC, i un comparador, tots dos haurien de treballar amb molta precisió per obtenir un resultat precís.