Analogno-digitalni pretvarač - namjena, podjela i princip rada

Elektronički uređaj koji se naziva analogno-digitalni pretvarač (ADC) koristi se za pretvaranje analognog signala u digitalni signal (u čitljivom nizu tipa binarnog koda). U procesu pretvaranja analognog signala u digitalni provode se: uzorkovanje, kvantizacija i kodiranje.

Uzorkovanje se podrazumijeva kao uzimanje uzoraka iz vremenski kontinuiranog analognog signala pojedinačnih (diskretnih) vrijednosti koje padaju u trenucima vremena povezanim s određenim intervalima i trajanjima signala sata koji slijede jedan za drugim.

Kvantizacija uključuje zaokruživanje vrijednosti analognog signala odabranog tijekom uzorkovanja na najbližu kvantizacijsku razinu, a kvantizacijske razine imaju svoj redni broj, a te se razine međusobno razlikuju za fiksnu delta vrijednost, što nije ništa drugo nego korak kvantizacije.

Strogo govoreći, uzorkovanje je proces predstavljanja kontinuirane funkcije kao niza diskretnih vrijednosti, a kvantizacija je podjela signala (vrijednosti) na razine. Što se tiče kodiranja, ovdje se kodiranje podrazumijeva kao usporedba elemenata dobivenih kao rezultat kvantizacije s unaprijed određenom kombinacijom kodova.

Postoje mnoge metode pretvaranja napona u kod. Osim toga, svaka od metoda ima individualne karakteristike: točnost, brzinu, složenost. Prema vrsti metode pretvorbe, ADC se dijele na tri

• paralelno

• dosljedan,

• serijsko-paralelni.

Za svaku metodu, proces transformacije signala tijekom vremena odvija se na svoj način, otuda i naziv. Razlike leže u tome kako se izvode kvantizacija i kodiranje: serijski, paralelni ili serijsko-paralelni postupak za aproksimaciju digitalnog rezultata pretvorenom signalu.

Dijagram paralelnog analogno-digitalnog pretvarača prikazan je na slici. Paralelni ADC su najbrži analogno-digitalni pretvarači.

Broj elektroničkih usporednih uređaja (ukupan broj DA komparatora) odgovara kapacitetu ADC-a: tri komparatora dovoljna su za dva bita, sedam za tri, 15 za četiri itd. Otpornički djelitelj napona dizajniran je za postavljanje raspona konstantnih referentnih napona.

Ulazni napon (vrijednost ovog ulaznog napona se ovdje mjeri) se istovremeno primjenjuje na ulaze svih komparatora i uspoređuje sa svim referentnim naponima onih koje ovaj otpornički djelitelj omogućuje.

Oni komparatori čiji se neinvertirajući ulazi napajaju naponom većim od referentnog (primijenjenog razdjelnikom na invertirajući ulaz) dat će logičku jedinicu na izlazu, a ostali (gdje je ulazni napon manji od referentnog ili jednak nula) volja dala nulu.

Zatim se spaja koder čija je zadaća pretvoriti kombinaciju jedinica i nula u standardni, adekvatno razumljiv binarni kod.

ADC sklopovi za serijsku pretvorbu manje su brzi od paralelnih pretvaračkih sklopova, ali imaju jednostavniji elementarni dizajn. Koristi komparator, I logiku, sat, brojač i digitalno-analogni pretvarač.

Slika prikazuje dijagram takvog ADC-a. Na primjer, dok je izmjereni napon primijenjen na ulaz kruga komparatora viši od signala rampe drugog ulaza (referenca), brojač broji impulse generatora takta. Ispada da je izmjereni napon proporcionalan broju izbrojanih impulsa.

Postoje i serijsko-paralelni ADC-ovi, kod kojih je proces pretvorbe analognog signala u digitalni signal prostorno odvojen, pa ispada da se maksimalna brzina kompromisa postiže uz minimalnu složenost.