Analoog-digitaalmuundur - eesmärk, klassifikatsioon ja tööpõhimõte

Analoogsignaali digitaalsignaaliks teisendamiseks (loetava kahendkoodi tüüpi jadana) kasutatakse elektroonilist seadet, mida nimetatakse analoog-digitaalmuunduriks (ADC). Analoogsignaali digitaalseks teisendamise protsessis rakendatakse järgmist: diskreetimine, kvantimine ja kodeerimine.

Diskreetmise all mõeldakse proovide võtmist ajaliselt pidevast analoogsignaalist üksikutest (diskreetsetest) väärtustest, mis langevad ajahetkedel, mis on seotud üksteisele järgnevate kellasignaalide teatud intervallide ja kestusega.

Kvantimine hõlmab diskreetimise käigus valitud analoogsignaali väärtuse ümardamist lähima kvantimistasemeni ning kvantimistasemetel on oma järjenumber ning need tasemed erinevad üksteisest fikseeritud delta väärtuse võrra, mis pole midagi muud kui kvantimise samm.

Rangelt võttes on diskreetimine protsess, mille käigus esitatakse pidev funktsioon diskreetsete väärtuste jaana, ja kvantimine on signaali (väärtuste) jagamine tasemeteks. Mis puudutab kodeerimist, siis siin mõistetakse kodeerimise all kvantiseerimise tulemusena saadud elementide võrdlemist etteantud koodide kombinatsiooniga.

Pinge koodiks teisendamiseks on palju meetodeid. Lisaks on igal meetodil individuaalsed omadused: täpsus, kiirus, keerukus. Konversioonimeetodi tüübi järgi liigitatakse ADC-d kolmeks

• Paralleelselt

• järjekindel,

• jada-paralleel.

Iga meetodi puhul kulgeb signaali ajas teisendamise protsess omal moel, sellest ka nimi. Erinevused seisnevad selles, kuidas kvantiseerimine ja kodeerimine toimub: jada-, paralleel- või jadaparalleelprotseduur digitaalse tulemuse lähendamiseks konverteeritud signaalile.

Paralleelse analoog-digitaalmuunduri skeem on näidatud joonisel. Paralleel-ADC-d on kiireimad analoog-digitaalmuundurid.

Elektrooniliste võrdlusseadmete arv (DA komparaatorite koguarv) vastab ADC võimsusele: kolmest komparaatorist piisab kahe biti jaoks, seitsmest kolmele, 15-st neljale jne. Takisti pingejagur on ette nähtud konstantse võrdluspinge vahemiku seadistamiseks.

Sisendpinge (siin mõõdetakse selle sisendpinge väärtus) rakendatakse samaaegselt kõigi komparaatorite sisenditele ja võrreldakse nende kõigi võrdluspingetega, mida see takistusjagur võimaldab saada.

Need komparaatorid, mille mitteinverteerivaid sisendeid toidetakse võrdlusväärtusest suurema pingega (mida jagaja rakendab inverteerivale sisendile), annavad väljundis loogilise ühe, ülejäänud (kus sisendpinge on võrdlusväärtusest väiksem või võrdne null) tahtmine andis nulli.

Seejärel ühendatakse kodeerija, mille ülesandeks on konverteerida ühtede ja nullide kombinatsioon standardseks, adekvaatselt mõistetavaks kahendkoodiks.

ADC-ahelad jadamuundamiseks on vähem kiired kui paralleelmuunduri ahelad, kuid neil on lihtsam elementaarne disain.See kasutab komparaatorit, JA-loogikat, kella, loendurit ja digitaal-analoogmuundurit.

Joonisel on kujutatud sellise ADC skeem. Näiteks kui võrdlusahela sisendile rakendatav mõõdetud pinge on kõrgem kui teise sisendi (viite) kaldsignaal, loendab loendur kella generaatori impulsse. Selgub, et mõõdetud pinge on võrdeline loendatud impulsside arvuga.

On ka jada-paralleelseid ADC-sid, kus analoogsignaali digitaalsignaaliks teisendamise protsess on ruumiliselt eraldatud, seega selgub, et maksimaalne kompromissikiirus saavutatakse minimaalse keerukusega.