وأوضح المحولات الرقمية إلى التناظرية (DAC) ، التناظرية إلى الرقمية (ADC)

وأوضح المحولات الرقمية إلى التناظرية (DAC) ، التناظرية إلى الرقمية (ADC)

إلى محول رقمي تناظري ( داتشيان و د / أ و D2A ، أو D-to-A ) عبارة عن دائرة مصممة لتحويل إشارة إدخال رقمية إلى إشارة خرج تناظرية. يعمل المحول التناظري إلى الرقمي (ADC) في الاتجاه المعاكس ويحول إشارة الإدخال التناظرية إلى إخراج رقمي.



في هذه المقالة نناقش بشكل شامل كيفية عمل دوائر المحولات الرقمية إلى التناظرية والتناظرية إلى الرقمية ، باستخدام المخططات والصيغ.

في الإلكترونيات ، قد نجد الفولتية والتيارات تتفاوت باستمرار مع نطاقات ومقادير مختلفة.





في الدوائر الرقمية ، تكون إشارة الجهد في شكلين ، إما كمستويات منطقية عالية أو منخفضة منطقية ، والتي تمثل القيم الثنائية 1 أو 0.

في المحولات التناظرية إلى الرقمية (ADC) ، يتم تمثيل الإشارة التناظرية للإدخال كمقدار رقمي ، بينما يقوم المحول الرقمي التناظري (DAC) بتحويل الحجم الرقمي مرة أخرى إلى إشارة تمثيلية.



كيف تعمل المحولات الرقمية إلى التناظرية

يمكن إجراء عملية التحويل من الرقمية إلى التناظرية من خلال العديد من التقنيات المختلفة.

تستخدم إحدى الطرق المعروفة شبكة من المقاومات ، تُعرف باسم شبكة السلم.

تم تصميم شبكة السلم لقبول المدخلات التي تتضمن قيمًا ثنائية عادةً عند 0 فولت أو Vref وتوفر جهد إخراج مكافئ لحجم الإدخال الثنائي.

يوضح الشكل أدناه شبكة سلم تستخدم 4 جهد إدخال ، والتي تمثل 4 بتات من البيانات الرقمية وإخراج جهد التيار المستمر.

يتناسب جهد الخرج مع قيمة الإدخال الرقمي كما تعبر عنها المعادلة:

شبكة سلم DAC

حل المثال أعلاه نحصل على جهد الخرج التالي:

كما نرى مدخل رقمي 0110اثنينيتم تحويله إلى إخراج تناظري يبلغ 6 فولت.

الغرض من شبكة السلم هو تغيير القيم الثنائية المحتملة البالغ عددها 16
من خلال 0000 إلى 1111 إلى إحدى كميات الجهد البالغ عددها 16 على فترات Vالمرجع/ 16.

لذلك ، قد يكون من الممكن معالجة المزيد من المدخلات الثنائية من خلال تضمين عدد أكبر من وحدات السلم ، وتحقيق كمية أعلى لكل خطوة.

بمعنى ، افترض أننا إذا استخدمنا شبكة سلم من 10 خطوات ، فسيسمح باستخدامها لزيادة كمية خطوة الجهد أو الدقة إلى Vالمرجع/اثنين10أو V.المرجع/ 1024. في هذه الحالة ، إذا استخدمنا جهدًا مرجعيًا Vالمرجع= 10 V من شأنه أن يولد جهد الخرج بخطوات 10 V / 1024 ، أو عند حوالي 10 mV.

وبالتالي ، فإن إضافة عدد أكبر من مراحل السلم سيعطينا دقة أعلى نسبيًا.

عادةً ، لـ ن عدد درجات السلم ، ويمكن تمثيل ذلك بالصيغة التالية:

الخامسالمرجع/ اثنينن

مخطط كتلة DAC

يوضح الشكل أدناه مخطط الكتلة الخاص بـ DAC القياسي باستخدام شبكة سلم ، يشار إليها باسم سلم R-2R. يمكن رؤية هذا مقفلًا بين مصدر التيار المرجعي والمفاتيح الحالية.

المحولات الحالية مرتبطة بالمفاتيح الثنائية ، مما ينتج تيار إخراج يتناسب مع القيمة الثنائية للإدخال.

تقوم المدخلات الثنائية بتبديل أرجل السلم ذات الصلة ، مما يتيح تيارًا ناتجًا يمثل مجموعًا مرجحًا للمرجع الحالي.

إذا لزم الأمر ، يمكن إرفاق المقاومات بالمخرجات لتفسير النتيجة كناتج تناظري.

DAC IC باستخدام شبكة سلم R-2R.

كيف تعمل المحولات التناظرية إلى الرقمية

ناقشنا حتى الآن كيفية تحويل الإشارات الرقمية إلى التناظرية ، والآن دعونا نتعلم كيفية القيام بالعكس ، أي تحويل الإشارة التناظرية إلى إشارة رقمية. يمكن تنفيذ ذلك من خلال طريقة معروفة تسمى طريقة المنحدر المزدوج .

يوضح الشكل التالي مخطط الكتلة لمحول ADC مزدوج المنحدر القياسي.

التحويل التناظري إلى الرقمي باستخدام طريقة الميل المزدوج: (أ) الرسم البياني المنطقي (ب) شكل الموجة.

هنا ، يتم استخدام مفتاح إلكتروني لنقل إشارة الإدخال التناظرية المطلوبة إلى وحدة تكامل ، تسمى أيضًا مولد منحدر. قد يكون هذا المولد المنحدر في شكل مكثف مشحون بتيار ثابت لتوليد المنحدر الخطي. ينتج عن ذلك التحويل الرقمي المطلوب من خلال مرحلة العداد التي تعمل لفترات الانحدار الموجبة والسالبة للمتكامل.

يمكن فهم الطريقة بالوصف التالي:

يحدد نطاق القياس الكامل للعداد الفاصل الزمني الثابت. بالنسبة لهذا الفاصل الزمني ، يتسبب جهد الدخل التناظري المطبق على المكامل في ارتفاع جهد دخل المقارنة إلى مستوى إيجابي.

بالإشارة إلى القسم (ب) من الرسم البياني أعلاه ، يوضح أن الجهد من عامل التكامل في نهاية الفاصل الزمني الثابت أعلى من جهد الدخل الأكبر في الحجم.

عند انتهاء الفاصل الزمني الثابت ، يتم ضبط العد على 0 ، مما يطالب المفتاح الإلكتروني بتوصيل المُدمج بمستوى جهد إدخال مرجعي ثابت. بعد ذلك ، يبدأ خرج المكامل وهو أيضًا مدخلات المكثف في الانخفاض بمعدل ثابت.

خلال هذه الفترة ، يستمر العداد في التقدم ، بينما يستمر إخراج المُدمج في الانخفاض بمعدل ثابت ، حتى يقل الجهد المرجعي للمقارن. يؤدي هذا إلى تغيير الحالة الناتجة عن المقارنة ويؤدي إلى تشغيل مرحلة منطق التحكم لإيقاف العد.

يصبح الحجم الرقمي المخزن داخل العداد هو الإخراج الرقمي للمحول.

يضيف استخدام الساعة المشتركة ومرحلة الدمج خلال فواصل الانحدار الإيجابية والسلبية نوعًا من التعويض للتحكم في انجراف تردد الساعة ، وحد الدقة للمتكامل.

قد يكون من الممكن قياس ناتج العداد حسب تفضيل المستخدم عن طريق الإعداد المناسب لقيمة الإدخال المرجعي ، ومعدل الساعة. يمكن أن يكون العداد ثنائيًا أو BCD أو في تنسيق رقمي آخر ، إذا لزم الأمر.

باستخدام شبكة السلم

طريقة شبكة السلم باستخدام مراحل العداد والمقارنة هي طريقة مثالية أخرى لتنفيذ التحويل من التناظرية إلى الرقمية. في هذه الطريقة ، يبدأ العداد بالعد من الصفر ، والذي يقود شبكة سلم ، ويولد جهدًا متزايدًا متدرجًا ، يشبه الدرج (انظر الشكل أدناه).

عملية التحويل التناظري إلى الرقمي باستخدام شبكة السلم: (أ) الرسم البياني المنطقي (ب) مخطط شكل الموجة.

تسمح هذه العملية بزيادة الجهد مع كل خطوة عد.

يقوم المقارن بمراقبة جهد الدرج المتزايد هذا ويقارنه بجهد الدخل التناظري. بمجرد أن يستشعر المقارن أن جهد الدرج يتجاوز المدخلات التناظرية ، يطالب ناتجها بإيقاف العد.

تصبح قيمة العداد في هذه المرحلة المكافئ الرقمي للإشارة التناظرية.

يتم تحديد مستوى التغيير في الجهد الناتج عن خطوات إشارة الدرج بمقدار بتات العد المستخدمة.

على سبيل المثال ، سيعمل عداد 12 مرحلة باستخدام مرجع 10 فولت على تشغيل شبكة سلم من 10 مراحل بجهد خطوة:

الخامسالمرجع/اثنين12= 10 فولت / 4096 = 2.4 مللي فولت

سيؤدي هذا إلى إنشاء دقة تحويل 2.4 مللي فولت. يتم تحديد الوقت اللازم لتنفيذ التحويل من خلال معدل ساعة العداد.

إذا تم استخدام معدل الساعة 1 ميجا هرتز لتشغيل عداد 12 مرحلة ، فسيكون الحد الأقصى للوقت المستغرق للتحويل:

4096 × 1 ميكرو ثانية = 4096 ميكرو ثانية ≈ 4.1 مللي ثانية

يمكن العثور على أقل عدد من التحويلات التي قد تكون ممكنة في الثانية على النحو التالي:

لا. من التحويلات = 1 / 4.1 مللي ثانية ≈ 244 تحويل / ثانية

العوامل المؤثرة في عملية التحويل

بالنظر إلى أن بعض التحويلات قد تتطلب أعلى والبعض الآخر قد يتطلب وقتًا أقل للعد ، عادةً ما يكون وقت التحويل = 4.1 مللي ثانية / 2 = 2.05 مللي ثانية قيمة جيدة.

سينتج عن ذلك 2 × 244 = 488 عددًا من التحويلات في المتوسط.

معدل الساعة الأبطأ يعني تحويلات أقل في الثانية.

سيكون للمحول الذي يعمل بعدد أقل من مراحل العد (دقة منخفضة) معدل تحويل أعلى.

يتم تحديد دقة المحول من خلال دقة compartaor.




السابق: كيفية حساب المحولات الأساسية الفريت التالي: دائرة مؤشر مستوى الوقود بالموجات فوق الصوتية