Konverter analog-ke-digital - tujuan, klasifikasi, dan prinsip operasi

Perangkat elektronik yang disebut analog-to-digital converter (ADC) digunakan untuk mengubah sinyal analog menjadi sinyal digital (dalam urutan tipe kode biner yang dapat dibaca). Dalam proses mengubah sinyal analog menjadi digital, berikut ini diterapkan: pengambilan sampel, kuantisasi, dan pengkodean.

Pengambilan sampel dipahami sebagai pengambilan sampel dari sinyal analog kontinyu waktu dari nilai individu (diskrit) yang jatuh pada saat-saat waktu yang terkait dengan interval dan durasi tertentu dari sinyal jam yang mengikuti satu sama lain.

Kuantisasi melibatkan pembulatan nilai sinyal analog yang dipilih selama pengambilan sampel ke level kuantisasi terdekat, dan level kuantisasi memiliki nomor urutnya sendiri, dan level ini berbeda satu sama lain dengan nilai delta tetap, yang tidak lebih dari langkah kuantisasi.

Sebenarnya, pengambilan sampel adalah proses merepresentasikan fungsi kontinu sebagai serangkaian nilai diskrit, dan kuantisasi adalah pembagian sinyal (nilai) ke dalam level. Sedangkan untuk pengkodean, di sini pengkodean dipahami sebagai perbandingan unsur-unsur yang diperoleh sebagai hasil kuantisasi dengan kombinasi kode yang telah ditentukan.

Ada banyak metode untuk mengubah tegangan menjadi kode. Selain itu, masing-masing metode memiliki karakteristik tersendiri: akurasi, kecepatan, kompleksitas. Menurut jenis metode konversi, ADC diklasifikasikan menjadi tiga

• secara paralel

• konsisten,

• serial-paralel.

Untuk setiap metode, proses mengubah sinyal dari waktu ke waktu berlangsung dengan caranya sendiri, karena itulah namanya. Perbedaannya terletak pada bagaimana kuantisasi dan pengkodean dilakukan: prosedur serial, paralel, atau serial-paralel untuk memperkirakan hasil digital ke sinyal yang dikonversi.

Diagram konverter analog-ke-digital paralel ditunjukkan pada gambar. ADC paralel adalah konverter analog-ke-digital tercepat.

Jumlah perangkat pembanding elektronik (jumlah pembanding DA) sesuai dengan kapasitas ADC: tiga pembanding cukup untuk dua bit, tujuh untuk tiga, 15 untuk empat, dll. Pembagi tegangan resistor dirancang untuk mengatur rentang tegangan referensi konstan.

Tegangan input (nilai tegangan input ini diukur di sini) diterapkan secara bersamaan ke input semua pembanding dan dibandingkan dengan semua tegangan referensi dari yang diizinkan oleh pembagi resistif ini.

Komparator yang input non-pembaliknya diberi tegangan lebih besar dari referensi (diterapkan oleh pembagi ke input pembalik) akan memberikan logika satu pada output, sisanya (di mana tegangan input kurang dari referensi atau sama dengan nol) akan memberikan nol.

Kemudian penyandi dihubungkan, tugasnya adalah mengubah kombinasi satu dan nol menjadi kode biner standar yang cukup dipahami.

Rangkaian ADC untuk konversi serial kurang cepat dibandingkan rangkaian konverter paralel, tetapi memiliki desain dasar yang lebih sederhana.Ini menggunakan komparator, logika AND, jam, penghitung, dan konverter digital-ke-analog.

Gambar tersebut menunjukkan diagram ADC semacam itu. Misalnya, ketika tegangan terukur yang diterapkan pada input rangkaian pembanding lebih tinggi daripada sinyal ramp dari input kedua (referensi), penghitung menghitung pulsa generator jam. Ternyata tegangan yang diukur sebanding dengan jumlah pulsa yang dihitung.

Ada juga ADC seri-paralel, di mana proses konversi sinyal analog menjadi sinyal digital dipisahkan dalam ruang, sehingga ternyata kecepatan trade-off maksimum dicapai dengan kompleksitas minimum.