محول تناظري إلى رقمي: عمل ، أنواع ، 7 تطبيقات

وصف المنتج

محول تناظري إلى رقمي (ADC)

· مبدأ العمل للمحول التناظري إلى الرقمي

· الكهربائية رمز من التناظرية إلى محول رقمي

· أنواع المحولات التناظرية إلى الرقمية والتفسيرات

· تطبيقات المحول التناظري الرقمي

· اختبار المحول التناظري إلى الرقمي

· IC ADC

تعريف ونظرة عامة على المحول التناظري إلى الرقمي

المحول التناظري إلى الرقمي هو جهاز إلكتروني. كما يتوقع الاسم ، يتم تحويل الإشارة التناظرية المزودة إلى إشارة رقمية يتم إنتاجها عند الخرج. يمكن تحويل الإشارات التناظرية مثل الصوت المسجل بواسطة ميكروفون إلى إشارة رقمية باستخدام محول تناظري إلى رقمي. 

يُعرف المحول التناظري إلى الرقمي أيضًا باسم ADC ومحول A إلى D ، إلخ.

عمل محول تناظري إلى رقمي

تُعرَّف الإشارة التناظرية على أنها إشارة السعة المستمرة والمستمرة بالوقت. في الوقت نفسه ، تُعرَّف الإشارة الرقمية بأنها إشارة السعة المنفصلة والوقت المنفصل. يتم تحويل الإشارة التناظرية إلى إشارة رقمية بمساعدة محول تناظري إلى رقمي. ال التحول له عدة خطوات، مثل أخذ العينات ، والتكميم ، وغيرها. العملية ليست مستمرة. بدلاً من ذلك ، فهو دوري ويحد من النطاق الترددي المسموح به لإشارة الإدخال.

يعمل المحول التناظري إلى الرقمي على أساس Nyquist-Shannon نظرية أخذ العينات. تنص على أنه - يمكن استرداد إشارة الدخل من إخراجها الذي تم أخذ عينات منه إذا كان معدل أخذ العينات أكبر بمرتين من أو يساوي أعلى مكون تردد موجود في إشارة الدخل.

هناك العديد من المعلمات لقياس أداء المحول التناظري إلى الرقمي. عرض النطاق الترددي لإشارة الخرج ، ونسبة الإشارة إلى الضوضاء هي بعض المعلمات.

الرمز الكهربائي لـ ADC

يمثل الرمز أدناه محولًا تناظريًا إلى رقمي (ADC).

التناظرية إلى رمز المحول الرقمي

أنواع المحولات التناظرية إلى الرقمية

يمكن تحقيق تحويل الإشارات التناظرية إلى إشارات رقمية من خلال عمليات مختلفة. دعونا نناقش بعض أنواع بالتفصيل -

أ. فلاش ADC

يُعرف Flash ADC باسم التحويل المباشر من النوع التناظري إلى المحول الرقمي. إنه أحد أسرع أنواع المحولات التناظرية إلى الرقمية. وهو يتألف من سلسلة من المقارنات مع المحطات العكسية المتصلة بسلم مقسم الجهد والمحطات غير العاكسة المتصلة بإشارة الإدخال التناظرية.

كما تظهر الدائرة ، يتم توصيل سلم من المقاومات المتطابقة جيدًا بمرجع أو جهد عتبة. يتم استخدام المقارن عند كل نقرة في سلم المقاومات. ثم هناك مرحلة تضخيم ، وبعد ذلك يتم إنشاء الكود كقيم ثنائية (0 و 1). يستخدم مكبر للصوت أيضا. يقوم مكبر الصوت بتضخيم فرق الجهد من المقارنات وكذلك يمنع إزاحة المقارنة.

إذا كان الجهد المقاس أعلى من عتبة الجهد ، فسيكون الناتج الثنائي واحدًا ، وإذا كان الجهد المقاس أقل من العمل الثنائي سيكون 0.

تم تعديل ADCs المحسّن مؤخرًا باستخدام أنظمة تصحيح الأخطاء الرقمية ومعايرة الإزاحة وأيضًا أنها أصغر حجمًا. ADCs متوفرة الآن في الدوائر المتكاملة (ICs).

هذا النوع من المحولات التناظرية إلى الرقمية لديه معدل أخذ عينات مرتفع. وبالتالي ، لديها تطبيقات في الأجهزة عالية التردد. الكشف باستخدام الرادارات وأجهزة الراديو واسعة النطاق ومعدات الاختبار المختلفة هي بعض منها. تستخدم ذاكرة NAND Flash أيضًا محولات من النوع التناظري إلى الرقمي من نوع الفلاش لتخزين ما يصل إلى 3 بت في الخلية.

نوع الفلاش ADC هو الأسرع في سرعة التشغيل ، بسيط في الدوائر ، ويتزامن التحويل بدلاً من التسلسل. على الرغم من أن هذه تتطلب أعدادًا كبيرة من المقارنات من أنواع مختلفة من ADCs.


نوع فلاش ADC
حقوق الصورة: جون جيربر ، فلاش ADCCC BY 3.0

B. نوع التقريب المتتالي ADC

نوع التقريب المتتالي ADC هو نوع آخر من المحولات التناظرية إلى الرقمية التي تستخدم البحث الثنائي من خلال مستويات التكميم قبل التحويل إلى المجال الرقمي.

تنقسم العملية برمتها إلى عمليات فرعية مختلفة. هناك دائرة واسعة وتعليق ، والتي تأخذ المدخلات التناظرية ، فين. ثم هناك ملف المقارنة التي تقارن الجهد التناظري المدخلات مع المحول الرقمي إلى التناظري الداخلي. يوجد أيضًا سجل تقريب متتالي (SAR) ، والذي يأخذ المدخلات كنبض الساعة وبيانات المقارنة.

تتم تهيئة SAR بشكل أساسي لجعل MSB (البت الأكثر أهمية) على أنه منطق مرتفع أو 1. يتم توفير هذا الرمز للمحول الرقمي إلى التناظري ، والذي يوفر أيضًا المكافئ التناظري لـ دارة المقارنة مقارنة بإشارة الإدخال التناظرية التي تم أخذ عينات منها. إذا كان الجهد أكبر من جهد الدخل ، فسيقوم المقارنة بإعادة ضبط البت. وإلا يتم ترك الشيء كما هو. بعد ذلك ، يتم تعيين البتة التالية على واحدة رقمية ، وتتم العملية برمتها مرة أخرى حتى يتم اختبار كل جزء من سجل التقريب المتتالي. الإخراج النهائي هو النسخة الرقمية لإشارة الإدخال التناظرية.

يتوفر نوعان من أنواع التقريب المتتالي من المحولات التناظرية إلى الرقمية. هم - نوع العداد ونوع تتبع أجهزة.

تعطي هذه الأنواع من ADC النتائج الأكثر دقة من الأنواع الأخرى من ADC.

نوع التقريب المتتالي ADC
حقوق الصورة: وايت فلاي ، مخطط كتلة ADC SACC BY-SA 2.5

جيم دمج نوع ADC

كما يوحي الاسم ، فإن هذا النوع من ADCs يحول الإشارة التناظرية لإدخال السعة المستمر والوقت المستمر إلى إشارة رقمية باستخدام مُدمج (مُدمج) لتطبيق مكبر للصوت التشغيلية يأخذ إشارة إدخال معتادة ويعطي إشارة خرج متكاملة مع الوقت).

يتم تطبيق جهد إدخال تناظري غير محدد عند طرف الإدخال ويسمح له بالتدرج لفترة معينة ، تُعرف باسم فترة التشغيل. ثم يتم تطبيق جهد مرجعي محدد مسبقًا للقطبية المعاكسة على دائرة التكامل. يُسمح لذلك أيضًا بالتدرج حتى وما لم يعطي المُدمج الناتج على أنه صفر. يُعرف هذا الوقت بفترة الجريان السطحي.

يتم قياس وقت التشغيل بشكل عام بوحدات ساعة ADC. لذلك ، ينتج عن وقت التكامل الأطول دقة أعلى. يمكن تحسين سرعة هذا النوع من المحولات بالتنازل عن الحل.

نظرًا لأن السرعة والدقة متناسبان عكسيًا ، فإن هذا النوع من المحولات لا يجد معالجة الإشارات الرقمية أو تطبيقات معالجة الصوت. على نحو مفضل ، يتم استخدامها في عدادات القياس الرقمية (مقاييس أمبير ، ومقاييس الفولتميتر ، وما إلى ذلك) والأدوات الأخرى التي تكون الدقة العالية فيها أمرًا بالغ الأهمية.

يحتوي هذا النوع من ADC على نوعين - موازنة الشحن التناظرية إلى المحول الرقمي و ADC ثنائي المنحدر.

دمج ADC، حقوق الصورة: سكوتر 9 ويكيبيديا الإنجليزيةمنحدر تشغيل مزدوج محسن, ويكيميديا ​​كومنز

D. ويلكنسون ADC

- صمم DH Wilkinson لأول مرة هذا النوع من المحولات التناظرية إلى الرقمية في عام 1950.

في البداية ، يتم شحن المكثف. يقوم المقارن بفحص هذا الشرط. بعد الوصول إلى هذا المستوى المحدد ، يبدأ المكثف الآن في التفريغ خطيًا ، مما ينتج عنه إشارة منحدر. يبدأ نبض البوابة أيضًا في هذه الأثناء. تظل نبض البوابة قيد التشغيل لبقية الوقت أثناء تفريغ المكثف. تعمل نبضة البوابة هذه أيضًا على تشغيل بوابة خطية تتلقى مزيدًا من المدخلات من ساعة مذبذب عالية التردد. الآن ، عند تشغيل نبض البوابة ، يتم حساب عدة نبضات على مدار الساعة بواسطة سجل العنوان.

امتداد الوقت المحول التناظري إلى الرقمي (TS - ADC):

يعمل هذا النوع من المحولات التناظرية إلى الرقمية على تقنية مدمجة للإلكترونيات والتقنيات الأخرى.

يمكنه تحويل إشارة النطاق الترددي عالية جدًا إلى رقمية والتي لا يمكن إجراؤها باستخدام ADC عادي. يُطلق على هذا غالبًا اسم "جهاز التحويل الرقمي الممتد بالزمن الضوئي".

إنه ليس فقط تناظريًا رقميًا ولكنه يستخدم أيضًا لمعدات الوقت الحقيقي عالية الإنتاجية مثل التصوير والتحليل الطيفي.

هناك عدة أنواع أخرى من المحولات التناظرية إلى الرقمية الأخرى.

  • تشفير دلتا ADC
  • شركة تطوير العقبة المبطنة بالأنابيب ،
  • شركة سيجما دلتا ADC ،
  • ADCs معشق الوقت وما إلى ذلك.

ما هو DAC؟ معرفة المزيد عن المحول الرقمي إلى التناظري! انقر لمعرفة!

تطبيقات ADC

يعتبر المحول التناظري إلى الرقمي من أهم الأجهزة الإلكترونية في هذا العصر الحديث. هذا عصر الرقمنة ، لكن عالمنا تناظري في الوقت الفعلي. تحويل البيانات التناظرية في المجال الرقمي هو حاجة هذه الساعة. هذا هو سبب أهميتها. بعض التطبيقات الهامة لـ ADC هي - 

A. معالجة الإشارات الرقمية

- تعد المحولات التناظرية إلى الرقمية ضرورية لتحرير البيانات وتعديلها ومعالجتها وتخزينها ونقلها من المجال التناظري إلى المنطقة الرقمية. تجد المتحكمات الدقيقة وراسمات الذبذبات الرقمية والبرامج الهامة تطبيقات في هذا المجال. أجهزة مثل راسمات الذبذبات الرقمية يمكن تخزين أشكال الموجة لاستخدامها لاحقًا ، بينما لا يمكن لموسم الذبذبات التناظري.

B. ميكروكنترولر

- المتحكمات الدقيقة تجعل الجهاز ذكيًا. في الوقت الحاضر ، تحتوي جميع المتحكمات الدقيقة تقريبًا على محولات تناظرية إلى رقمية بداخلها. قد يكون Arduino هو المثال الأكثر شيوعًا. (مبني على متحكم ATMega328p) يوفر Arduino وظيفة مفيدة لـ "analogRead () ،" التي تأخذ إشارات الإدخال التناظرية وترجع البيانات الرقمية التي تم إنشاؤها بواسطة ADC.

C. الأدوات العلمية

- ADCs مفيدة لصنع مختلف الأدوات والأنظمة الإلكترونية الضرورية. ومن الأمثلة على ذلك التصوير الرقمي لرقمنة البكسل وتقنيات الرادار والعديد من أنظمة الاستشعار عن بعد. تنتج الأجهزة مثل المستشعرات إشارة تناظرية لقياس درجة الحرارة ، وشدة الضوء ، وحساسية الضوء ، ورطوبة الهواء ، وضغط الهواء ، ودرجة الحموضة في محلول ، وما إلى ذلك. يتم تحويل جميع هذه المدخلات التناظرية بواسطة ADC لتوليد مخرجات رقمية متناسبة.

د. معالجة الصوت:

-ADC له تطبيق حيوي في مجال معالجة الصوت. تعمل رقمنة الموسيقى على تحسين جودة الموسيقى. يتم تسجيل الأصوات التناظرية عبر الميكروفونات. ثم يتم تخزينها في منصات رقمية باستخدام ADC. تسجيل العديد من الألحان في استوديوهات PCM أو DSD ثم اختزال عينات لإنتاج الصوت الرقمي. يتم استخدامها للبث على أجهزة التلفزيون والراديو.

اختبار المحول التناظري إلى الرقمي

لاختبار محول من تناظري إلى رقمي ، نحتاج أولاً وقبل كل شيء إلى مصدر جهد دخل تناظري ومعدات إلكترونية لإرسال الإشارات والتحكم فيها واستقبال بيانات الإخراج الرقمية. تتطلب بعض ADCs أيضًا مصدرًا للإشارات المرجعية. هناك بعض المعلمات لاختبار ADC.

البعض منهم -

  • نسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR) ،
  • التشويه التوافقي الكلي (THD) ،
  • اللاخطية المتكاملة (INL) ،
  • خطأ تعويض DC ،
  • خطأ كسب DC ،
  • تبديد السلطة ، إلخ.

ADC IC

ADCs متاحة تجاريا مثل ICs في السوق. بعض من المرحلية ADC شائعة الاستخدام هي ADC0808، ADC0804، MPC3008، وما إلى ذلك ، وجدوا تطبيقات في أجهزة مثل Rasberry pi وغيرها من المعالجات أو الالكترونيات الرقمية الدوائر التي يلزم فيها ADC.

لمعرفة المزيد عن الإلكترونيات انقر هنا

اترك تعليق

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول المشار إليها إلزامية *

انتقل إلى الأعلى