ממיר אנלוגי לדיגיטלי - מטרה, סיווג ועיקרון הפעולה

מכשיר אלקטרוני הנקרא ממיר אנלוגי לדיגיטלי (ADC) משמש להמרת אות אנלוגי לאות דיגיטלי (ברצף מסוג קוד בינארי קריא). בתהליך המרת אות אנלוגי לדיגיטלי מיושמים הדברים הבאים: דגימה, קוונטיזציה וקידוד.

דגימה מובנת כנטילת דגימות מאות אנלוגי מתמשך של ערכים בודדים (בדידים) הנופלים ברגעי זמן הקשורים למרווחים ומשכי זמן מסוימים של אותות שעון העוקבים זה אחר זה.

קוונטיזציה כוללת עיגול ערך של אות אנלוגי שנבחר במהלך הדגימה לרמת הקוונטיזציה הקרובה ביותר, ולרמות הקוונטיזציה יש מספר רצף משלהן, ורמות אלו נבדלות זו מזו על ידי ערך דלתא קבוע, שאינו אלא שלב קוונטיזציה.

באופן קפדני, דגימה היא תהליך של ייצוג פונקציה רציפה כסדרה של ערכים בדידים, וקונטיזציה היא חלוקה של אות (ערכים) לרמות. באשר לקידוד, כאן הקידוד מובן כהשוואה של האלמנטים המתקבלים כתוצאה מכונטיזציה עם שילוב קבוע מראש של קודים.

ישנן שיטות רבות להמרת מתח לקוד. בנוסף, לכל אחת מהשיטות מאפיינים אישיים: דיוק, מהירות, מורכבות. לפי סוג שיטת ההמרה, ADCs מסווגים לשלושה

• במקביל

• עִקבִי,

• סדרתי-מקביל.

עבור כל שיטה, תהליך הפיכת האות לאורך זמן ממשיך בדרכו שלו, ומכאן השם. ההבדלים נעוצים באופן ביצוע הקוונטיזציה והקידוד: פרוצדורה טורית, מקבילה או טורית-מקבילה לקירוב תוצאה דיגיטלית לאות המומר.

התרשים של ממיר אנלוגי לדיגיטלי מקביל מוצג באיור. מקבילי ADC הם הממירים האנלוגיים-דיגיטליים המהירים ביותר.

מספר מכשירי ההשוואה האלקטרוניים (המספר הכולל של משווים DA) מתאים לקיבולת ה-ADC: שלושה משווים מספיקים לשני ביטים, שבעה לשלושה, 15 לארבעה וכו'. מחלק מתח הנגד נועד להגדיר טווח של מתחי ייחוס קבועים.

מתח הכניסה (הערך של מתח הכניסה הזה נמדד כאן) מופעל בו-זמנית על הכניסות של כל המשווים ובהשוואה לכל מתחי הייחוס של אלה שמחלק התנגדות זה מאפשר להשיג.

אותם משווים שהכניסות הלא-הופכות שלהם מוזנות במתח גדול מהייחוס (המופעל על ידי המחלק לכניסה ההפוכה) יתנו לוגי במוצא, השאר (כאשר מתח הכניסה קטן מהייחוס או שווה ל- אפס) רצון נתן אפס.

לאחר מכן מחובר מקודד, המשימה שלו היא להמיר שילוב של אחדות ואפסים לקוד בינארי סטנדרטי ומובן כראוי.

מעגלי ADC להמרה טורית הם פחות מהירים ממעגלי ממירים מקבילים, אך יש להם עיצוב אלמנטרי פשוט יותר. הוא משתמש ב-Comparator, AND logic, שעון, מונה וממיר דיגיטלי לאנלוגי.

האיור מציג תרשים של ADC כזה. לדוגמה, בעוד המתח הנמדד המופעל על הכניסה של מעגל ההשוואה גבוה יותר מאות הרמפה של הקלט השני (הפניה), המונה סופר את הפולסים של מחולל השעון. מסתבר שהמתח הנמדד פרופורציונלי למספר הפולסים שנספרו.

ישנם גם ADC-סדרה מקבילים, שבהם תהליך המרת אות אנלוגי לאות דיגיטלי מופרד בחלל, כך שמסתבר שמהירות החילוף המרבית מושגת במינימום מורכבות.