Тізбекті және параллель аналогты-сандық түрлендіргіштер.

Тақырып: Тізбекті және параллель аналогты-сандық түрлендіргіштер

 

---

 

 Кіріспе

 

Аналогты-сандық түрлендіргіштер (АСТ) – аналогтық сигналды сандық форматқа түрлендіруге арналған құрылғылар. Олар аналогтық сигналдың деңгейін өлшеп, оны сандық мәнге айналдырады. АСТ цифрлық құрылғыларда аналогтық деректерді өңдеуді жеңілдету үшін кеңінен қолданылады, себебі қазіргі заманғы сандық құрылғылар аналогтық деректерді тікелей қабылдай алмайды. АСТ түрлері түрлендіру жылдамдығына, дәлдігіне және схемалық құрылымына байланысты әртүрлі болады. Тізбекті және параллель АСТ – бұл екі негізгі түр, олар құрылымы мен жұмыс принципіне байланысты ерекшеленеді.

 

 1. Параллель аналогты-сандық түрлендіргіштер

 

Параллель АСТ (flash ADC) – ең жылдам түрлендіргіштердің бірі және аналогтық сигналды бір уақытта бірнеше сандық мәндермен салыстыру арқылы түрлендіреді. Параллель түрлендіргіштің жылдамдығы жоғары болғандықтан, оны жоғары жылдамдықты жүйелерде, мысалы, радиоқабылдағыштарда, телекоммуникация және бейне өңдеу жүйелерінде жиі қолданады.

 

 1.1 Параллель АСТ схемотехникасы

 

Параллель АСТ схемотехникасы салыстырғыштар массивінен тұрады. Әрбір салыстырғыш алдын ала анықталған эталонды кернеумен аналогтық кіріс сигналын салыстырады. Мысалы, егер түрлендіргіштің дәлдігі 3 бит болса, онда 7 салыстырғыш қажет болады. Бұл салыстырғыштар кіріс сигналын 8 сандық деңгеймен салыстырып, оның мәнін анықтайды.

 

- Кіріс сигнал: Аналогтық сигнал түрлендіргіштің кірісіне беріледі.

- Салыстырғыштар массиві: Әрбір салыстырғыш кіріс сигналын эталондық мәнмен салыстырады.

- Кодтаушы: Салыстырғыштардың шығысынан алынған деректер сандық кодқа айналдырылып, түрлендіргіштің шығысында көрсетіледі.

 

 1.2 Параллель АСТ жұмыс істеу принципі

 

Параллель АСТ жұмыс істеу принципі аналогтық кіріс сигналын әр түрлі эталондық деңгеймен бір уақытта салыстыруға негізделген. Әрбір салыстырғыш өзіне бекітілген эталондық мәнмен кіріс сигналын салыстырады. Егер кіріс сигналы салыстырғыштың эталон мәнінен жоғары болса, салыстырғыш шығысында логикалық 1, ал төмен болса, логикалық 0 болады.

 

Осылайша, салыстырғыштар массивінің шығысынан алынған деректер кодтаушыға жіберіледі, ол оны сандық кодқа айналдырады. Түрлендіру жылдамдығы жоғары болғандықтан, параллель АСТ жиілігі жоғары жүйелерде қолданылады.

 

 1.3 Параллель АСТ артықшылықтары мен кемшіліктері

 

Артықшылықтары:

- Жоғары жылдамдық: Параллель АСТ өте жылдам жұмыс істейді, себебі барлық салыстырулар бір уақытта жүзеге асады.

- Қарапайым қолдану: Түрлендіру жылдамдығы жоғары, және өңдеу уақыты аз болғандықтан, жоғары жылдамдықты цифрлық жүйелерде кеңінен қолданылады.

 

Кемшіліктері:

- Күрделі схемотехника: Салыстырғыштар саны разряд санына байланысты өте көп, сондықтан параллель АСТ схемотехникасы күрделі және көлемді болады.

- Қуат тұтынудың жоғарылығы: Әрбір салыстырғыш қуат тұтынады, сондықтан параллель АСТ қуатты көп талап етеді.

 

 2. Тізбекті аналогты-сандық түрлендіргіштер

 

Тізбекті АСТ (successive approximation ADC) – түрлендіру процесі біртіндеп, қадамдар арқылы орындалатын АСТ түрі. Бұл түрлендіргіште әрбір қадамда аналогтық кіріс сигналды белгілі бір сандық деңгеймен салыстыру арқылы мән анықталады. Тізбекті АСТ жылдамдығы параллель АСТ-ке қарағанда төмен, бірақ схемотехникасы қарапайым әрі экономикалық тиімді.

 

 2.1 Тізбекті АСТ схемотехникасы

 

Тізбекті АСТ схемотехникасы аналогтық сигналды қадамдап салыстыруға арналған келесі негізгі бөліктерден тұрады:

 

1. Салыстырғыш: Аналогтық кіріс сигналын цифрлық-сандық түрлендіргіштен алынған эталондық мәнмен салыстырады.

2. Цифрлық-сандық түрлендіргіш (ЦСТ): Бұл құрылғы сандық мәнді аналогтық сигналға айналдырып, оны салыстырғышқа жібереді.

3. Қадамдық логика: Әр қадам сайын кіріс сигналының сандық мәнін есептеу үшін қолданылады.

4. Тіркеуіш (регистр): Түрлендірудің әр қадамында аралық нәтижелерді сақтап, соңғы сандық мәнді анықтайды.

 

 2.2 Тізбекті АСТ жұмыс істеу принципі

 

Тізбекті АСТ жұмыс принципі келесі қадамдар арқылы орындалады:

 

1. ЦСТ бірінші қадамда аналогтық сигналды ең жоғарғы сандық деңгейге теңестіреді.

2. Салыстырғыш аналогтық кіріс сигналын ЦСТ мәнімен салыстырады. Егер кіріс сигналдан үлкен болса, сандық мән төмендейді, ал кіші болса, жоғарылайды.

3. Бұл процесс әрбір разряд үшін қайталанып, соңында нақты сандық мән анықталады.

 

Мысалы, егер АСТ 4 биттік болса, онда 4 қадам орындалады. Әр қадамда бір разряд мәні анықталып, соңында сандық мән толық қалыптасады. Бұл әдіс түрлендіру жылдамдығын азайтады, бірақ құрылғының күрделілігін төмендетеді.

 

 2.3 Тізбекті АСТ артықшылықтары мен кемшіліктері

 

Артықшылықтары:

- Қарапайым схемотехника: Тізбекті АСТ схемасы параллель АСТ-ге қарағанда қарапайым әрі жинақы.

- Қуат тұтынудың төмендігі: Қадамдық жұмыс режимі энергияны үнемдеуге мүмкіндік береді.

- Тиімділігі жоғары: Тізбекті АСТ өндірісі арзан және көптеген қолдану салалары үшін жеткілікті дәлдік пен жылдамдықты қамтамасыз етеді.

 

Кемшіліктері:

- Жылдамдықтың төмендігі: Тізбекті түрлендіру көп уақыт алады, себебі әрбір разряд бір қадаммен анықталады.

- Жоғары дәлдікте тиімділігі төмендеуі мүмкін: Жылдамдықты сақтау үшін әрбір қадам дәл орындалуы керек.

 

 Параллель және тізбекті АСТ салыстыру

 

| Сипаттамалары                | Параллель АСТ                 | Тізбекті АСТ                     |

|-------------------------------|-------------------------------|----------------------------------|

| Жылдамдық                 | Өте жоғары                    | Орташа немесе төмен              |

| Схемотехника күрделілігі  | Күрделі                       | Қарапайым                        |

| Қуат тұтыну               | Жоғары                        | Төмен                            |

| Қолдану салалары          | Жоғары жылдамдықты жүйелерде  | Жалпы мақсаттағы жүйелерде       |

| Дәлдік                    | Жоғары                        | Дәлдігі жоғары, бірақ жылдамдығы төмендеуі мүмкін |

 

 АСТ қолдану салалары

 

АСТ-тердің әр түрлі қолдану аймақтары бар, олардың ішінде:

 

1. Сандық осциллографтар және радиоқабылдағыштар: Жылдамдығы жоғары болғандықтан, параллель АСТ жиілік пен амплитуданы тез талдау үшін қолданылады.

2. Өлшеу құралдары: Тізбекті АСТ әртүрлі аналогтық параметрлерді (кернеу, ток және т.б.) сандық форматта өлшеу үшін қолданылады.

3. Аудио және бейне өңдеу: Аудио және бейне сигналдарды цифрлық түрде өңдеу үшін жылдам және дәл АСТ қажет.

4. Өнеркәсіптік автоматтандыру: Тізбекті АСТ сенсорлар мен әртүрлі аналогтық өлшемдерді өңдеу үшін қолданылады.

 

 Қорытынды

 

Параллель және тізбекті АСТ – аналогтық сигналды сандық форматқа түрлен