아날로그-디지털 변환기 - 목적, 분류 및 작동 원리

ADC(analog-to-digital converter)라고 하는 전자 장치는 아날로그 신호를 디지털 신호(읽을 수 있는 이진 코드 유형 시퀀스)로 변환하는 데 사용됩니다. 아날로그 신호를 디지털로 변환하는 과정에서 샘플링, 양자화 및 코딩이 구현됩니다.

샘플링은 서로 뒤따르는 클록 신호의 특정 간격 및 지속 시간과 관련된 순간에 떨어지는 개별(이산) 값의 시간 연속 아날로그 신호에서 샘플을 채취하는 것으로 이해됩니다.

양자화는 샘플링 중에 선택된 아날로그 신호의 값을 가장 가까운 양자화 수준으로 반올림하는 것을 포함하며, 양자화 수준은 자체 시퀀스 번호를 가지며 이러한 수준은 양자화 단계에 지나지 않는 고정 델타 값으로 서로 다릅니다.

엄밀히 말하면 샘플링은 연속 함수를 일련의 이산 값으로 표현하는 과정이며 양자화는 신호(값)를 레벨로 나누는 것입니다. 코딩의 경우, 여기에서 코딩은 양자화의 결과로 얻어진 요소를 소정의 코드 조합과 비교하는 것으로 이해된다.

전압을 코드로 변환하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 또한 각 방법에는 정확성, 속도, 복잡성과 같은 개별적인 특성이 있습니다. 변환 방식의 종류에 따라 ADC는 3가지로 분류된다.

각 방법에 대해 시간이 지남에 따라 신호를 변환하는 프로세스는 고유한 방식으로 진행되므로 이름이 붙여졌습니다. 차이점은 양자화 및 인코딩이 수행되는 방식에 있습니다. 디지털 결과를 변환된 신호에 근접시키는 직렬, 병렬 또는 직렬-병렬 절차입니다.

병렬 아날로그-디지털 변환기의 다이어그램이 그림에 나와 있습니다. 병렬 ADC는 가장 빠른 아날로그-디지털 변환기입니다.

전자 비교 장치의 수(총 DA 비교기 수)는 ADC의 용량에 해당합니다. 3개의 비교기는 2비트에 충분하고 7개는 3개, 15개는 4개 등입니다. 저항 전압 분배기는 일정한 기준 전압 범위를 설정하도록 설계되었습니다.

입력 전압(이 입력 전압의 값은 여기에서 측정됨)은 모든 비교기의 입력에 동시에 적용되고 이 저항 분배기가 얻을 수 있는 모든 기준 전압과 비교됩니다.

비 반전 입력에 기준보다 큰 전압이 공급되는 비교기 (분배기에 의해 반전 입력에 적용됨)는 출력에서 논리 1을 제공하고 나머지는 (입력 전압이 기준보다 작거나 같은 경우) 0)은 0을 줍니다.

그런 다음 인코더가 연결되고 그 작업은 1과 0의 조합을 적절하게 이해되는 표준 이진 코드로 변환하는 것입니다.

직렬 변환을 위한 ADC 회로는 병렬 변환 회로보다 속도가 느리지만 기본 설계가 단순하며 비교기, AND 로직, 클럭, 카운터 및 디지털-아날로그 변환기를 사용합니다.

그림은 이러한 ADC의 다이어그램을 보여줍니다. 예를 들어, 비교기 회로의 입력에 인가된 측정 전압이 두 번째 입력(기준)의 램프 신호보다 높을 때 카운터는 클록 생성기의 펄스를 카운트합니다. 측정된 전압은 카운트된 펄스 수에 비례한다는 것이 밝혀졌습니다.

아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 과정이 공간적으로 분리된 직병렬 ADC도 있으므로 최소한의 복잡성으로 최대 절충 속도가 달성되는 것으로 나타났습니다.