Comment fonctionne l'adc d'approximation successive (SAR) et où est-il le mieux utilisé?

Un convertisseur analogique-numérique (ADC) est un type d'appareil qui nous aide à traiter les données chaotiques du monde réel dans une perspective numérique. Pour comprendre les données du monde réel comme la température, l'humidité, la pression, la position, nous avons besoin de transducteurs, tous mesurant certains paramètres et nous renvoyant un signal électrique sous forme de tension et de courant. Étant donné que la majorité de nos appareils sont aujourd'hui numériques, il devient nécessaire de convertir ces signaux en signaux numériques. C'est là que l'ADC entre en jeu, bien qu'il existe de nombreux types différents d'ADC, mais dans cet article, nous allons parler de l'un des types d'ADC les plus utilisés, connu sous le nom d' ADC d'approximation successive.. Dans un premier article, nous avons parlé de la base de l'ADC avec l'aide d'Arduino, vous pouvez le vérifier si vous êtes nouveau dans l'électronique et souhaitez en savoir plus sur l'ADC.

Qu'est-ce qu'un CAN à approximation successive?

L' ADC à approximation successive est l'ADC de choix pour les applications à faible coût de moyenne à haute résolution, la résolution des ADC SAR varie de 8 à 18 bits, avec des vitesses d'échantillonnage allant jusqu'à 5 méga-échantillons par seconde (Msps). En outre, il peut être construit dans un petit facteur de forme avec une faible consommation d'énergie, c'est pourquoi ce type de convertisseur analogique-numérique est utilisé pour les instruments portables alimentés par batterie.

Comme son nom l'indique, cet ADC applique un algorithme de recherche binaire pour convertir les valeurs, c'est pourquoi le circuit interne peut fonctionner à plusieurs MHZ mais la fréquence d'échantillonnage réelle est beaucoup moins en raison de l' algorithme d'approximation successive. Nous en discuterons plus tard dans cet article.

Fonctionnement de l'ADC d'approximation successive

L'image de couverture montre le circuit ADC d'approximation successive de base. Mais pour mieux comprendre le principe de fonctionnement, nous allons en utiliser une version 4 bits. L'image ci-dessous montre exactement cela.

Comme vous pouvez le voir, cet ADC se compose d'un comparateur, d'un convertisseur numérique-analogique et d'un registre d'approximation successif avec le circuit de commande. Désormais, chaque fois qu'une nouvelle conversation commence, le circuit d'échantillonnage et de maintien échantillonne le signal d'entrée. Et ce signal est comparé au signal de sortie spécifique du DAC.

Disons maintenant que le signal d'entrée échantillonné est de 5,8V. La référence de l'ADC est 10V. Lorsque la conversion commence, le registre d'approximation successif met le bit le plus significatif à 1 et tous les autres bits à zéro. Cela signifie que la valeur devient 1, 0, 0, 0, ce qui signifie que pour une tension de référence de 10 V, le DAC produira une valeur de 5 V qui est la moitié de la tension de référence. Maintenant, cette tension sera comparée à la tension d'entrée et en fonction de la sortie du comparateur, la sortie du registre d'approximation successif sera modifiée. L'image ci-dessous le clarifiera davantage. En outre, vous pouvez consulter un tableau de référence générique pour plus de détails sur DAC. Auparavant, nous avons réalisé de nombreux projets sur les ADC et les DAC, vous pouvez les consulter pour plus d'informations.

Cela signifie que si Vin est supérieur à la sortie du DAC, le bit le plus significatif restera tel quel et le bit suivant sera défini pour une nouvelle comparaison. Sinon, si la tension d'entrée est inférieure à la valeur DAC, le bit le plus significatif sera mis à zéro et le bit suivant sera mis à 1 pour une nouvelle comparaison. Maintenant, si vous voyez l'image ci-dessous, la tension DAC est de 5 V et comme elle est inférieure à la tension d'entrée, le bit suivant avant le bit le plus significatif sera mis à un, et les autres bits seront mis à zéro, ce processus se poursuivra jusqu'à ce que le la valeur la plus proche de la tension d'entrée atteint.

C'est ainsi que l'ADC d'approximation successive change 1 bit à la fois pour déterminer la tension d'entrée et produire la valeur de sortie. Et quelle que soit la valeur en quatre itérations, nous obtiendrons le code numérique de sortie à partir de la valeur d'entrée. Enfin, une liste de toutes les combinaisons possibles pour une approximation successive de quatre bits ADC est présentée ci-dessous.

Temps de conversion, vitesse et résolution du convertisseur analogique-numérique à approximation successive

Temps de conversion:

En général, nous pouvons dire que pour un ADC N bits, cela prendra N cycles d'horloge, ce qui signifie que le temps de conversion de cet ADC deviendra-

Tc = N x Tclk

* Tc est l'abréviation de Conversion Time.

Et contrairement aux autres ADC, le temps de conversion de cet ADC est indépendant de la tension d'entrée.

Comme nous utilisons un ADC 4 bits, pour éviter les effets d'aliasing, nous devons prélever un échantillon après 4 impulsions d'horloge consécutives.

Vitesse de conversion:

La vitesse de conversion typique de ce type de convertisseur analogique-numérique est d'environ 2 à 5 méga échantillons par seconde (MSPS), mais il y en a peu qui peuvent atteindre jusqu'à 10 (MSPS). Un exemple serait LTC2378 de Linear Technologies.

Résolution:

La résolution de ce type d'ADC peut être d'environ 8 à 16 bits, mais certains types peuvent aller jusqu'à 20 bits, un exemple peut être ADS8900B par Analog Devices.

Avantages et inconvénients de l'ADC à approximation successive

Ce type de CAN présente de nombreux avantages par rapport aux autres. Il a une grande précision et une faible consommation d'énergie, alors qu'il est facile à utiliser et a un temps de latence faible. Le temps de latence est l'heure du début de l'acquisition du signal et l'heure à laquelle les données sont disponibles pour être extraites du CAN, généralement ce temps de latence est défini en secondes. Mais certaines fiches techniques font également référence à ce paramètre en tant que cycles de conversion, dans un ADC particulier, si les données sont disponibles pour être extraites dans un cycle de conversion, nous pouvons dire qu'il a une latence d'un cycle de conversation. Et si les données sont disponibles après N cycles, nous pouvons dire qu'elles ont une latence d'un cycle de conversion. Un inconvénient majeur du SAR ADC est sa complexité de conception et son coût de production.

Applications de SAR ADC

Comme il s'agit d'un ADC le plus couramment utilisé, il est utilisé pour de nombreuses applications telles que des utilisations dans des dispositifs biomédicaux qui peuvent être implantés chez le patient, ces types d'ADC sont utilisés car ils consomment très moins d'énergie. De plus, de nombreuses montres intelligentes et capteurs utilisaient ce type d'ADC.

En résumé, nous pouvons dire que les principaux avantages de ce type de convertisseur analogique-numérique sont la faible consommation d'énergie, la haute résolution, le petit facteur de forme et la précision. Ce type de caractère le rend adapté aux systèmes intégrés. La principale limitation peut être son faible taux d'échantillonnage et les pièces nécessaires pour construire ce convertisseur analogique-numérique, qui est un convertisseur numérique-analogique, et un comparateur, les deux doivent fonctionner de manière très précise pour obtenir un résultat précis.