Analog dijital çevirici (ADC) nedir?

ADC, bir analog sinyali sayısal kodlara dönüştüren devredir. Sensörün ürettiği gerilim böylece işlemci tarafından okunabilir. ADC ayrı bir entegre devre olabilir veya mikrodenetleyicinin içinde bulunabilir. Sıcaklığı, sesi ya da basıncı doğrudan sayıya çevirmez; bunları temsil eden elektriksel sinyali dönüştürür.

Nasıl çalışır?

Örnekleme, girişin belirli anlarda ölçülmesidir. Kuantalama, ölçülen değerin sınırlı sayıdaki kod aralığından birine atanmasıdır. Sonuç ikilik kod olarak aktarılır. Örneğin bir analog giriş modülü, sensör sinyalini okuyup PLC programının kullanacağı ham değere dönüştürür. Ham sayı henüz bar veya °C değildir; ölçüm aralığına göre ölçeklenir.

Bit sayısı ve çözünürlük

N bit ADC, 2^N farklı kod üretir. 3 bit için 8, 12 bit için 4096 kod bulunur. İdeal kuantalama adımı 1 LSB = giriş açıklığı / 2^N olarak hesaplanır. 0–10 V aralığında 12 bit için yaklaşık 2,44 mV olur. Çözünürlük, doğruluk garantisi değildir: referans, gürültü, ofset ve doğrusallık hataları sonucu etkiler.

Örnekleme ve kodlama gösterimi

Aşağıdaki eğitim modeli 1 Hz girişten 8 örnek/s alır; örnek aralığı 0,125 s'dir. Yeşil eğri sürekli giriş, mavi noktalar örnekleme anlarıdır. Turuncu işaret seçilen örneği gösterir. Oynatma yavaşlatılmıştır. Frekans ile örnekleme hızı farklı kavramlardır.

Gösterimde 0–4 V, 3 bit, 0,5 V/kod kullanılır. Kod, V / 0,5 sonucunun aşağı yuvarlanmasıyla seçilir ve 0–7 ile sınırlandırılır. Örneğin 2,00 V → 4 → 100. Bu, aralıkları alt sınırdan tanımlayan ideal bir eğitim modelidir; gerçek ADC'nin geçiş eşikleri ve kodlama biçimi veri sayfasına bağlıdır.

Örnekleme hızı neden önemlidir?

Bant sınırlı bir girişin temel bantta doğru temsil edilmesi için örnekleme hızı, en yüksek sinyal frekansının iki katından büyük seçilmelidir. Pratikte filtre geçiş bandı ve pay gerekir. Örneklemeden önceki anti-alias filtresi istenmeyen yüksek frekansları bastırır. Aksi hâlde bunlar ölçümde başka frekanslar gibi görünebilir. Sonradan dijital filtre uygulamak, önceden oluşmuş aliasing'i genel olarak gidermez.

Endüstriyel sinyal ADC'ye nasıl bağlanır?

0–10 V ve 4–20 mA bir ADC pininin doğrudan kabul ettiği aralıklar değildir. Gerilim için bölücü, tampon ve koruma; akım sinyali için uygun ölçüm direnci veya giriş devresi kullanılabilir. Sinyal şartlandırma sinyali uygun seviyeye getirir. Giriş sınırı, referans, ortak mod aralığı ve gereken izolasyon birlikte kontrol edilir.

ADC türleri nelerdir?

SAR, gerilimi ardışık karşılaştırmalarla belirler; düşük gecikmeli ölçümlerde yaygındır. Sigma-delta, aşırı örnekleme, gürültü şekillendirme ve dijital filtreleme kullanır; yüksek çözünürlük sağlar, filtre gecikmesi dikkate alınır. Flash, çok hızlıdır; klasik N bit yapıda 2^N − 1 karşılaştırıcı gerektirir. Pipeline kademeli dönüşümle yüksek hız sağlar. Çift eğimli yapı hassas, yavaş değişen ölçümlerde kullanılır.

Nerelerde kullanılır ve nasıl seçilir?

Load cell ve Wheatstone köprüsü ölçümleri, Pt100 girişleri, basınç sensörleri ve datalogger cihazları ADC kullanabilir. Sıcaklık ölçümü gibi yavaş süreçlerle hızlı titreşim ölçümünün hız ihtiyacı aynı değildir. Seçimde giriş aralığı, etkin çözünürlük, kanal başına hız, gecikme ve referans kararlılığı değerlendirilir. Çok kanallı kontrol cihazında toplam dönüşüm hızı, kanal başına hızla karıştırılmamalıdır. Analog sensör aralığı da girişle eşleşmelidir.