アンアナログ-デジタル変換器（ADC）は、私たちがデジタル立場で混沌とした実世界のデータを処理するのに役立ちますデバイスのタイプです。温度、湿度、圧力、位置などの実際のデータを理解するには、トランスデューサーが必要です。これらはすべて特定のパラメーターを測定し、電圧と電流の形で電気信号を返します。現在のデバイスの大部分はデジタルであるため、これらの信号をデジタル信号に変換する必要があります。そこでADCの出番ですが、ADCにはさまざまな種類がありますが、この記事では、逐次比較ADCとして知られている最も使用されているADCの種類の1つについて説明します。。初期の記事では、Arduinoの助けを借りてADCの基礎について話しました。電子機器に不慣れで、ADCについてもっと知りたい場合は、それを確認できます。
逐次比較ADCとは何ですか？
逐次近似ADCは、高解像度のアプリケーションを低コスト媒体の選択のADCで、SAR ADCの分解能は、試料が5メガサンプル毎秒（Mspsの）までの速度で、18ビット- 8の範囲です。また、低消費電力で小さなフォームファクタで構築できるため、このタイプのADCはポータブルバッテリ駆動機器に使用されます。
名前が示すように、このADCは値を変換するためにバイナリ検索アルゴリズムを適用します。そのため、内部回路は複数のMHZで動作している可能性がありますが、逐次比較アルゴリズムにより、実際のサンプルレートははるかに低くなります。これについては、この記事の後半で詳しく説明します。
逐次比較ADCの動作
表紙の画像は、基本的な逐次比較ADC回路を示しています。ただし、動作原理をもう少しよく理解するために、4ビットバージョンを使用します。下の画像はまさにそれを示しています。
ご覧のとおり、このADCは、コンパレータ、デジタル-アナログコンバータ、および制御回路を備えた逐次比較レジスタで構成されています。これで、新しい会話が始まるたびに、サンプルホールド回路が入力信号をサンプリングします。そして、その信号はDACの特定の出力信号と比較されます。
ここで、サンプリングされた入力信号が5.8Vであるとしましょう。 ADCのリファレンスは10Vです。変換が開始されると、逐次比較レジスタは最上位ビットを1に設定し、他のすべてのビットをゼロに設定します。これは、値が1、0、0、0になることを意味します。つまり、10Vの基準電圧の場合、DACは基準電圧の半分である5Vの値を生成します。ここで、この電圧が入力電圧と比較され、コンパレータ出力に基づいて、逐次比較レジスタの出力が変更されます。下の画像はそれをより明確にします。さらに、DACの詳細については、一般的なリファレンステーブルを参照してください。以前、ADCとDACに関する多くのプロジェクトを作成しましたが、詳細についてはそれらを確認できます。
これは、VinがDACの出力よりも大きい場合、最上位ビットはそのままで、次のビットが新しい比較のために設定されることを意味します。それ以外の場合、入力電圧がDAC値よりも低い場合、最上位ビットはゼロに設定され、次のビットは新しい比較のために1に設定されます。下の画像を見ると、DAC電圧は5Vであり、入力電圧よりも低いため、最上位ビットの前の次のビットが1に設定され、他のビットが0に設定されます。このプロセスは、入力電圧に最も近い値に達します。
これは、逐次比較ADCが一度に1ビットずつ変化して、入力電圧を決定し、出力値を生成する方法です。そして、値が4回の反復でどのようなものであっても、入力値から出力デジタルコードを取得します。最後に、4ビットの逐次比較ADCのすべての可能な組み合わせのリストを以下に示します。
逐次比較型ADCの変換時間、速度、および分解能
変換時間：
一般に、NビットADCの場合、Nクロックサイクルかかると言えます。つまり、このADCの変換時間は次のようになります。
Tc = N x Tclk
* TcはConversionTimeの略です。
また、他のADCとは異なり、このADCの変換時間は入力電圧に依存しません。
4ビットADCを使用しているため、エイリアシングの影響を回避するために、4つの連続したクロックパルスの後にサンプルを取得する必要があります。
変換速度：
このタイプのADCの一般的な変換速度は約2〜5メガサンプル/秒（MSPS）ですが、最大10（MSPS）に達することができるものはほとんどありません。例としては、LinearTechnologiesのLTC2378があります。
解決：
このタイプのADCの解像度は約8〜16ビットですが、一部のタイプは最大20ビットになる可能性があります。たとえば、アナログ・デバイセズのADS8900Bなどです。
逐次比較型ADCの長所と短所
このタイプのADCには、他のADCに比べて多くの利点があります。精度が高く、消費電力が少ないのに対し、使いやすく、待ち時間が短い。レイテンシー時間は、信号取得の開始時間と、ADCからデータをフェッチできる時間です。通常、このレイテンシー時間は秒単位で定義されます。ただし、一部のデータシートでは、このパラメータを変換サイクルと呼んでいます。特定のADCでは、データが1つの変換サイクル内でフェッチできる場合、1つの会話サイクルの遅延があると言えます。また、データがNサイクル後に利用可能である場合、1変換サイクルのレイテンシがあると言えます。SAR ADCの主な欠点は、設計の複雑さと製造コストです。
SARADCのアプリケーション
これは最も一般的に使用されるADCであるため、患者に埋め込むことができる生物医学装置での使用など、多くのアプリケーションに使用されます。これらのタイプのADCは、消費電力が非常に少ないために使用されます。また、多くのスマートウォッチやセンサーがこのタイプのADCを使用していました。
要約すると、このタイプのADCの主な利点は、低消費電力、高分解能、スモールフォームファクタ、および精度であると言えます。このタイプの文字は、統合システムに適しています。主な制限は、サンプリングレートが低いことと、DACであるこのADCを構築するために必要な部品、およびコンパレータである可能性があります。正確な結果を得るには、両方とも非常に正確に動作する必要があります。