アナログデジタルコンバーターの目的、分類、動作原理

アナログデジタルコンバーター (ADC) と呼ばれる電子デバイスは、アナログ信号をデジタル信号 (読み取り可能なバイナリコードタイプシーケンスで) に変換するために使用されます。アナログ信号をデジタルに変換するプロセスでは、サンプリング、量子化、コーディングが実行されます。

サンプリングは、互いに続くクロック信号の特定の間隔と持続時間に関連する瞬間に降下する個々の（離散的）値の時間連続アナログ信号からサンプルを取得することとして理解されます。

量子化には、サンプリング中に選択されたアナログ信号の値を最も近い量子化レベルに丸めることが含まれます。量子化レベルには独自のシーケンス番号があり、これらのレベルは固定デルタ値によって互いに異なります。これは量子化ステップにほかなりません。

厳密に言うと、サンプリングは連続関数を一連の離散値として表すプロセスであり、量子化は信号 (値) をレベルに分割することです。符号化に関しては、ここでは、符号化は、量子化の結果として得られた要素と、所定の符号の組み合わせとの比較として理解される。

電圧をコードに変換するには多くの方法があります。さらに、各方法には、精度、速度、複雑さなどの個別の特性があります。 ADCは変換方式の種類により3つに分類されます

各方法では、時間の経過とともに信号を変換するプロセスが独自の方法で進行するため、この名前が付けられています。違いは、量子化とエンコードの実行方法 (デジタル結果を変換された信号に近似するシリアル、パラレル、またはシリアルパラレル手順) にあります。

並列アナログデジタルコンバータの図を図に示します。並列 ADC は、最速のアナログ - デジタルコンバータです。

電子比較デバイスの数 (DA コンパレータの総数) は ADC の容量に対応します。2 ビットには 3 つのコンパレータ、3 には 7 つ、4 には 15 つなど、十分な数があります。抵抗分圧器は、一定の基準電圧の範囲を設定するように設計されています。

入力電圧 (この入力電圧の値はここで測定されます) はすべてのコンパレータの入力に同時に加えられ、この抵抗分圧器によって取得できるすべてのコンパレータのすべての基準電圧と比較されます。

非反転入力にリファレンス(分圧器によって反転入力に加えられる)より大きい電圧が供給されるコンパレータは、出力に論理1を出力し、残り(入力電圧がリファレンス以下の場合)を出力します。ゼロ) はゼロになります。

次にエンコーダが接続され、そのタスクは 1 と 0 の組み合わせを、十分に理解されている標準のバイナリコードに変換することです。

シリアル変換用の ADC 回路はパラレルコンバータ回路ほど高速ではありませんが、コンパレータ、AND ロジック、クロック、カウンタ、およびデジタル/アナログコンバータを使用する単純な基本設計を備えています。

図は、そのような ADC の図を示しています。たとえば、コンパレータ回路の入力に印加される測定電圧が 2 番目の入力 (基準) のランプ信号より高い間、カウンタはクロックジェネレータのパルスをカウントします。測定された電圧はカウントされたパルス数に比例することがわかります。

直並列 ADC もあり、アナログ信号をデジタル信号に変換するプロセスが空間的に分離されているため、最小限の複雑さで最大のトレードオフ速度が達成されることがわかります。