شرح محولات التماثلي إلى الرقمي Analogue to Digital Converters

محولات التماثلي إلى الرقمي (Analogue to Digital Converters (ADC

محولات التماثلي إلى الرقمي Analogue to Digital Converters

هو عبارة عملية تحويل الإشارة التماثلية إلى رقمية في صورة قيمتين هما الصفر والواحد، ولا يقدر محول التماثلي إلى رقمي تحويلها كلها لذلك يأخذ منها عينات Samples بناء على زمن أخذ العينات.

أنواع ADC

هناك العديد من أنواع محولات التماثلي إلى الرقمي ADC، وسوف نقوم بشرحها بالتفصيل في السطور القادمة.

Staircase ADC

يحتوي بداخله على محول رقمي تماثلي Digital to analog converter، توجد لدينا إشارة تماثلية حتي تستطيع معرفة الجهد لها لابد من توليد إشارة أخرى داخلية ومقارنتها عن طريق مكبر العمليات Operational Amplifier مع إشارة الدخل التماثلية وعندما تتساوي الجهود تقريبا عنده يتم معرفة الجهد للإشارة التماثلية، والذي يساعد المحول الرقمي التماثلي في الزيادة هو العداد Counter حتى يصل إلى القيمة التي تتساوي عندها الجهود تبعا للمقارن.
ويعيب هذا النوع من ADC أن كل عينة تأخذ وقتا مختلفا عن العينة الأخرى لتحويلها من التماثلي إلى الرقمي، ولا يستطيع هذا النوع معرفة الجهد بالتحديد ولكن هو يعرف الجهد المقارن له، والسرعة تتغير باستمرار حسب الجهد الداخلي.

Flash ADC

لتفادي العيوب السابقة لل Staircase ADC تم عمل Flash ADC الذي يتسم بالسرعة أكثر من النوع السابق، في هذا النوع لا تتقارن الإشارة بمكبر واحد فقط بينما تتم مقارنتها بمكبرات Operational Amplifiers عديدة فنجد مثلا في الشكل السابق 7 مكبرات عمليات وكل واحد من هذه المكبرات له جهد معين تم الحصول عليه من خلال مجزئ الجهد، ويتمر إشارة الدخل التماثلية عبر هذه المكبرات ومقارنتها لمعرفة أي جهد هي أكبر منه بسرعة كبيرة جدا ثم يمر عبر ENCODER(هي عبارة عن حساس أومجس يعطينا إشارة صفر و واحد ) مما يسمح لنا بإخراج ترميز رقمي.
يتميز هذا النوع بأنه سريع التحويل وسرعته ثابتة ولكن يعيب هذا النوع أنه يحتاج إلى عدد كبير جدا من المقارنات هذا بالإضافة إلى أنه غير دقيق.

Pipeline ADC

في هذا النوع تتدخل الإشارة التماثلية وتمر عبر مكبر عمليات واحد الذي يعمل المقارنة، وبعد ذلك يتم طرح القيمة الأصلية للدخل من القيمة التي تم مقارنتها ويتم إنتاج بت Bit، ثم يتم أخذ الباقي ومقارنته بمقارن أخر ويتم إنتاج بت Bit أخر وهكذا فنجد أن كل عملية مقارنة نتنج لنا بت Bit، مما يسهل الأمر فلو تريد الحصول على 8 بت تستخدم 8 Operational Amplifiers.
يتميز هذا النوع أنه يحتاج إلى عدد أقل من المقارنات، ويتميز بسرعة التحويل ولكن بها تأخير كبير حتى الحصول على القيمة النهائية هذا بالإضافة إلى أنه غير دقيق أيضا مثل النوع السابق.

محول التقريب المتتالي Successive Approximation ADC

لفهم هذا النوع نفترض أن لدينا جهد من صفر إلى 15 وتريد أن تعبر عنه بأربعة بت Bit يكون لدينا الصفر =(0000) وال 15 =(1111) وأريد الحصول على 11.2 فولت، طالما اننا نريد الحصول على 4 بت Bit يتم الحصول عليها في أربع خطوات، الخطوة الأولى نأخذ البت الأخير على الشمال وهو 0000 ويضع له واحد ليصبح 1000 ثم يقارنه بالقيمة المرادة وه 11.2 فولت نجد أن 1000 يمثل 8 فولت عند المقارنة نجد أن 11.2 فولت أكبر من 8 فولت لذلك يثبت الواحد ويذهب للبت الذي يليه ليحوله من صفر إلى 1 ليصبح لدينا 1100 التي تمثل لدينا قيمة 12 فولت وعند مقارنتها نجد أن 11.2 أصغر من 12 فولت نقوم بإرجاع الواحد في هذا البت مرة أخرى إلى الصفر ونجعل البت الثالث1 بدلا من الصفر ليصبح لدينا 1010 التي تمثل القيمة 10 عند المقارنة نجد أن 11.2 فولت أكبر من 10 فولت لذلك يتم تثبيت الواحد في هذا البت ثم يجعل البت الأخير واحد بدلا من الصفر ليصبح 1011 التي تمثل القيمة 11 فولت ولا تزال 11.2 فولت أكبر من 11 فولت ولكن هذه هي أقرب قيمة لها، وبذلك نكون قد قمنا بعمل أربع مقارنات لأربع بتات (4 Bits).
ويتم اختصاره إلى SAR Converter حيث أنه بداخله Successive Approximation Register هو الذي يقوم بعمليات المقارنات السابقة، ويتميز SAR Converter بسرعة التحويل مع ثباتها وتناسب السرعة مع عدد البتات.

محول الميل أو المنحدر المزدوج Integrating or Dual-slope ADC

تم اختراعها لزيادة الدقة لمحولات التماثلي إلي رقمي حيث أنه يقدر يعطي لنا أكثر من 16 بت هذا على خلاف النوع محول التقريب المتتالي Successive Approximation ADC الذي يعطي لنا حتى 16 بت فقط، فنجد أن هذا النوع من الممكن ان يعطي لنا 24 بت، فنجد من خلال الشكل السابق أنه ينتج جهد متصاعد حتى يصل إلى نقطة معينة ثم يصبح هذا الجهد متنازل، ويتميز هذا النوع بأنه أكثر دقة في التحويل ولكن يعيبه أنه بطيء حيث أنه يحتاج إلى شحن المكثف ثم تفريغه.

محول دلتا سيجما Delta-Sigma ADC

يمكن لك من خلال هذا النوع الحصول على المايكرو والميلي فولت بدقة لذلك يتميز هذا النوع بشدة دقته ولكنه بطيء

المصادر

الالكترونيات الرقمية: محولات التماثلي إلى الرقمي (Analogue to Digital Converters (ADC

دورة الالكترونيات الرقمية للمهندس وليد عيسى.

إلكترون باشا