در این مثال، نحوه عملکرد یک تبدیلدهنده آنالوگ به دیجیتال (ADC) از نوع سیگما-دلتا (Sigma-Delta ADC) با استفاده از تقویتکنندههای تغییرکننده ظرفیت (Switched Capacitor) نمایش داده شده است. این نوع ADC از فرآیند تقویت سیگما-دلتا (Sigma-Delta Modulation) برای تبدیل یک سیگنال آنالوگ به سیگنال دیجیتال استفاده میکند.
شرح کلی
در این سیستم، ورودی آنالوگ به ADC، یک نوسانساز (Oscillator) را کنترل میکند که پالسهایی با ولتاژ و مدت زمان ثابت تولید میکند. دوره تکرار این پالسها (فاصله بین آنها) بهطور معکوس با مقدار ورودی آنالوگ متناسب است. به عبارت دیگر، هرچه سطح ولتاژ ورودی آنالوگ بالاتر باشد، فاصله بین پالسها کمتر میشود و بالعکس.
این پالسها سپس در یک بازه زمانی ثابت نتیجهگیری میشوند (Integrated) تا یک نمایش دیجیتال از سیگنال آنالوگ بهدست آید. این فرآیند بهخوبی نمونهبرداری و کوانتیزه کردن سیگنال را انجام میدهد و دقت بالایی را فراهم میکند.
ساختار مدار
این مدل شامل زیرسیستمهایی مانند:
- Summer و Integrator 1 Subsystem: این بخش مسئول جمعکردن سیگنالهای ورودی و ادغام آنها در یک بازه زمانی مشخص است.
- SC Integrator Subsystem: این بخش از تغییرکنندههای ظرفیت (Switched Capacitor) برای ادغام دیجیتال سیگنال استفاده میکند. این مدار بهخوبی عملکرد یک ادغامکننده آنالوگ را شبیهسازی میکند.
نتایج شبیهسازی
نتایج شبیهسازی این مدل از طریق سیستم ثبت دادههای سیمسکیپ (Simscape Logging) بهدست آمده است. نمودار زیر، ورودی و خروجی مدار تبدیلدهنده آنالوگ به دیجیتال را نمایش میدهد:
کلمات کلیدی و توضیحات
- تبدیلدهنده آنالوگ به دیجیتال (ADC): دستگاهی که سیگنالهای آنالوگ را به فرمت دیجیتال تبدیل میکند.
- تقویت سیگما-دلتا (Sigma-Delta Modulation): یک روش فشردهسازی سیگنال که از طریق نمونهبرداری با فرکانس بالا و کوانتیزه کردن با دقت پایین، دقت بالایی را فراهم میکند.
- تغییرکننده ظرفیت (Switched Capacitor): یک مدار الکترونیکی که از ظرفیتهای الکترولیتی و سوئیچهای دیجیتال برای شبیهسازی عملکرد مقاومت یا ادغامکننده استفاده میکند.
- نتیجهگیری (Integration): فرآیند جمعکردن مقدار یک سیگنال در یک بازه زمانی مشخص.
- سیمسکیپ الکتریکال (Simscape Electrical): یک نرمافزار شبیهسازی مدار الکتریکی که امکان مدلسازی دقیق مدارهای الکترونیکی را فراهم میکند.
همه چیز، یکجا، آماده دانلود!
لینک دانلود ویژه اعضا سایت
چه کاربردهایی برای ADC سیگما-دلتا وجود داره؟
•سنسورهای دما و فشار
•ضبط صوت و پخش
•سیستمهای پزشکی
•میکروکنترلرها و دستگاههای الکترونیکی
•تجهیزات صنعتی با نیاز به دقت بالا
و محدودیت هاش
•فرکانس نمونهبرداری بالا ممکنه باعث افزایش مصرف انرژی بشه.
•مدارهای داخلی این ADC پیچیدهتر از ADCهای سادهتر مثل ADC پلهای هست.
•در کاربردهایی با نیاز به سرعت بالا ممکنه مناسب نباشه.
چرا ADC سیگما-دلتا در صوت استفاده میشه؟
چون ADC سیگما-دلتا دقت بالایی داره و میتونه فرکانسهای بالا رو بهخوبی نمونهبرداری کنه. این ویژگی باعث میشه که این ADC در کاربردهای صوتی مثل ضبط و پخش صدا استفاده بشه.
چرا دوره پالسها معکوس با ورودی آنالوگ هست؟
چون ADC سیگما-دلتا یک سیستم بازخورد داره. هرچه سطح ولتاژ ورودی بالاتر باشه، فاصله بین پالسها کمتر میشه و این به معنای افزایش تعداد پالسها در یک بازه زمانی مشخصه. این تعداد پالسها بهعنوان یک نمایش دیجیتال از سیگنال استفاده میشه.
چرا دوره پالسها معکوس با ورودی آنالوگ هست؟
ADC سیگما-دلتا از یک نوسانساز استفاده میکنه که پالسهایی با ولتاژ و مدت زمان ثابت تولید میکنه. دوره این پالسها بهطور معکوس با مقدار ورودی آنالوگ متناسب است. سپس این پالسها در یک بازه زمانی ثابت ادغام میشوند تا یک نمایش دیجیتال از سیگنال بهدست بیاد.