- ¿Qué es un ADC de aproximación sucesiva?
- Trabajo de ADC de aproximación sucesiva
- Tiempo de conversión, velocidad y resolución de ADC de aproximación sucesiva
- Ventajas y desventajas de ADC de aproximación sucesiva
- Aplicaciones de SAR ADC
Un convertidor de analógico a digital (ADC) es un tipo de dispositivo que nos ayuda a procesar los datos caóticos del mundo real en un punto de vista digital. Para comprender datos del mundo real como temperatura, humedad, presión, posición, necesitamos transductores, todos miden ciertos parámetros y nos devuelven una señal eléctrica en forma de voltaje y corriente. Dado que la mayoría de nuestros dispositivos hoy en día son digitales, es necesario convertir esas señales en señales digitales. Ahí es donde entra en juego el ADC, aunque hay muchos tipos diferentes de ADC, pero en este artículo, vamos a hablar sobre uno de los tipos de ADC más utilizados que se conocen como ADC de aproximación sucesiva.. En un artículo anterior, hemos hablado sobre la base de ADC con la ayuda de Arduino, puede verificarlo si es nuevo en la electrónica y desea aprender más sobre ADC.
¿Qué es un ADC de aproximación sucesiva?
El ADC de aproximación sucesiva es el ADC de elección para aplicaciones de resolución media a alta de bajo costo, la resolución para los ADC de SAR varía de 8 a 18 bits, con velocidades de muestreo de hasta 5 megamuestras por segundo (Msps). Además, se puede construir en un factor de forma pequeño con bajo consumo de energía, razón por la cual este tipo de ADC se usa para instrumentos portátiles que funcionan con baterías.
Como su nombre lo indica, este ADC aplica un algoritmo de búsqueda binaria para convertir los valores, razón por la cual el circuito interno puede estar funcionando a varios MHZ pero la frecuencia de muestreo real es mucho menor debido al algoritmo de aproximación sucesiva. Discutiremos más sobre esto más adelante en este artículo.
Trabajo de ADC de aproximación sucesiva
La imagen de la portada muestra el circuito ADC de aproximación sucesiva básica. Pero para entender un poco mejor el principio de funcionamiento, usaremos una versión de 4 bits. La siguiente imagen muestra exactamente eso.
Como puede ver, este ADC consta de un comparador, un convertidor de digital a analógico y un registro de aproximación sucesivo junto con el circuito de control. Ahora, cada vez que comienza una nueva conversación, el circuito de muestreo y retención muestrea la señal de entrada. Y esa señal se compara con la señal de salida específica del DAC.
Ahora digamos que la señal de entrada muestreada es de 5,8 V. La referencia del ADC es 10V. Cuando comienza la conversión, el registro de aproximación sucesivo establece el bit más significativo en 1 y todos los demás bits en cero. Esto significa que el valor se convierte en 1, 0, 0, 0, lo que significa que, para un voltaje de referencia de 10 V, el DAC producirá un valor de 5 V que es la mitad del voltaje de referencia. Ahora, este voltaje se comparará con el voltaje de entrada y, en función de la salida del comparador, se cambiará la salida del registro de aproximación sucesivo. La imagen de abajo lo aclarará más. Además, puede consultar una tabla de referencia genérica para obtener más detalles sobre DAC. Anteriormente, hemos realizado muchos proyectos sobre ADC y DAC, puede consultarlos para obtener más información.
Esto significa que si Vin es mayor que la salida del DAC, el bit más significativo permanecerá como está y el siguiente bit se establecerá para una nueva comparación. De lo contrario, si el voltaje de entrada es menor que el valor DAC, el bit más significativo se establecerá en cero y el siguiente bit se establecerá en 1 para una nueva comparación. Ahora, si ve la imagen de abajo, el voltaje DAC es de 5V y como es menor que el voltaje de entrada, el siguiente bit antes del bit más significativo se establecerá en uno, y los otros bits se establecerán en cero, este proceso continuará hasta que el alcanza el valor más cercano al voltaje de entrada.
Así es como el ADC de aproximación sucesiva cambia 1 bit a la vez para determinar el voltaje de entrada y producir el valor de salida. Y cualquiera que sea el valor en cuatro iteraciones, obtendremos el código digital de salida del valor de entrada. Finalmente, a continuación se muestra una lista de todas las combinaciones posibles para un ADC de aproximación sucesiva de cuatro bits.
Tiempo de conversión, velocidad y resolución de ADC de aproximación sucesiva
Tiempo de conversión:
En general, podemos decir que para un ADC de N bits, tomará N ciclos de reloj, lo que significa que el tiempo de conversión de este ADC será-
Tc = N x Tclk
* Tc es la abreviatura de Tiempo de conversión.
Y a diferencia de otros ADC, el tiempo de conversión de este ADC es independiente del voltaje de entrada.
Como estamos usando un ADC de 4 bits, para evitar efectos de alias, necesitamos tomar una muestra después de 4 pulsos de reloj consecutivos.
Velocidad de conversión:
La velocidad de conversión típica de este tipo de ADC es de alrededor de 2 a 5 megamuestras por segundo (MSPS), pero hay pocas que pueden alcanzar hasta 10 (MSPS). Un ejemplo sería LTC2378 de Linear Technologies.
Resolución:
La resolución de este tipo de ADC puede rondar los 8 - 16 bits, pero algunos tipos pueden llegar hasta los 20 bits, un ejemplo puede ser ADS8900B de Analog Devices.
Ventajas y desventajas de ADC de aproximación sucesiva
Este tipo de ADC tiene muchas ventajas sobre otros. Tiene alta precisión y bajo consumo de energía, mientras que es fácil de usar y tiene un tiempo de latencia bajo. El tiempo de latencia es el momento del comienzo de la adquisición de la señal y el momento en que los datos están disponibles para obtenerlos del ADC, normalmente este tiempo de latencia se define en segundos. Pero también algunas hojas de datos se refieren a este parámetro como ciclos de conversión, en un ADC en particular, si los datos están disponibles para obtener dentro de un ciclo de conversión, podemos decir que tiene una latencia de ciclo de conversación. Y si los datos están disponibles después de N ciclos, podemos decir que tiene una latencia de un ciclo de conversión. Una de las principales desventajas de SAR ADC es su complejidad de diseño y su costo de producción.
Aplicaciones de SAR ADC
Como se trata de un ADC de uso más común, se utiliza para muchas aplicaciones, como en dispositivos biomédicos que se pueden implantar en el paciente, este tipo de ADC se usa porque consume muy menos energía. Además, muchos relojes inteligentes y sensores utilizan este tipo de ADC.
En resumen, podemos decir que las principales ventajas de este tipo de ADC son el bajo consumo de energía, la alta resolución, el factor de forma pequeño y la precisión. Este tipo de carácter lo hace apto para sistemas integrados. La principal limitación puede ser su baja frecuencia de muestreo y las piezas necesarias para construir este ADC, que es un DAC, y un comparador; ambos deberían funcionar con mucha precisión para obtener un resultado preciso.