बाहरी एडीसी के लिए मामलों का उपयोग करें


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अधिकांश माइक्रोकंट्रोलर्स (यूसी) के पास उनके परिधीय सेट के हिस्से के रूप में डिजिटल कनवर्टर (एडीसी) का एनालॉग होता है, जो कि अभूतपूर्व है क्योंकि यह दो घटकों को एक पैकेज में एकीकृत करता है। ये एडीसी आमतौर पर पंजीकृत मैप के रूप में अच्छी तरह से होते हैं, जो डेटा को जल्दी और आसानी से निकालने की अनुमति देता है।

इस तंग एकीकरण के बावजूद, आप अभी भी बाहरी एडीसी खरीद सकते हैं। मैं इनके लिए कई मामले देख सकता हूं:

  • एडीसी को यूसी से अलग करने की आवश्यकता है।
  • एडीसी के नमूनों की बिट गहराई को यूसी के एडीसी से अधिक होना चाहिए।
  • सूक्ष्मतम से वोल्टेज माइक्रोकंट्रोलर से दूर है और लंबी एनालॉग लाइनें स्वीकार्य नहीं हैं।
  • भाव के लिए वोल्टेज कठोर वातावरण में है जो यूसी के लिए अनुकूल नहीं है।
  • बाहरी एडीसी यूसी के एडीसी की तुलना में बहुत तेजी से नमूने लेता है।
  • कुछ नमूने के लिए संदर्भ वोल्टेज दूसरों की तुलना में अलग है, जिसके लिए कई Vref पिन (और इस प्रकार कई बाहरी ADCs) की आवश्यकता होती है।
  • वर्तमान यूसी में पर्याप्त एडीसी चैनल नहीं हैं और नया यूसी लगाने की लागत निषेधात्मक है।
  • बाहरी एडीसी यूसी के एडीसी की तुलना में कम बिजली की खपत करता है (मुझे विश्वास करने के लिए एक उदाहरण की आवश्यकता होगी)।
  • ADC चैनलों को एक साथ (दुर्लभ परिदृश्य) नमूना लेना चाहिए।
  • विनिर्माण समय में प्रोग्रामिंग फर्मवेयर की लागत अधिक महंगी एडीसी भाग (अप्रभावी) की लागत से आगे निकल जाती है।
  • पीसीबी में जगह की कमी है और कोई भी यूसी फिट नहीं हो सकता है (संभावना नहीं)।

यह सब अच्छी तरह से और अच्छा है, लेकिन मुझे जितना अजीब लगता है, यह है कि बाहरी एडीसी आमतौर पर अपने यूसी समकक्षों की तुलना में थोड़ा सा pricier होते हैं, फिर भी समान कार्यक्षमता प्रदान करते हैं। उदाहरण के लिए, आप EFM32Z भाग को 12bit 1Msps ADC (आंतरिक संदर्भ के साथ) के साथ लगभग $ 1 के लिए खरीद सकते हैं, या आप लगभग 12bit 200ksps ADC को $ 3.50 (समान गति (ish, अपेक्षाकृत समान पावर नंबर, आदि) और) के लिए खरीद सकते हैं एक ही कार्य (ADC डेटा निकालना) करें।

फिर सवाल यह हो जाता है: क्या ऐसे कारण हैं जो एक इंजीनियर एक बाहरी एडीसी को एक यूसी के एडीसी पर पसंद करेंगे जब बाद वाला एक ही कार्यक्षमता का प्रदर्शन कर सकता है?


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कुछ नमूना स्थानों में संकेत प्रसंस्करण की तरह एक साथ नमूना वास्तव में एक बहुत ही सामान्य परिदृश्य है।
जेसन आर

जवाबों:


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यदि आपके माइक्रोकंट्रोलर का आंतरिक एडीसी वह कार्य करता है जिसकी आपको आवश्यकता है तो उसे नहीं, बाहरी एडीसी की कोई आवश्यकता नहीं है। लेकिन फिर, यह नहीं है कि वे किसके उद्देश्य से हैं।

आपने बाहरी एडीसी के अधिकांश कारणों को कवर किया है, लेकिन कुछ और भी हैं, और मेरी राय में, वे कुछ सबसे महत्वपूर्ण कारण हैं:

  1. आपको एक अलग नमूनाकरण तकनीक की आवश्यकता है - उदाहरण के लिए आंतरिक एडीसी एसएआर है, लेकिन आपको डेल्टा सिग्मा करने की आवश्यकता है।
  2. आंतरिक ADC, क्योंकि यह आंतरिक है, और मुख्य MCU के समान ही मरता है, बाकी MCU के शोर से कभी भी 100% मुक्त नहीं होगा, इसलिए बाहरी कम शोर से बाहरी बनाना संभव होगा
  3. आपकी माइक्रोकंट्रोलर / SoC / FPGA की पसंद का कोई ADC नहीं है। बाद के दो सबसे अधिक संभावना है - सबसे आम SoCs और FPGAs के पास कोई भी ADC नहीं है। हां, आप ऐसा कर सकते हैं जो करते हैं, लेकिन कई नहीं करते हैं। तो आप एक बाहरी जोड़ते हैं।

बिंदु 3 के लिए, उदाहरण के लिए रास्पबेरी पाई लें। इसमें कोई एडीसी उपलब्ध नहीं है, आपको किसी भी एनालॉग काम को करने के लिए एक बाहरी एक को जोड़ना होगा।


अब यह दिलचस्प है। जब यह शोर आता है, इसके बजाय एक बाहरी एडीसी प्राप्त करने के लिए भुगतान करने के बजाय, एक ही परिणाम एक उच्च बिट-गहराई यूसी एडीसी प्राप्त करने और नमूना परिणाम के कम से कम महत्वपूर्ण बिट्स की अनदेखी करके प्राप्त किया जाएगा (यह स्पष्ट रूप से अतिरिक्त रूपांतरण समय से मानता है कि अतिरिक्त बिट्स एक आवेग कारक नहीं है)।
TRISAbits

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आफ्टर-फैक्ट सिग्नल प्रोसेसिंग केवल उन प्रक्रियाओं के शोर से मदद कर सकता है जो नमूना समय से स्वतंत्र हैं (और इस तरह "यादृच्छिक" शोर का योगदान करते हैं)। एक प्रोसेसर सिस्टम में बहुत अधिक शोर बिजली-आपूर्ति और जमीन लोडिंग में भिन्नता का परिणाम होगा जो नमूना प्रक्रिया के लिए कुछ हद तक सिंक्रनाइज़ होते हैं; इनसे बचने का एक ही तरीका है कि ADC अपनी अलग आपूर्ति रेल का उपयोग करे। ध्यान दें कि पूर्ण अलगाव आवश्यक नहीं है, क्योंकि कई ADCs आसानी से एनालॉग और डिजिटल VDD / VSS के बीच 100mV या तो सहन कर सकते हैं।
सुपरकैट

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बाहरी एडीसी के पक्ष में एक और कारण:

  1. कई बाहरी एडीसी भागों में अंतर इनपुट शामिल होते हैं, जबकि माइक्रोकंट्रोलर के अंतर्निर्मित कन्वर्टर्स अक्सर नहीं होते हैं। ऐसे मामलों में जहां इनपुट में बहुत अधिक सामान्य-मोड शोर होते हैं, यह बहुत महत्वपूर्ण हो सकता है।

  2. कई बाहरी एडीसी भागों में कनवर्टर के पहले एक एम्पलीफायर चरण शामिल होता है, इस प्रकार कनवर्टर सीधे उच्च-प्रतिबाधा संकेत को मापने की अनुमति देता है। कई माइक्रोकंट्रोलर पर, इनपुट सिग्नल का नमूना लेने का कार्य इसे परेशान कर सकता है। इनपुट सिग्नल की प्रकृति के आधार पर, यह सटीक माप बनाने के लिए आवश्यक अधिग्रहण समय को काफी बढ़ा सकता है।

  3. यहां तक ​​कि अगर एक आंतरिक एडीसी बारह बिट्स चौड़ा है, तो आमतौर पर इसका मतलब यह नहीं होगा कि यह 4096 में एक हिस्से पर सटीक रीडिंग लेता है। एक विशिष्ट बाहरी एडीसी में अक्सर एक आंतरिक की तुलना में बेहतर विनिर्देशन होंगे, भले ही दोनों में एक ही विज्ञापित बिट गहराई हो।

एक माइक्रोकंट्रोलर पर एडीसी को एकीकृत करना आसान है। एक अच्छा एडीसी को एकीकृत करना बहुत कठिन है। ऐसा लगता है जो अधिक आम है।


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एसएआर एडीसी चार्ज इंजेक्शन से थोड़ा पीड़ित होते हैं, क्योंकि नमूना संधारित्र सरणी को इनपुट से जोड़ने पर जो कुछ मापा जा रहा है वह बाधित होता है। यदि इनपुट स्रोत जल्दी से ठीक नहीं होता है, तो यह माप त्रुटि का कारण बनता है। अधिक रिज़ॉल्यूशन के लिए आमतौर पर एक बड़े आंतरिक नमूने की क्षमता की आवश्यकता होती है। डेल्टा-सिग्मा रिज़ॉल्यूशन केवल एक डिजिटल काउंटर का विस्तार करने पर निर्भर करता है। (हालांकि अच्छे उच्च-रिज़ॉल्यूशन वाले INL / DNL स्पेक्स हासिल करने के लिए मामूली नहीं हैं।)
MarkU

@ सुपरकैट: मैंने कभी भी एम्पलीफायर चरण को रूपांतरण का हिस्सा नहीं माना था। यह दिलचस्प सर्किट नमूनाकरण रास्ते खोलता है।
TRISAbits

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@ मर्कू: मैंने कुछ सर्किटों में आरोप-इंजेक्शन मुद्दा देखा है। उत्सुकता से, कुछ कन्वर्टर्स पिछले सैंपल वैल्यू की ओर इनपुट चार्ज करने की कोशिश करने लगते हैं (जो भी इनपुट आखिरी बार सैंपल किया गया था), कुछ इसे शून्य की ओर चार्ज करने की कोशिश करते हैं, और कम से कम एक मनमाना ("बेतरतीब ढंग से") लगता है कि इसे एक उच्चतर चार्ज करें या कम वोल्टेज जो मैंने पाया बल्कि कष्टप्रद है। मुझे समझ में नहीं आता कि एक हिस्सा बाद में क्यों करेगा; यहां तक ​​कि अगर इसे किसी चीज की ओर चार्ज करना होता है, तो लगातार शून्य की ओर चार्ज करना कुछ "यादृच्छिक" मूल्य की ओर चार्ज करने से बेहतर होगा।
सुपरैट

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कुछ बाहरी एडीसी के मौजूद होने का एक और कारण: वे आंतरिक एडीसी के साथ माइक्रो की तुलना में बहुत अधिक लंबे समय तक रहे हैं, और कई उत्पादों में डिज़ाइन किए गए हैं। संभवतः 20 या 30 वर्ष अधिक। (शायद एसओआईसी भाग के लिए मामला जुड़ा नहीं है, हालांकि यह एक क्लासिक हिस्से का आधुनिकीकृत डाई-सिकुड़ा रूप हो सकता है)

जहाँ ADC में तारकीय रिज़ॉल्यूशन, सटीकता या गति नहीं है, फिर भी प्रीमियम मूल्य का आदेश देता है, यही कारण हो सकता है।

यहां तक ​​कि नए डिजाइनों के लिए यह एक नए हिस्से के आसपास फिर से इंजीनियर के बजाय (फिर भी एकीकरण बीओएम लागत को कम करता है) के बजाय ब्लॉक का उपयोग करने के लिए बेहतर हो सकता है। वह पुनरुद्धार महंगा हो सकता है; परीक्षण और विनियामक अनुमोदन प्रक्रिया, और भी बहुत कुछ।

अब यदि आप स्क्रैच से शुरू कर रहे हैं, और आपके चुने हुए माइक्रोकंट्रोलर में पर्याप्त एडीसी चैनल हैं जो आपकी आवश्यकताओं को पूरा करते हैं, तो उपरोक्त में से कोई भी लागू नहीं होता है।


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मुझे लगता है कि यह एक बहुत पुराना सवाल है, लेकिन यह एक ऐसा सवाल है जिस पर हम आंतरिक रूप से बहुत बार बहस करते हैं।

आप सही हैं, बाहरी एडीसी चुनना असामान्य होगा यदि बाहरी संस्करण बिल्कुल था कार्यात्मक रूप से समकक्ष था। हालांकि, मेरे अनुभव में, कम लागत वाले माइक्रोस में आमतौर पर तापमान बहाव, कम बिट काउंट (10 - 12 बिट) और कुछ मामलों में वीसीसी (+/- 20mV) से शोर के साथ बहुत घटिया एडीसी होते हैं ... हालांकि उलटा सच हो सकता है। यदि आप ओवर-सैंपल और शोर उपस्थित करते हैं तो आप एस / एन में सुधार कर सकते हैं। हमारे उत्पाद विकास गतिविधियों में, ADC की गुणवत्ता के भीतर मौजूद MCU के हमारे चयन को आधार बनाना काफी दुर्लभ है। आमतौर पर यह टूलचेन, लागत, मौजूदा फर्मवेयर आदि के बारे में अधिक है। आंतरिक एडीसी आमतौर पर बैटरी वोल्टेज को पढ़ने जैसे गैर महत्वपूर्ण कार्यों तक सीमित होते हैं।

विभिन्न माइक्रो के साथ, साझा टाइमर के साथ भी समस्याएं हो सकती हैं, जिन्हें तेजी से नमूनाकरण समय के लिए एकाधिकार की आवश्यकता होती है, लेकिन एडीसी के लिए एकाधिकार होने पर एमसीयू (सॉफ्टवेयर सीरियल पोर्ट, आईएसआर आदि) में अन्य चीजों के साथ हस्तक्षेप करना पड़ता है।

इसके अलावा, VREF क्या है? यदि आप फर्मवेयर में एक संदर्भ के रूप में वीसीसी का उपयोग कर रहे हैं, भले ही आप "वास्तविक" वीसीसी के लिए कैलिब्रेट करते हैं, तो यह मान ऑपरेशन के दौरान बहुत नाटकीय रूप से उतार-चढ़ाव कर सकता है। यदि आपके पास ऑन-बोर्ड हाई-करंट डिवाइस (रेडियो, वाईफाई, MCU आदि) बड़े क्षणिक करंट यूज के साथ है, तो VCC एक ट्रांसमिट के दौरान 4.8 वोल्ट तक डुबकी लगा सकता है और यदि आपका नमूना उस विंडो के दौरान होता है, और आप भोलेपन से 0-1023 कन्वर्ट ADC ने ADC_VAL / 1023 * 5.0 के साथ वोल्टेज के मान को पढ़ा - आपने सटीक 200mV खो दिया है। या, यदि आपके पास अलग-अलग पावर मोड (यूएसबी, वॉल वार्ट, बैटरी) हैं - एमसीयू में वीसीसी बदल सकता है (विशेषकर यूएसबी के साथ)। बाहरी एडीसी (यहां तक ​​कि एक ही बिट गणना के साथ) अस्थिर VCC परिस्थितियों में रॉक सॉलिड इंटरनल vref प्रदान कर सकता है।

संकल्प बहुत महत्वपूर्ण है। मैं कल्पना करता हूं कि 10-12 बिट्स के रिज़ॉल्यूशन के लिए कुछ उपयोग (वास्तविक दुनिया में) है, लेकिन किसी भी तरह के रियल-वर्ल्ड एप्लिकेशन (गैस का पता लगाने, ध्वनिक माप, एक्सेलेरोमीटर माप, सटीक तापमान माप, आदि) के लिए 16-बिट आमतौर पर है शोर और संकल्प विशेषताओं के लिए पर्याप्त संकेत प्राप्त करने के लिए न्यूनतम रिज़ॉल्यूशन। यहां तक ​​कि Atmel के SAMD जैसे 32-बिट MCU 12-बिट आंतरिक ADCs तक सीमित हैं।

घड़ी घबराना भी एक समस्या है और कुछ अंतर्निहित आवेग भी है जब अन्य 8-बिट माइक्रो को 12-बिट व्यापक पढ़ने की आवश्यकता होती है और इसे 12-बिट मान में हेरफेर करने के लिए कम से कम 2 घड़ी चक्र की आवश्यकता होती है, जो सच नहीं हो सकता है एक बाहरी एडीसी के साथ (क्योंकि वे आंतरिक दोलक हो सकते हैं)।

ऐसे समय भी होते हैं जब आपके ट्रांसड्यूसर के साथ शारीरिक निकटता और एमसीयू से अलगाव महत्वपूर्ण है। कुछ बहुत ही संवेदनशील ट्रांसड्यूसर को 0.01% पैसिव्स के साथ अपनी खुद की वातानुकूलित शक्ति, अलग-थलग जमीन के विमानों और बेहद संवेदनशील ट्रांसपेरिडेंस चॉपर एम्पी की आवश्यकता होती है।

कभी-कभी आंतरिक एडीसी का उपयोग करने के लिए आकर्षक कारण होते हैं। डीएमए एक कारण है ... नमूना दर एक और है। ओवरसैंपलिंग की आसानी एक और है। बाहरी एडीसी को उच्च डेटा दरों पर रखने से बहुत सारे मूल्यवान मल्टीप्लेक्स I / O पिन खा सकते हैं और अधिक जटिल डिजाइन के लिए बना सकते हैं। इसके अलावा, हमने जिन ADCs का उपयोग किया है उनमें से कई I2C आधारित हैं, इसलिए नमूनाकरण दर I2C बस की गति से बहुत सीमित है। 1mbits / sec पर भी, 16-बिट पढ़ा एक दर्दनाक लंबे समय तक ले जाता है।


यह उत्कृष्ट अंतर्दृष्टि है! जैसा कि वर्षों से चला गया है (और मेरा अनुभव बढ़ा है) मुझे सहमत होना होगा: आंतरिक एमसीयू एडीसी बल्कि घटिया हो सकते हैं।
TRISAbits
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