ADCs 8 या 16 के बजाय 10 बिट का उपयोग क्यों करते हैं?

Question

ऐसा क्यों है कि अधिकांश ADCs, Arduino पर लोगों की तरह , 8 या 16 बिट के बजाय 10 बिट रिज़ॉल्यूशन देते हैं?

यह सिर्फ अजीब लगता है कि वे मानक डेटा आकारों से मेल नहीं खाते, विशेष रूप से एकीकृत लोगों पर।

Comments

चिंताएं डेटा चौड़ाई पर नहीं हैं। संकल्प की आवश्यकता और लागत पर अधिक संभावना।

— रिचाइकियानल

वे "मानक डेटा आकार" से मेल क्यों खाएंगे?

— user253751

Answer 1

16 बिट्स को परिवर्तित करने के लिए SAR (क्रमिक सन्निकटन) ADC का विस्तार करने के साथ कोई बड़ी तकनीकी समस्या नहीं है, लेकिन मुद्दा यह है कि आप एनालॉग फ्रंट-एंड के शोर फ्लोर को देखना शुरू करते हैं। इससे ग्राहकों को घबराहट होती है क्योंकि वे ADC कोड को कूदते हुए देखते हैं, और हमेशा यह महसूस नहीं करते हैं कि वे दसियों microvolts के विचलन को देख रहे हैं।

5.00 वी संदर्भ वोल्टेज और 10-बिट एडीसी मानते हुए, एलएसबी 4.88 एमवी (5 वी × 2 ^-10 ) के वोल्टेज का प्रतिनिधित्व करता है । एक 5-वी संदर्भ के साथ 16-बिट एडीसी के लिए, एलएसबी वोल्टेज 76 -V होगा।

लेकिन एक डिजिटल सिस्टम में बिजली की आपूर्ति बिल्कुल 5 वी वी नहीं है, यह आमतौर पर 4.75 वी से 5.25 वी की सीमा में निर्दिष्ट किया जाता है। जब भी माइक्रोकंट्रोलर के अंदर एक स्विचिंग क्षणिक घटना होती है, तो वर्तमान की थोड़ी सी पल्स होती है जो आपूर्ति का कारण बनती है चिकोटी काटने के लिए वोल्टेज। यदि LSB 5 mV के आस-पास है, तो आप शायद ही इसे देख पाएंगे, लेकिन 76 levelV स्तर पर यह शोर नहीं देखना मुश्किल है।

वास्तव में, एक बार जब आप पिछले 12-बिट एडीसी प्राप्त करते हैं, तो आपको वास्तव में डिजिटल बिजली की आपूर्ति का उपयोग करने के बजाय एनालॉग वोल्टेज संदर्भ की आवश्यकता होती है। ताकि कुछ और लागत बढ़े। सर्वोत्तम परिणामों के लिए यह वोल्टेज संदर्भ वास्तव में एक अलग चिप होना चाहिए, जिसकी अपनी बिजली लाइनें हैं, और आदर्श रूप से यह गर्म / शोर डिजिटल सर्किटरी से दूर होना चाहिए।

यदि आप चाहते हैं कि एक 16-बिट ADC अच्छी स्थिर रीडिंग दे, तो आपको एक बहुत ही साफ रेफरेंस वोल्टेज और थर्मल कंट्रोल की आवश्यकता होती है, और अधिमानतः इसे किसी भी तेज़ स्विचिंग डिजिटल सिग्नल से दूर रखें ... इसलिए 16-बिट SAR को एकीकृत करना एक माइक्रोकंट्रोलर के रूप में एक ही चिप, वास्तव में उन अतिरिक्त बिट्स के उद्देश्य को हरा देगा। आप बस उन अतिरिक्त बिट्स पर यादृच्छिक शोर को मापेंगे।

ऐसे ग्राहक एप्लिकेशन हैं जो उच्च रिज़ॉल्यूशन एडीसी का उपयोग करते हैं। जिस कंपनी में मैं काम करता हूं, वह इनमें से काफी कुछ बनाती है। स्वचालित परीक्षण उपकरण (ATE), मेडिकल अल्ट्रासाउंड और कुछ अन्य विशिष्ट प्रकार के ग्राहक उच्च-रिज़ॉल्यूशन ADCs का उपयोग करते हैं, कुछ मामलों में 18- या 24-बिट भी।

उच्च-रिज़ॉल्यूशन एडीसी का उत्पादन परीक्षण समय लेने वाला है (और इसलिए महंगा है)। जिन ग्राहकों को इस तरह के प्रदर्शन की आवश्यकता होती है, वे बाहरी स्टैंडअलोन एडीसी के लिए प्रीमियम का भुगतान करते हैं, न कि सस्ते एसएआर प्रकारों के लिए जो कई आधुनिक माइक्रोकंट्रोलर में निर्मित होते हैं।

फिर रडार या डिजिटल सैंपलिंग ऑसिलोस्कोप जैसे उच्च गति वाले अनुप्रयोग हैं, जिन्हें 100 मेगाहर्ट्ज या तेज दरों पर नमूना लेने की आवश्यकता है - इन गति पर, आप 8 सार्थक बिट प्राप्त करने के लिए भाग्यशाली हैं।

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ADCs के साथ मेरा पहला अनुभव बिल्कुल विपरीत था। मैं बहुत कम बिट देखने के लिए आश्चर्यचकित था नहीं एक छोटे से उतार चढ़ाव हो।

— जॉन ड्वोरक

जब कम आवृत्ति या डीसी संकेतों को मापने की कोशिश की जाती है तो काउंटरइन्टुइटिवली यह वास्तव में बेहतर हो सकता है कि सभी इनपुट संकेतों के लिए नीचे की ओर थोड़ा सा उतार-चढ़ाव करने के लिए पर्याप्त एनालॉग शोर वाला सिस्टम हो। शोर को औसत से कम किया जा सकता है, लेकिन यदि आपका एडीसी एक मूल्य पर अटक गया है, तो इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि आप कितना औसत परिणाम प्राप्त करेंगे।

— पीटर ग्रीन

आधुनिक तकनीक के साथ, आप कई दसियों gsps दरों पर 8 सार्थक बिट्स खरीद सकते हैं। :)

— ओकाड

Answer 2

संकल्प और लागत के बीच व्यापार बंद।

8 बिट्स 2 ⁸ = 256 संयोजन देता है, जिनमें से 0 एक है, जिससे 0 से 255 तक संभव है डिजिटल मान। यह कई अनुप्रयोगों के लिए पर्याप्त नहीं है। प्रत्येक अतिरिक्त बिट रिज़ॉल्यूशन को दोगुना करता है और 10-बिट 1024 कदम देता है जो कि अधिकांश प्रोजेक्ट सामान के लिए पर्याप्त है। बेहतर रिज़ॉल्यूशन के लिए औद्योगिक सिस्टम 12-बिट का उपयोग कर सकता है।

उच्च रिज़ॉल्यूशन एडीसी को सख्त सहनशीलता की आवश्यकता होती है और निर्माण के लिए अधिक महंगा होता है।

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क्या मुझे अपने कैमरे में कई मिलियन 14 बिट एडीसी पसंद नहीं हैं?

— हेगन वॉन एटिज़ेन

@HagenvonEitzen: नहीं। एक कैमरा में प्रति पिक्सेल एक ADC नहीं होता है, लेकिन एक-एक करके इसके पिक्सेल पढ़ता है। (हालांकि पूरे सेंसर के लिए इसे गति देने के लिए एक से अधिक एडीसी हो सकते हैं)।

— 14

आमतौर पर एक कैमरा लाइनों द्वारा पढ़ता है, इसलिए आपको कुछ हजार ADCs मिले हैं। एक उच्च-प्रवर्धन स्थिति (एक अंधेरे वातावरण में उच्च आईएसओ) में, आप एम्पलीफायर / एडीसी जोड़े में व्यक्तिगत भिन्नता को छवि के पार चलने वाली लाइनों के रूप में देख सकते हैं।

— मार्क

@ मार्क और उस लाइन स्कैनिंग के एक अन्य प्रभाव के रूप में, उच्च गति गति में वस्तुओं की छवियां रोलिंग शटर प्रभाव दे सकती हैं ।

— JAB

Answer 3

कई अच्छे और मान्य बिंदु पहले ही बनाए जा चुके हैं। मैंने वर्षों में बड़े पैमाने पर 8, 10, 12 और 16 बिट एडीसी का उपयोग किया है, और आजकल 4 या 5 माइक्रोसेकंड के रूपांतरण समय के साथ 16 बिट्स प्राप्त करना काफी आसान है (बेहतर उपलब्ध हैं, मैं अभ्यास करने योग्य हो सकता हूं) ज्यादातर लोगों के लिए), एक स्वसंपूर्ण चिप में। लेकिन इसमें एक सटीक सीढ़ी नेटवर्क शामिल है, जो अक्सर पतली फिल्म प्रतिरोधों और विभिन्न उच्च विशिष्ट एनालॉग डिजाइन तकनीकों का उपयोग करता है। (वहाँ भी, लगभग हमेशा, एक सटीक ADC के सर्किट में कहीं न कहीं उच्च प्रदर्शन द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर की आवश्यकता होती है, लेकिन सभी आधुनिक माइक्रोकंट्रोलर CMOS हैं, इसलिए अच्छे एनालॉग सटीकता और CMOS तर्क के साथ कुछ भी बनाने के लिए कई अतिरिक्त निर्माण कदम हैं। ) एक अच्छा एडीसी भी अधिकांश माइक्रोकंट्रोलर से अधिक खर्च करता है! बनाने में इतना आसान नहीं,

उदाहरण के लिए, TI ADS8509 पर विचार करें, जिसका पूर्ववर्ती ADS7509, बहुत तेज़ नहीं है, मैंने एक बड़े और महत्वपूर्ण प्रोजेक्ट में कई स्थानों पर उपयोग किया है।

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ads8509.pdf

यह आज के मानकों से काफी प्रफुल्लित है। फिर भी इसकी आंतरिक डिजाइन विशेषताएं माइक्रोकंट्रोलर के लिए सस्ते विनिर्माण प्रक्रिया के अनुकूल नहीं हैं। और, यह $ 15.72 से अधिक है, अधिकांश माइक्रोकंट्रोलर से अधिक है। मैंने उन्हें नंगे अर्धचालक मरने के रूप में इस्तेमाल किया, ध्यान से डिज़ाइन किए गए समर्थन सर्किट के साथ, हेर्मेटिक धातु को संकर में शामिल किया जा सकता है, और वास्तव में 1 एलएसबी पीपी शोर पर मुश्किल से मिला, इसलिए यह किया जा सकता है, अगर आपको पता है कि आप क्या कर रहे हैं, और बजट सहित संसाधनों का उपयोग करें। लेकिन आप कभी भी, माइक्रोकंट्रोलर में या उसके आसपास इस तरह के कम शोर को नहीं देख पाएंगे।

मुख्य समस्या, जैसा कि कम से कम एक व्यक्ति ने समझाया है, यह है कि डिजिटल आपूर्ति रेल पर शोर सीधे एडीसी को प्रभावित करेगा। अब आप एक अच्छा बाहरी वोल्टेज संदर्भ का उपयोग करके इसके चारों ओर प्राप्त कर सकते हैं, जहां उसके लिए एक पिन प्रदान किया जाता है, लेकिन आपको जमीन के साथ भी ऐसा करने में सक्षम होना चाहिए। और, उन पिनों को डिजिटल आपूर्ति और जमीन के कुछ सौ एमवी के भीतर विवश होना पड़ता है, या फिर बात बढ़ती है। इसके अलावा, निश्चित रूप से, सिलिकॉन के भीतर आंतरिक शोर युग्मन, तर्क से, घड़ी की आवृत्ति पर जटिल शिष्टाचार में बदलते राज्य, और इससे भी बदतर, I / O पिन से, जिनमें से कुछ ड्राइविंग और स्विचिंग 10 mA की हो सकती है, यदि आप उन्हें सीमा तक लाद दिया है। शोर, शोर और अधिक शोर ...

मैंने जो हिस्सा उद्धृत किया है (और सस्ता, तेज या अलग-अलग लोगों के लिए गूगल, लागत के मुकाबले लचीलेपन का व्यापार करता है) में एक एसपीआई इंटरफ़ेस है, इसलिए इसे आसानी से एक माइक्रोकंट्रोलर के लिए उपयोग किया जाता है, अपने स्वयं के स्थानीय ग्राउंड प्लेन, फ़िल्टरिंग आदि के साथ। , देखभाल के साथ, यह वास्तव में आपको 16 बिट्स देगा।

यह 12 बिट एडीसी में से लगभग 10 से अधिक शोर मुक्त बिट्स प्राप्त करने के लिए काफी कठिन हुआ करता था, और अभी भी एक गंदे वातावरण में है, जैसे कि डिजिटल लॉजिक के करीब, जो मोटे तौर पर प्रोसेसर चिप्स के भीतर ऑन-बोर्ड एडीसी क्यों हैं कमोबेश उस संकल्प पर अटका हुआ है, और शायद हमेशा के लिए होगा। लेकिन TI में 32 बिट बाहरी चिप है। डेटा शीट, या लागत पर ध्यान नहीं दिया गया ...

यदि आप पूर्ण सटीकता का त्याग कर सकते हैं (यानी स्केल फैक्टर 5% या उससे अधिक हो सकता है, तो डीसी ऑफसेट और समय और तापमान के साथ इसके बहाव का उल्लेख नहीं करना है, लेकिन रैखिकता उत्कृष्ट होगी) एक ऑडियो ग्रेड एडीसी आपके लिए हो सकता है। वे कम से कम 16 बिट्स हैं और बड़े पैमाने पर बाजार के लिए डिज़ाइन किए गए हैं, इसलिए अक्सर अच्छा मूल्य होता है, लेकिन एक सटीक उपकरण में एक का उपयोग करने की उम्मीद नहीं करते हैं, जिसे डीसी संकेतों को +/- 0.1% तक मापना होगा।

आपके पास एक बार में सब कुछ नहीं हो सकता। यह सब एक सवाल है जो सबसे ज्यादा मायने रखता है। परिशुद्धता, शोर, दीर्घकालिक बहाव, गति, लागत, शक्ति, इंटरफ़ेस प्रकार (सीरियल या समानांतर) आदि। इसके अलावा आप कई चैनलों को मल्टीप्लेक्स करना चाह सकते हैं, इसलिए तेजी से कदम प्रतिक्रिया समय की आवश्यकता होती है, जो कई सिग्मा-डेल्टा एडीसी को नियंत्रित करता है, जो अन्यथा कुछ बहुत अच्छे गुण हैं।

जब कोई ए.डी.सी. Google, हमेशा की तरह, आपका मित्र है। TI, रैखिक, राष्ट्रीय और विभिन्न अन्य अर्धचालक निर्माताओं से बहुत सारे लेख और एप्लिकेशन नोट हैं। हमेशा इस बात से सावधान रहें कि डेटा शीट आपको क्या नहीं बताती है, और यह देखने के लिए जांचें कि उनके प्रतियोगी किन मापदंडों पर जोर देते हैं।

लेकिन अगर आप यह सब अपने माइक्रोकंट्रोलर चिप पर चाहते हैं, तो अपनी परियोजनाओं में 10 से अधिक बिट्स (शायद 9 उपयोग योग्य, एलएसबी शोर) का उपयोग करने की योजना न बनाएं। और, अगर आपके चिप अनुमति देता है, तो अलग एनालॉग संदर्भ और जमीन की योजना बनाएं। इस तरह, आप अपना समय बर्बाद नहीं करेंगे।

Answer 4

8 बिट एडीसी 0.49% चरणों के कारण उपयोग करने के लिए भयानक हैं - मैंने इसके लिए पर्याप्त देखा है। Arduino, शौक इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए डिज़ाइन किया जा रहा है, 4 बार के रूप में कई चरणों का उपयोग करता है, इसलिए 0.1% के करीब, जो सामान्य op-amp या ट्रांजिस्टर सेंसर सर्किट से अपेक्षित शोर (प्लस hum) के लिए विश्वसनीय संकेत के करीब है। इससे बेहतर तो यह होगा कि हॉबीस्ट ग्रेड होम-निर्मित इलेक्ट्रॉनिक्स पर बर्बाद हो जाए, और इससे भी बदतर यह बहुत ही भयावह और भयानक होगा।

जब भी 16 बिट ADC व्यावसायिक रूप से उपलब्ध होते हैं, वे व्यवस्थित होने में अधिक समय लेते हैं, इस दौरान हुम या शोर स्थानांतरित हो जाता है, इसलिए आपको बेहतर माप नहीं मिलता है और यह धीमा होता है।

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शौक इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए डिज़ाइन किए जा रहे Arduinos का atmel यूसी के ऑन-चिप adc में उपलब्ध adc बिट्स की संख्या से कोई लेना-देना नहीं है। यह शौक के उपयोग के लिए एक उपयुक्त गहराई हो सकती है, लेकिन इसे कई पेशेवर गैर-

— अर्डुइनो

Answer 5

जब कोई ADC रूपांतरण करता है, तो यह निरंतर एनालॉग सिग्नल के लिए एक डिजिटल (मात्रात्मक) मान प्रदान करता है। चूंकि, रूपांतरण के क्षण में डिजिटल मूल्य बिल्कुल अनुरूप मूल्य नहीं होगा, इसलिए अंतर को एडिटिव शोर के रूप में माना जा सकता है। ADC का रिज़ॉल्यूशन एनालॉग मान से डिजिटल मूल्य के जितना अधिक होगा। दूसरे शब्दों में, हम एडीसी के बिट्स को बढ़ाकर क्वानिटाइजेशन शोर अनुपात (एसक्यूएनआर) के संकेत में सुधार करते हैं। इसलिए, 10-बिट एडीसी बेहतर है कि 8-बिट वाले (लगभग 12 डीबी द्वारा)।

एसक्यूएनआर के संदर्भ में 16-बिट ए / डी का उपयोग करना बेहतर होगा। हालांकि, वे अधिक महंगे हैं। और कई अनुप्रयोगों में 10-बिट एडीसी पर्याप्त आवश्यक एसक्यूएनआर प्रदान करता है।

Answer 6

एक सामान्य नियम के रूप में आप चाहते हैं कि आपके कोवेटर में बिट्स की संख्या ऐसी हो कि आपका क्वांटिज़ेशन स्टेप सिस्टम के (एनालॉग) शोर तल से थोड़ा या नीचे हो।

अधिक बिट्स का उपयोग करना और इसलिए शोर मंजिल के नीचे एक परिमाणात्मक कदम रखने से आपको समग्र शोर प्रदर्शन में बहुत कम सुधार मिलता है, लेकिन अधिक सिलिकॉन का उपयोग करता है या तो आपके रूपांतरण का समय लंबा हो जाता है या आपके कनवर्टर के आंतरिक भाग को तेज चलाने की आवश्यकता होती है (और इसलिए noisier)

कम बिट्स का उपयोग करना और इसलिए शोर मंजिल के ऊपर एक परिमाण कदम रखना आम तौर पर बुरा है। इसका मतलब है कि आप एनालॉग सर्किटरी के प्रदर्शन को बर्बाद कर रहे हैं और कुछ मामलों में यह व्यवस्थित त्रुटियां पैदा कर सकता है जो औसत के माध्यम से नहीं हटाया जा सकता है (वास्तव में कभी-कभी डिजाइनर जानबूझकर मात्रा के कारण व्यवस्थित त्रुटियों से बचने के लिए सिस्टम में शोर जोड़ सकते हैं)।

8 बिट्स और 16 बिट्स के बीच का अंतर बहुत बड़ा है। पूर्व एक मात्रात्मक चरण के साथ समाप्त होता है जो कि काफी खराब शोर प्रदर्शन वाले सिस्टम में भी बहुत बड़ा है। उत्तरार्द्ध किसी भी प्रणाली पर बर्बाद हो जाता है जिसमें बहुत सावधान एनालॉग डिजाइन नहीं होता है। अतः आश्चर्यजनक रूप से सूक्ष्म नियंत्रक बीच में कहीं खत्म हो जाते हैं।

ध्यान दें कि लोग अक्सर "परिमाणीकरण शोर" के बारे में बात करते हैं लेकिन यह याद रखना महत्वपूर्ण है कि "परिमाणीकरण शोर" की अवधारणा वास्तविकता का एक सरलीकृत मॉडल है जो कुछ परिस्थितियों में टूट जाता है।

Answer 7

एडीसी का सबसे आम उपयोग यकीनन ध्वनि प्रसंस्करण क्षेत्र (वीओआईपी, सीडी संगीत आदि) में है। संगीत यहाँ दिलचस्पी का नहीं है, क्योंकि इसके लिए 16 बिट्स की आवश्यकता होती है। लेकिन वीओआईपी क्या कम एडीसी बाजार ड्राइव है। वीओआईपी आमतौर पर कंपैंडिंग का उपयोग करता है, जो 12-बिट इनपुट सिग्नल से 8-बिट संकुचित पीसीएम कोड का उत्पादन करता है। कम्प्रेशन स्टेप के इनपुट में अधिक बिट्स होते हैं - आमतौर पर 12, या कभी-कभी 10 पर्याप्त हो सकते हैं (आप हमेशा सबसे कम दो बिट्स नकली कर सकते हैं)।

नतीजतन, 8-बिट एडीसी की मांग बहुत कम है, लेकिन उच्च-बिट एडीसी उच्च मांग में हैं, और इस प्रकार सस्ते में उपलब्ध हैं। Arduino संभावना घटकों का उपयोग करेगा जो सस्ते और सर्वव्यापी हैं।