موقع المهندس موقع المهندس بيت كل مهندس دائرة التقريب المتتالى
دائرة التقريب المتتالى للتغلب على التعقيد فى الدوائر، ابتكر أسلوب آخر وهو مسجل التقريب المتتالى Successive Approximation Register وهو ذو فكرة مختلفة قليلا .
لنأخذ عائلة ADC0804 و قريبتها المحول ADC0808 فالأولى هى الدائرة المفردة والثانية تحتوى ثمانى متكاملات منها مع ثمانى مداخل تماثلية مع ثلاث خطوط رقمية لتحديد أى المداخل نعالج الآن.
لدينا 256 مقاومة متماثلة تسمى R و كما علمنا أننا يمكننا أن نصنع 256 مقاومة متشابهة بدقة عالية جدا حتى 1% أو أقل لكن القيمة المطلقة لهم قد تتراوح، و أيضا النسب ستكون بنفس الدقة فالمقاومات المتماثلة هى 1:1 ويمكننا بنفس الدقة صنع 1:3 أو 1:6 أو 1:3.45 طالما أن المسألة نسبة. هذا يعزز الدقة النهائية للدائرة. هذه المقاومات تسمى سلم المقاومات أو شبكة السلم و توصل إلى خارج المتكاملة حيث يوصلها المستخدم للجهد الأعلى و الجهد الأدنى المطلوب قياسه، هذا يعطى نفس المرونة السابق شرحها فى المتكاملة السابقة.
نستبدل المقارنات السابقة (256) بمفاتيح الكترونية وهى زوج ترانزستورات موسفيت CMOS و تغذى هذه المفاتيح بمقارن واحد فقط. عند فتح أى مفتاح سيضع الجهد من المجزئ على أحد طرفى المقارن بينما على الطرف الآخر يكون جهد الدخول.
تبدأ العملية بمقارنة هذه الجهود بالدخل، ولا ننسى أن كل من هذه السويتشات أو المفاتيح له ترتيب مناظر لقيمته و يفتحه 1 و يغلقه صفر من خط مناظر لقيمته الرقمية تخرج من مسجل التقريب المتتالى successiveApproximation Register و تختصر SAR
يبدأ المسجل بمقارنة نصف القيمة فإن كانت أعلى من الدخل فعليه أن يكمل فى النصف العلوى و إلا فعليه أن يكمل فى النصف السفلى.
ثانيا يبحث فى النصف المتبقى (العلوى أو السفلى حسب ما تحدد سابقا) فيقارن منتصفة أيضا وهكذا والمثال العددى يبين بوضوح الخطة.
دائرة التقريب المتتالى نفترض جهد يناظر القيمة 135 من السلم المكون من 265 ، لا تطلب منى أن أقول كم فولت حتى لا نقول ما هى أعلى قيمة استخدمنها و ما أقل قيمة و نتوه فى حساب مجزئ جهد يخضع لقانون أوم فقط لا غير.
256 مرحلة تماثلية تعنى 8 بت رقمى وهى ستكون OOOO OOOO ، لذا سيقارن SAR المنتصف 128 وهى lOOO OOOO أو 80بنظام هيكسا فسيجد الدخل 135 أعلى من 128، فسيعتبر النصف من 129 إلى 256 و نصفها 192، فسيقارن رقم 192 أو llOO OOOOسيجده أعلى من الدخل 135. لهذا نعود للعد lOOO OOOO
إذن القيمة الصحيحة من 128 إلى 192 ونصفها 128+32= 160 فسنجرب lOlO OOOO لنجد نفس النتيجة فنعود للرقمlOOO OOOO ونجرب lOOl OOOO وهى 144 فتكون نفس النتيجة فنعود للرقم lOOO lOOO وهو 136 فيكون أعلى أيضا لذا نعود للرقمlOOO OOOO ونجرب lOOO OlOO وهو 132 فيكون أقل إذن نحتفظ بهذا العد lOOO OlOO و نستأنف فنجرب lOOO OllOفنجد أنه 134 أى أقل فنحتفظ بالرقم lOOO OllO ثم نكمل lOOO Olll والذى سيكون أخيرا 135 وهذا هو الحل.
دائرة التقريب المتتالى هكذا فى ثمان مقارنات أو بالأحرى عدد من المقارنات مساوى لعرض القيمة أو مقارنة لكل بت نصل لنتيجة سريعة.
هذه الطريقة تتطلب طرفين للقيمة العظمى والصغرى، طرف لبدء التحويل و مخرج لتحديد متى تم التحويل و مجموعة لبيانات الخرج و طبعا طرف تحكم للخرج لتتمكن من استخدام عدد من المحولات على نفس الشبكة لقياس عدد من القيم المختلفة و يتولى حاسب محلى أو ميكرو بقراءة هذه المعطيات عند اللزوم.
ماذا يحدث لو أردنا مثلا دقة 12 رقم ثنائى أو 24 رقم كما هو الحال فى معالجة الصور؟؟ هل نضع4096 مقاومة للحصول على 12 بت؟ أو 65536 لعدد 16 بت أو 16777216 أكثر من 16 مليون مقاومة؟!!
علمنا من تصنيع الدوائر المتكاملة أن المقاومات هى المستهلك الأول لشريحة السيليكون و من ثم أكثر المكونات كلفة فى الدوائر المتكاملة فمساحة مقاومة واحدة قد تكفى لصناعة مئات من الترانزستورات، لذا فهناك دائرة لا تستخدم هذا العدد من المقاومات.
فكرة الدائرة، أننا نستخدم محول عكسى أى من رقمى لتماثلى D/A و سيأتى شرحه لاحقا، و تقوم دائرة بتكوين عد ثنائى بالطريقة السابق شرحها والذى يتحول إلى تماثلى عبر المحول عكسى أى من رقمى لتماثلى D/A. يقارن هذا الجهد التماثلى مع الدخل عندما يتساوى الجهد التماثلى المولد مع جهد الدخل، يكون العد الثنائى هو الرقم المطلوب.
يمكننا تطبيق نفس المثال السابق و نفس تتابع الأحداث لأن الاختلاف الوحيد أن هناك تتم مقارنة جهد مجزئ جهد بالدخول و النتيجة تحدد البت صفر أم واحد
هنا نقارن قيمة تحويل هذه البت إلى تماثلى و النتيجة تحدد ما إن كانت تبقى واحد أم تعود صفر
هذه الطريقة تتطلب كما سبق، طرف لبدء التحويل و مخرج لتحديد متى تم التحويل و مجموعة لبيانات الخرج و طبعا طرف تحكم للخرج لتتمكن من استخدام عدد من المحولات على نفس الشبكة لقياس عدد من القيم المختلفة و يتولى حاسب محلى أو ميكرو بقراءة هذه المعطيات عند اللزوم، لكن بدلا من طرفين للقيمة العظمى والصغرى طرف واحد للمرجع والذى يحدد قيمة التحويل العظمى.
هذا هو مخطط SAR الصندوقى والذى يشرح فكرة عمله
هنا حقيقة يجب التأكيد عليها بوضوح وهى أن المحول لا يعطى قيم مطلقة فهو لا وحدات له ولكن ينسب الدخل لجهد يعطى إليه ، و من ثم يخرج عدد العد الثنائى معبرا عن هذه النسبة. تغيير هذه المراجع ستجعله يعطى النسبة الجديدة فقط. وللحصول على قيم مطلقة كأن يعطى العد 10 عند جهد 10 مللى فولت مثلا يجب اختيار مصدر جهد مرجعى مقداره 1.000 فولت أى أن نسبة الخطأ في هذا الجهد ستنعكس على القراءة الثنائية.
لهذا الغرض صممت متكاملات خاصة مثل TL431 وهى تعمل كجهد مرجعى لدوائر التحول من رقمى لتماثلى والعكس.
نقطة أخرى بالغة الأهمية، وهى أن الرقمى كما سبق الشرح فى أول موضوع عبارة عن مستويات محددة على عكس التماثلى الذى قد يأخذ أى قيمة. لو عدنا للمثال السابق حيث الدخل 135، ماذا لو كان 135.5 وهو جائز فى التماثلى و غير جائز فى الرقمى؟؟؟
الحل أننا نرى أن الرقم الأقل دائما غير دقيق، لذا دوما تعرف دقة المحول الرقمى بقيمة مثلا
1% +/- عد واحد
أى
1% ±1count
