আসুন বিভিন্ন ধরণের অ্যানালগ-টু-ডিজিটাল রূপান্তরকারী (ADCs) এর পরিচালনার নীতির জন্য দায়ী করা যেতে পারে এমন সমস্যার মূল পরিসরের দিকে নজর দেওয়া যাক। অনুক্রমিক গণনা, বিটওয়াইজ ব্যালেন্সিং - এই শব্দগুলির পিছনে কী লুকিয়ে আছে? ADC মাইক্রোকন্ট্রোলারের অপারেশন নীতি কি? এইগুলি, সেইসাথে অন্যান্য অনেক প্রশ্ন, আমরা নিবন্ধের কাঠামোতে বিবেচনা করব। আমরা প্রথম তিনটি অংশকে সাধারণ তত্ত্বে উত্সর্গ করব এবং চতুর্থ উপশিরোনাম থেকে আমরা তাদের কাজের নীতিটি অধ্যয়ন করব। আপনি বিভিন্ন সাহিত্যে ADC এবং DAC পদগুলি পূরণ করতে পারেন। এই ডিভাইসগুলির পরিচালনার নীতিটি কিছুটা আলাদা, তাই তাদের বিভ্রান্ত করবেন না। সুতরাং, নিবন্ধটি এনালগ থেকে ডিজিটাল ফর্মে সংকেত রূপান্তর বিবেচনা করবে, যখন DAC অন্যভাবে কাজ করে৷
সংজ্ঞা
ADC-এর অপারেশনের নীতি বিবেচনা করার আগে, এটি কী ধরনের ডিভাইস তা জেনে নেওয়া যাক। অ্যানালগ-টু-ডিজিটাল রূপান্তরকারীগুলি এমন ডিভাইস যা একটি ভৌত পরিমাণকে একটি অনুরূপ সংখ্যাসূচক উপস্থাপনায় রূপান্তর করে। প্রায় সব কিছু প্রাথমিক পরামিতি হিসাবে কাজ করতে পারে - বর্তমান, ভোল্টেজ, ক্যাপাসিট্যান্স,প্রতিরোধ, খাদ কোণ, পালস ফ্রিকোয়েন্সি এবং তাই। তবে নিশ্চিত হতে, আমরা শুধুমাত্র একটি রূপান্তর নিয়ে কাজ করব। এটি "ভোল্টেজ-কোড"। কাজের এই বিন্যাসের পছন্দ আকস্মিক নয়। সর্বোপরি, এডিসি (এই ডিভাইসের পরিচালনার নীতি) এবং এর বৈশিষ্ট্যগুলি মূলত কোন পরিমাপের ধারণাটি ব্যবহৃত হয় তার উপর নির্ভর করে। এটি পূর্বে প্রতিষ্ঠিত একটি মানদণ্ডের সাথে একটি নির্দিষ্ট মান তুলনা করার প্রক্রিয়া হিসাবে বোঝা যায়৷
ADC স্পেসিফিকেশন
প্রধানগুলি হল বিট গভীরতা এবং রূপান্তর ফ্রিকোয়েন্সি। পূর্বেরটি বিট এবং পরেরটি প্রতি সেকেন্ডের সংখ্যায় প্রকাশ করা হয়। আধুনিক এনালগ-টু-ডিজিটাল রূপান্তরকারী 24 বিট চওড়া বা GSPS ইউনিট পর্যন্ত হতে পারে। মনে রাখবেন যে একটি ADC আপনাকে একবারে শুধুমাত্র তার বৈশিষ্ট্যগুলির একটি প্রদান করতে পারে। তাদের কর্মক্ষমতা যত বেশি, ডিভাইসের সাথে কাজ করা তত বেশি কঠিন এবং এটি নিজেই আরও বেশি ব্যয় করে। কিন্তু সুবিধা হল যে আপনি ডিভাইসের গতিকে ত্যাগ করে প্রয়োজনীয় বিট গভীরতার সূচক পেতে পারেন।
ADC প্রকার
যন্ত্রের বিভিন্ন গ্রুপের জন্য অপারেশনের নীতি পরিবর্তিত হয়। আমরা নিম্নলিখিত প্রকারগুলি দেখব:
- সরাসরি রূপান্তরের সাথে।
- পরবর্তী অনুমান সহ।
- সমান্তরাল রূপান্তর সহ।
- চার্জ ব্যালেন্সিং সহ A/D কনভার্টার (ডেল্টা-সিগমা)।
- এডিসি একীভূত করা।
অন্য অনেক পাইপলাইন এবং সংমিশ্রণ প্রকার রয়েছে যেগুলির বিভিন্ন স্থাপত্যের সাথে নিজস্ব বিশেষ বৈশিষ্ট্য রয়েছে। কিন্তু যারানিবন্ধের কাঠামোর মধ্যে যে নমুনাগুলি বিবেচনা করা হবে সেগুলি আগ্রহের কারণ যে তারা এই নির্দিষ্টতার ডিভাইসগুলির কুলুঙ্গিতে একটি নির্দেশক ভূমিকা পালন করে৷ অতএব, আসুন ADC-এর নীতি, সেইসাথে ভৌত যন্ত্রের উপর নির্ভরতা অধ্যয়ন করি।
সরাসরি A/D রূপান্তরকারী
গত শতাব্দীর 60 এবং 70 এর দশকে তারা খুব জনপ্রিয় হয়ে ওঠে। ইন্টিগ্রেটেড সার্কিট আকারে, তারা 80 এর দশক থেকে উত্পাদিত হয়েছে। এগুলি খুব সাধারণ, এমনকি আদিম ডিভাইস যা উল্লেখযোগ্য কর্মক্ষমতা নিয়ে গর্ব করতে পারে না। তাদের বিট গভীরতা সাধারণত 6-8 বিট হয়, এবং গতি খুব কমই 1 GSPS অতিক্রম করে৷
এই ধরণের ADC-এর অপারেশনের নীতিটি নিম্নরূপ: তুলনাকারীদের ইতিবাচক ইনপুট একই সাথে একটি ইনপুট সংকেত পায়। নেতিবাচক টার্মিনালগুলিতে একটি নির্দিষ্ট মাত্রার একটি ভোল্টেজ প্রয়োগ করা হয়। এবং তারপর ডিভাইস তার অপারেশন মোড নির্ধারণ করে। এটি রেফারেন্স ভোল্টেজ দিয়ে করা হয়। ধরা যাক আমাদের 8 টি তুলনা সহ একটি ডিভাইস আছে। ½ রেফারেন্স ভোল্টেজ প্রয়োগ করার সময়, তাদের মধ্যে মাত্র 4টি চালু করা হবে। অগ্রাধিকার এনকোডার একটি বাইনারি কোড তৈরি করবে, যা আউটপুট রেজিস্টার দ্বারা ঠিক করা হবে। সুবিধা এবং অসুবিধা সম্পর্কে, আমরা বলতে পারি যে অপারেশনের এই নীতিটি আপনাকে উচ্চ-গতির ডিভাইস তৈরি করতে দেয়। কিন্তু প্রয়োজনীয় বিট গভীরতা পেতে হলে আপনাকে অনেক ঘাম ঝরাতে হবে।
তুলনাকারীদের সংখ্যার জন্য সাধারণ সূত্রটি এইরকম দেখায়: 2^N। N এর নিচে আপনাকে সংখ্যার সংখ্যা বসাতে হবে। পূর্বে বিবেচিত উদাহরণটি আবার ব্যবহার করা যেতে পারে: 2^3=8। মোট, তৃতীয় বিভাগ পেতে, এটি প্রয়োজনীয়8 তুলনাকারী। এটি এডিসিগুলির পরিচালনার নীতি, যা প্রথমে তৈরি করা হয়েছিল। খুব সুবিধাজনক নয়, তাই অন্যান্য স্থাপত্যগুলি পরে উপস্থিত হয়েছিল৷
অ্যানালগ থেকে ডিজিটাল ধারাবাহিক আনুমানিক রূপান্তরকারী
এখানে "ওজন" অ্যালগরিদম ব্যবহার করা হয়েছে। সংক্ষেপে, এই কৌশল অনুসারে কাজ করে এমন ডিভাইসগুলিকে সহজভাবে সিরিয়াল কাউন্টিং এডিসি বলা হয়। অপারেশনের নীতিটি নিম্নরূপ: ডিভাইসটি ইনপুট সংকেতের মান পরিমাপ করে এবং তারপরে এটি একটি নির্দিষ্ট পদ্ধতি অনুসারে তৈরি হওয়া সংখ্যার সাথে তুলনা করা হয়:
- সম্ভাব্য রেফারেন্স ভোল্টেজের অর্ধেক সেট করে।
- যদি সিগন্যালটি পয়েন্ট 1 থেকে মান সীমা অতিক্রম করে, তবে এটি অবশিষ্ট মানের মাঝখানে থাকা সংখ্যার সাথে তুলনা করা হয়। সুতরাং, আমাদের ক্ষেত্রে এটি রেফারেন্স ভোল্টেজের ¾ হবে। যদি রেফারেন্স সংকেত এই সূচকে না পৌঁছায়, তবে একই নীতি অনুসারে ব্যবধানের অন্য অংশের সাথে তুলনা করা হবে। এই উদাহরণে, এটি রেফারেন্স ভোল্টেজের ¼।
- ধাপ 2 N বার পুনরাবৃত্তি করতে হবে, যা আমাদের ফলাফলের N বিট দেবে। এটি H সংখ্যার তুলনা করার কারণে।
অপারেশনের এই নীতিটি তুলনামূলকভাবে উচ্চ রূপান্তর হার সহ ডিভাইসগুলি প্রাপ্ত করা সম্ভব করে, যেগুলি ধারাবাহিক আনুমানিক ADC। অপারেশনের নীতি, আপনি দেখতে পাচ্ছেন, সহজ, এবং এই ডিভাইসগুলি বিভিন্ন অনুষ্ঠানের জন্য দুর্দান্ত৷
সমান্তরাল অ্যানালগ থেকে ডিজিটাল রূপান্তরকারী
এগুলি সিরিয়াল ডিভাইসের মতো কাজ করে। গণনার সূত্র হল (2^H)-1। জন্যআগের ক্ষেত্রে, আমাদের প্রয়োজন (2^3)-1 তুলনাকারী। অপারেশনের জন্য, এই ডিভাইসগুলির একটি নির্দিষ্ট অ্যারে ব্যবহার করা হয়, যার প্রতিটি ইনপুট এবং পৃথক রেফারেন্স ভোল্টেজ তুলনা করতে পারে। সমান্তরাল এনালগ-থেকে-ডিজিটাল রূপান্তরকারীগুলি মোটামুটি দ্রুত ডিভাইস। তবে এই ডিভাইসগুলির নির্মাণের নীতিটি এমন যে তাদের কার্যকারিতা সমর্থন করার জন্য উল্লেখযোগ্য শক্তি প্রয়োজন। অতএব, ব্যাটারির শক্তিতে এগুলি ব্যবহার করা বাস্তব নয়৷
বিটওয়াইজ ব্যালেন্সড এ/ডি কনভার্টার
এটি আগের ডিভাইসের মতোই কাজ করে। অতএব, বিট-বাই-বিট ব্যালেন্সিং এডিসি-র কার্যকারিতা ব্যাখ্যা করার জন্য, নতুনদের জন্য অপারেশনের নীতিটি আঙ্গুলের উপর আক্ষরিকভাবে বিবেচনা করা হবে। এই ডিভাইসগুলির কেন্দ্রস্থলে রয়েছে দ্বিধাবিভক্তির ঘটনা। অন্য কথায়, সর্বোচ্চ মানের একটি নির্দিষ্ট অংশের সাথে পরিমাপ করা মানের একটি সামঞ্জস্যপূর্ণ তুলনা করা হয়। ½, 1/8, 1/16 ইত্যাদিতে মান নেওয়া যেতে পারে। অতএব, এনালগ-টু-ডিজিটাল রূপান্তরকারী সম্পূর্ণ প্রক্রিয়াটি N পুনরাবৃত্তিতে (পরপর ধাপে) সম্পন্ন করতে পারে। অধিকন্তু, H হল ADC-এর বিট গভীরতার সমান (আগে দেওয়া সূত্রগুলি দেখুন)। এইভাবে, আমাদের সময় একটি উল্লেখযোগ্য লাভ আছে, যদি কৌশলটির গতি বিশেষভাবে গুরুত্বপূর্ণ হয়। তাদের যথেষ্ট গতি থাকা সত্ত্বেও, এই ডিভাইসগুলির স্ট্যাটিক নির্ভুলতাও কম৷
চার্জ ব্যালেন্সিং সহ A/D রূপান্তরকারী (ডেল্টা-সিগমা)
এটি সবচেয়ে আকর্ষণীয় ধরনের ডিভাইস, অন্তত নয়এর অপারেশন নীতির জন্য ধন্যবাদ। এটি ইনপুট ভোল্টেজ ইন্টিগ্রেটর দ্বারা জমা করা হয়েছে সঙ্গে তুলনা করা হয় যে সত্য. নেতিবাচক বা ইতিবাচক পোলারিটি সহ ডালগুলি ইনপুটে খাওয়ানো হয় (এটি সমস্ত পূর্ববর্তী অপারেশনের ফলাফলের উপর নির্ভর করে)। সুতরাং, আমরা বলতে পারি যে এই ধরনের একটি এনালগ-টু-ডিজিটাল রূপান্তরকারী একটি সাধারণ সার্ভো সিস্টেম। কিন্তু এটি তুলনা করার জন্য শুধুমাত্র একটি উদাহরণ, তাই আপনি একটি ডেল্টা-সিগমা ADC কি তা বুঝতে পারেন। অপারেশনের নীতিটি পদ্ধতিগত, তবে এই এনালগ-টু-ডিজিটাল রূপান্তরকারীর কার্যকরী কার্যকারিতার জন্য যথেষ্ট নয়। শেষ ফলাফল হল ডিজিটাল লো-পাস ফিল্টারের মাধ্যমে 1s এবং 0s-এর একটি শেষ না হওয়া স্ট্রীম। তাদের থেকে একটি নির্দিষ্ট বিট সিকোয়েন্স তৈরি হয়। প্রথম এবং দ্বিতীয় ক্রম ADC রূপান্তরকারীদের মধ্যে একটি পার্থক্য তৈরি করা হয়৷
অ্যানালগ থেকে ডিজিটাল রূপান্তরকারীকে একীভূত করা
এটি শেষ বিশেষ ক্ষেত্রে যা নিবন্ধে বিবেচনা করা হবে। এর পরে, আমরা এই ডিভাইসগুলির অপারেশনের নীতিটি বর্ণনা করব, তবে একটি সাধারণ স্তরে। এই ADC হল একটি পুশ-পুল এনালগ-টু-ডিজিটাল কনভার্টার। আপনি একটি ডিজিটাল মাল্টিমিটারে অনুরূপ ডিভাইসের সাথে দেখা করতে পারেন। এবং এটি আশ্চর্যজনক নয়, কারণ তারা উচ্চ নির্ভুলতা প্রদান করে এবং একই সাথে হস্তক্ষেপকে ভালভাবে দমন করে।
এখন আসুন এটি কীভাবে কাজ করে তার উপর ফোকাস করা যাক। এটি সত্য যে ইনপুট সংকেত একটি নির্দিষ্ট সময়ের জন্য ক্যাপাসিটর চার্জ করে। একটি নিয়ম হিসাবে, এই সময়কালটি নেটওয়ার্কের ফ্রিকোয়েন্সির একটি ইউনিট যা ডিভাইসটিকে শক্তি দেয় (50 Hz বা 60 Hz)। এটি একাধিকও হতে পারে। এইভাবে, উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি দমন করা হয়।হস্তক্ষেপ একই সময়ে, ফলাফলের নির্ভুলতার উপর বিদ্যুৎ উৎপাদনের প্রধান উৎসের অস্থির ভোল্টেজের প্রভাব সমতল করা হয়।
যখন এনালগ-টু-ডিজিটাল কনভার্টার চার্জের সময় শেষ হয়, ক্যাপাসিটর একটি নির্দিষ্ট হারে ডিসচার্জ হতে শুরু করে। ডিভাইসের অভ্যন্তরীণ কাউন্টারটি এই প্রক্রিয়া চলাকালীন উৎপন্ন ঘড়ির স্পন্দনের সংখ্যা গণনা করে। সুতরাং, সময়কাল যত দীর্ঘ হবে, সূচকগুলি তত বেশি তাৎপর্যপূর্ণ হবে।
ADC পুশ-পুল ইন্টিগ্রেশনের উচ্চ নির্ভুলতা এবং রেজোলিউশন রয়েছে। এই কারণে, সেইসাথে একটি অপেক্ষাকৃত সহজ নির্মাণ কাঠামো, তারা microcircuits হিসাবে প্রয়োগ করা হয়। অপারেশনের এই নীতির প্রধান অসুবিধা হল নেটওয়ার্ক সূচকের উপর নির্ভরতা। মনে রাখবেন যে এর ক্ষমতাগুলি পাওয়ার সাপ্লাইয়ের ফ্রিকোয়েন্সি সময়ের সাথে আবদ্ধ৷
এইভাবে একটি ডবল ইন্টিগ্রেশন ADC কাজ করে। এই ডিভাইসের অপারেশন নীতি, যদিও এটি বেশ জটিল, কিন্তু এটি মানের সূচক প্রদান করে। কিছু ক্ষেত্রে, এটি কেবল প্রয়োজনীয়৷
আমাদের প্রয়োজন অপারেশনের নীতি সহ APC চয়ন করুন
ধরা যাক আমাদের সামনে একটি নির্দিষ্ট কাজ আছে। কোন ডিভাইসটি নির্বাচন করতে হবে যাতে এটি আমাদের সমস্ত অনুরোধ পূরণ করতে পারে? প্রথমত, এর রেজোলিউশন এবং নির্ভুলতা সম্পর্কে কথা বলা যাক। খুব প্রায়ই তারা বিভ্রান্ত হয়, যদিও বাস্তবে তারা একে অপরের উপর খুব কম নির্ভর করে। সচেতন থাকুন যে একটি 12-বিট A/D রূপান্তরকারী একটি 8-বিট A/D রূপান্তরকারীর চেয়ে কম সঠিক হতে পারে। তার মধ্যেএই ক্ষেত্রে, রেজোলিউশন হল পরিমাপ করা সংকেতের ইনপুট পরিসর থেকে কতগুলি সেগমেন্ট বের করা যায় তার একটি পরিমাপ। সুতরাং, 8-বিট ADC-তে 28=256 ইউনিট রয়েছে।
নির্ভুলতা হল আদর্শ মান থেকে প্রাপ্ত রূপান্তর ফলাফলের মোট বিচ্যুতি, যা একটি প্রদত্ত ইনপুট ভোল্টেজে হওয়া উচিত। অর্থাৎ, প্রথম প্যারামিটারটি ADC-এর সম্ভাব্য ক্ষমতাগুলিকে চিহ্নিত করে এবং দ্বিতীয়টি আমাদের অনুশীলনে কী আছে তা দেখায়। অতএব, একটি সহজ প্রকার (যেমন সরাসরি এনালগ-টু-ডিজিটাল রূপান্তরকারী) আমাদের জন্য উপযুক্ত হতে পারে, যা উচ্চ নির্ভুলতার কারণে প্রয়োজনীয়তা পূরণ করবে।
যা প্রয়োজন তার একটি ধারণা পেতে, প্রথমে আপনাকে শারীরিক পরামিতিগুলি গণনা করতে হবে এবং মিথস্ক্রিয়ার জন্য একটি গাণিতিক সূত্র তৈরি করতে হবে। তাদের মধ্যে গুরুত্বপূর্ণ স্থির এবং গতিশীল ত্রুটি, কারণ যখন একটি ডিভাইস তৈরির বিভিন্ন উপাদান এবং নীতিগুলি ব্যবহার করা হয়, তারা বিভিন্ন উপায়ে এর বৈশিষ্ট্যগুলিকে প্রভাবিত করবে। প্রতিটি নির্দিষ্ট ডিভাইসের প্রস্তুতকারকের দেওয়া প্রযুক্তিগত ডকুমেন্টেশনে আরও বিস্তারিত তথ্য পাওয়া যাবে।
উদাহরণ
আসুন SC9711 ADC-কে দেখে নেওয়া যাক। এই ডিভাইসের অপারেশন নীতিটি এর আকার এবং ক্ষমতার কারণে জটিল। যাইহোক, পরেরটির কথা বললে, এটি লক্ষ করা উচিত যে তারা সত্যই বৈচিত্র্যময়। সুতরাং, উদাহরণস্বরূপ, সম্ভাব্য অপারেশনের ফ্রিকোয়েন্সি 10 Hz থেকে 10 MHz পর্যন্ত। অন্য কথায়, এটি প্রতি সেকেন্ডে 10 মিলিয়ন নমুনা নিতে পারে! এবং ডিভাইস নিজেই কঠিন কিছু নয়, কিন্তুএকটি মডুলার নির্মাণ কাঠামো আছে. তবে এটি একটি নিয়ম হিসাবে, জটিল প্রযুক্তিতে ব্যবহার করা হয়, যেখানে প্রচুর সংখ্যক সংকেত নিয়ে কাজ করা প্রয়োজন৷
উপসংহার
আপনি দেখতে পাচ্ছেন, ADC-এর মূলত অপারেশনের বিভিন্ন নীতি রয়েছে। এটি আমাদের এমন ডিভাইসগুলি নির্বাচন করতে দেয় যা উদ্ভূত চাহিদাগুলি পূরণ করবে, পাশাপাশি আমাদের উপলব্ধ তহবিলগুলিকে বুদ্ধিমানের সাথে পরিচালনা করার অনুমতি দেয়৷
