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정밀 기기를 설계할 때 엔지니어는 처리 및 분석을 위해 센서의 아날로그 전압 신호를 디지털 데이터로 변환해야 하는 과제에 자주 직면합니다. 핵심 질문은 다음과 같습니다. 어떻게 변환 정확도를 보장하고 특정 아날로그 전압에 해당하는 디지털 출력을 정확하게 결정할 수 있습니까? 이 기사에서는 8비트 아날로그-디지털 변환기(ADC)를 조사하여 변환 프로세스를 보여주고 실제 응용 분야에 대한 자세한 계산 방법을 제공합니다.
ADC는 연속 아날로그 신호를 개별 디지털 표현으로 변환하는 전자 부품입니다. 두 가지 기본 매개변수가 성능을 정의합니다.
해결:비트 단위로 표시되는 감지 가능한 가장 작은 전압 변화를 결정합니다. 비트 수가 높을수록 해상도가 더 좋아지고 정밀도가 높아집니다.
입력 전압 범위:ADC가 처리할 수 있는 최소 및 최대 아날로그 전압을 지정합니다.
입력 범위가 -5V ~ +5V인 8비트 ADC를 생각해 보십시오. 이 변환기는 이 범위 내의 전압을 8비트 이진 값으로 매핑할 수 있습니다. 1.95V의 입력 전압에 대한 디지털 출력을 계산해 보겠습니다.
1. 총 생산량 수준을 결정합니다.
8비트 ADC는 2개를 제공합니다.8= 256개의 개별 출력 레벨, 입력 범위를 256단계로 나눕니다.
2. 전압 분해능 계산:
감지 가능한 최소 전압 변화는 다음과 같이 계산됩니다.
분해능 = (V최대- 뷔분) / 출력 레벨
예를 들어:
분해능 = (5V - (-5V)) / 256 = 10V / 256 ≒ 단계당 0.0390625V
3. 디지털 코드 계산:
주어진 입력 전압에 대한 디지털 출력(N)은 다음과 같이 계산됩니다.
N = 라운드((V~에- 뷔분) / (V최대- 뷔분) × (2N- 1))
1.95V 입력의 경우:
N = 원형((1.95V - (-5V)) / 10V × 255)
N = 둥근(6.95V / 10V × 255) = 둥근(177.225) = 177(십진수)
4. 바이너리 변환(선택 사항):
10진수 값 177은 8비트 이진수 표현 10110001로 변환됩니다.
양자화 오류:디지털 변환의 개별적인 특성에 내재되어 있으며 더 높은 해상도로 인해 감소됩니다.
비선형성:이상적인 선형 입출력 관계의 편차.
온도 드리프트:열 변화로 인한 성능 변화.
소음:적절한 필터링이 필요한 신호 간섭.
이러한 원리를 이해하면 엔지니어는 보다 정확하고 안정적인 데이터 수집 시스템을 설계하여 기술 응용 분야에서 정확한 측정을 보장할 수 있습니다.