Bộ chuyển đổi tín hiệu analog sang kỹ thuật số (ADC) đóng vai trò then chốt trong việc chuyển đổi các hiện tượng thực tế thành dữ liệu số mà máy tính có thể xử lý. Bài viết này sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về nguyên lý hoạt động của ADC, các loại ADC phổ biến và ứng dụng đa dạng của chúng trong cuộc sống.
>> Bạn đang xem: adc là gì
ADC là gì và được sử dụng như thế nào?
ADC là viết tắt của Analog-to-Digital Converter, một thiết bị điện tử có chức năng chuyển đổi tín hiệu analog (liên tục) thành tín hiệu digital (rời rạc). Chúng ta có thể tìm thấy ADC trong rất nhiều thiết bị điện tử xung quanh mình, từ điện thoại di động, ô tô cho đến máy hiện sóng.
Ví dụ, trong điện thoại, ADC chuyển đổi giọng nói của bạn thành dữ liệu số để truyền đi. Trong ô tô, ADC đo lường chuyển động quay của bánh xe để hỗ trợ các hệ thống an toàn. Trong máy hiện sóng, ADC giúp hiển thị tín hiệu điện. Đặc biệt, ADC được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực âm thanh và video, giúp chuyển đổi ánh sáng và âm thanh sang dạng số để xử lý và lưu trữ.
Tần số lấy mẫu (Sample Rate) và ảnh hưởng đến ADC
Một trong những thông số quan trọng nhất của ADC là tần số lấy mẫu (Sample Rate), được đo bằng số lần đọc tín hiệu analog trong một giây. Máy hiện sóng cao cấp có thể đạt tần số lấy mẫu lên đến 10 tỷ lần mỗi giây, trong khi chuẩn âm thanh phổ biến là 44.1 kHz (44.100 lần mỗi giây).
Tần số lấy mẫu càng cao, tín hiệu digital càng chính xác hơn. Tuy nhiên, không phải lúc nào cũng cần tần số lấy mẫu cao. Ví dụ, khi thiết kế một bộ điều khiển âm lượng với chiết áp, tần số lấy mẫu cao không cần thiết vì tốc độ thay đổi điện áp do tay người điều chỉnh khá chậm. Một tần số lấy mẫu vừa đủ để đảm bảo kết quả mượt mà và phản hồi nhanh là đủ.
Bitrate và chất lượng ADC
Bitrate, hay độ sâu bit, thể hiện số lượng bit được sử dụng để biểu diễn mỗi mẫu tín hiệu. Bitrate càng cao, số lượng mức điện áp có thể biểu diễn càng lớn, dẫn đến tín hiệu digital mượt mà và chính xác hơn.
Mô tả: Hình ảnh minh họa cách hoạt động của độ sâu bit, cho thấy tín hiệu digital càng gần với tín hiệu analog khi độ sâu bit tăng.
Việc lựa chọn Bitrate phụ thuộc vào ứng dụng cụ thể. Đôi khi, Bitrate bị giới hạn bởi giao thức sử dụng, ví dụ như giao thức MIDI 1.0 chỉ hỗ trợ 7 bit hoặc 14 bit. Trong các trường hợp khác, Bitrate phụ thuộc vào khả năng cảm nhận của con người. Nếu việc tăng Bitrate không cải thiện đáng kể chất lượng âm thanh hoặc hình ảnh thì không cần thiết phải sử dụng Bitrate quá cao.
Ghép kênh (Multiplexing) và cải thiện chất lượng ADC
Các chip ADC phổ biến như ADS1115 và MCP3008 thường có nhiều đầu vào nhưng chỉ sử dụng một ADC duy nhất nhờ vào bộ ghép kênh (multiplexer). Bộ ghép kênh hoạt động như một công tắc điện tử, cho phép ADC lấy mẫu lần lượt từng kênh đầu vào. Ví dụ, với 8 kênh và tần số lấy mẫu 200.000, ADC sẽ lấy 25.000 mẫu trên mỗi kênh.
Các loại ADC
Có nhiều loại ADC khác nhau, mỗi loại có ưu nhược điểm riêng.
- Flash ADC: Sử dụng bộ chia điện áp và mạch so sánh để chuyển đổi tín hiệu rất nhanh, nhưng bị giới hạn về độ sâu bit.
- Subranging ADC: Chia quá trình chuyển đổi thành nhiều giai đoạn để giảm số lượng mạch so sánh, tăng độ sâu bit so với Flash ADC.
- SAR ADC (Successive Approximation Register): Sử dụng phương pháp tìm kiếm nhị phân để xác định giá trị digital tương ứng với tín hiệu analog.
Biểu đồ thể hiện ADC SAR hoạt độngMô tả: Biểu đồ minh họa cách ADC SAR hoạt động bằng phương pháp tìm kiếm nhị phân, liên tục thu hẹp khoảng giá trị cho đến khi tìm ra giá trị gần đúng nhất.
- Sigma-delta ADC: Lấy mẫu tín hiệu với tần số cao và sử dụng bộ lọc và thuật toán phức tạp để tăng độ chính xác, thường được dùng trong ứng dụng âm thanh và đo lường độ chính xác cao.
- Integrating ADC: Sử dụng tụ điện để tích điện và đo thời gian tích điện để xác định điện áp, tốc độ chuyển đổi chậm nhưng độ chính xác cao, thường được dùng trong ứng dụng đo lường đồng bộ với tần số nguồn điện.
Kết luận
ADC là thành phần quan trọng trong nhiều thiết bị điện tử, cho phép chuyển đổi tín hiệu analog từ thế giới thực sang dạng số mà máy tính có thể xử lý. Việc lựa chọn loại ADC phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu về tốc độ, độ chính xác và chi phí của từng ứng dụng cụ thể. Hiểu rõ về nguyên lý hoạt động và các loại ADC sẽ giúp bạn lựa chọn và sử dụng chúng hiệu quả hơn.
>> Biên Tập: Văn Hóa Học
