Warum sollten Sie 2.048V und 4.096 als Referenz verwenden?

Bei vielen Spannungsreferenz-ICs (z. B. MAX610x ) scheinen verschiedene Referenzspannungen verfügbar zu sein (1,25, 1,8, 2,5, 3,3 usw.).

Was mir komisch vorkommt, sind die 2.048V- und 4.096V-Referenzen. Warum verwenden wir Referenzen bei diesen Spannungen anstelle von nur 2V und 4V, was mathematisch sicherlich einfacher zu verwenden wäre?

Wenn Sie Spannungen quantisieren (dh einen ADC durchlaufen), wandeln Sie die Spannung normalerweise in eine ganzzahlige Darstellung um, die mit einem Potenz-2-Schema dargestellt wird.

Dies bedeutet, dass sie in das Muster von Binärzahlen fallen, z. B. ein 8-Bit-DAC hat 256 einzelne Ebenen. Die Verwendung einer Referenz mit einer Potenz von 2 Millivolt bedeutet, dass die tatsächlichen digitalen Werte signifikante Werte haben.

Wenn Sie beispielsweise einen 11-Bit-DAC mit einer Referenz von 2,048 haben, ist der digitale Wert die Anzahl der Millivolt.

Bearbeiten : Wie von Andrew Morton herausgestellt, bietet dies 2048 Pegel, wohingegen es 2049 Millivolt-Pegel einschließlich 0 gibt. Um also jedes Bit richtig als Millivolt darzustellen, würde man ein zusätzliches Bit benötigen. Wenn Sie jedoch konsistent runden, ist es immer noch möglich, jedes Element abzurunden und 0-2047 mV zu erreichen, oder aufzurunden und 1-2048 mV zu haben. Wenn Sie zwischen 2048 und 2049 passen, verlieren Sie die nette Eigenschaft, direkt der Anzahl der Millivolt zu entsprechen.

Mit 4.096V- und 2.048V-Referenzen kann der ADC einen ganzzahligen Wert in mV generieren. Dies bedeutet, dass jeder Schritt des ADC 1 mV oder ein ganzzahliges Vielfaches von 1 mV darstellt. 4,096 V = 2 ^ 12 mV

Der Grund dafür ist, dass sie leicht auf eine Basis 2 heruntergeteilt werden können. Dies macht sie nützlich für Dinge wie ADCs, bei denen ein 12-Bit-ADC mit einer Schiene zwischen 0 und 4,096 V 1 mV pro Bit bedeutet, was sehr viel einfacher ist Nummer.

Es gibt auch mehr Spannungen, die dasselbe bewirken. Sie können auch Spannungsreferenzen in 1,024 V erhalten, was 2 ^{10 entspricht} . Unterschiedliche Referenzen können für unterschiedliche Bit-ADCs verwendet werden.

Warum verwenden wir Referenzen bei diesen Spannungen anstelle von nur 2V und 4V?

Dies kann gerade unter den richtigen Umständen vorteilhaft sein, wenn der Mikrocontroller einem Menschen Werte direkt anzeigt. Meistens liegt es jedoch daran, dass es viele Leute gibt, die schlecht in Mathe sind oder nicht aufhören und tatsächlich nachdenken.

Wie andere haben bereits gezeigt, 2,048 = 2 ¹¹ /1000 und 4,096 = 2 ¹² /1000 ein . Wenn Sie einen 12-Bit-A / D mit einer Referenz von 4,096 V verwenden, beträgt jeder Zählwert 1 mV.

Halten Sie jedoch inne und überlegen Sie, wann dies tatsächlich wichtig ist. Es ist nichts Besonderes an Einheiten von Millivolt. In physikalischer Hinsicht sind sie eine völlig willkürliche Einheit zur Messung der EMF.

In einem Steuerungssystem können zum Beispiel die Einheiten für die verschiedenen gemessenen Größen beliebig sein, solange Sie wissen, was sie sind. Wenn Sie einen Festpunkt verwenden, möchten Sie, dass der Maximalwert die Zahl nahezu ausfüllt und genügend Bits verwendet, um die erforderliche Auflösung zu erzielen. Die Skalierung von Einheiten sollte durch geeignete interne Binärdarstellungen vorgegeben werden.

Es wird ohnehin unvermeidlich zu einem späteren Zeitpunkt einstellbare Verstärkungsfaktoren geben. Die benutzerdefinierte Skalierung aller Eingabewerte kann angepasst werden, indem verschiedene Werte von Verstärkungsfaktoren verwendet werden, die bereits vorhanden sind und für die das System bereits beliebige Werte von verarbeiten muss. Es ist keine zusätzliche Berechnung erforderlich, sondern es werden nur unterschiedliche Werte in die gleichen Berechnungen eingespeist.

In einigen Fällen müssen diese kleinen eingebetteten Systeme dem Menschen digitale Werte anzeigen. In diesem Fall sind Millivolt-Einheiten nützlich, wenn Sie eine Spannung mit drei Dezimalstellen anzeigen möchten. Menschliche Schnittstellen sind jedoch von Natur aus im Vergleich zu Mikrocontrollern langsam. Im Allgemeinen möchten Sie eine Digitalanzeige nicht mit mehr als 2 Hz aktualisieren. Das Konvertieren einer Zahl in Dezimalstellen erfordert ohnehin einige Berechnungen. Das Skalieren eines internen Werts entsprechend der angezeigten Auflösung ist ein relativ kleiner zusätzlicher Schritt in Bezug auf diesen Prozess.

Dann überlegen Sie sich auch, wie oft Sie tatsächlich eine Spannung im Bereich von 0 bis 4,095 V oder zumindest den größten Teil dieses Bereichs messen möchten. Wenn Sie 0 bis 5 V messen möchten, hilft die Referenz 4.096 nicht wirklich. Sie müssen das Signal ohnehin in den A / D dämpfen, sodass das Ablesen des gedämpften Signals in Millivolt-Einheiten keinen besonderen Vorteil bringt, selbst wenn digitale Werte angezeigt werden.

Kurz gesagt, in der heutigen Welt mit Mikrocontrollern, die A / D-Messwerte verarbeiten, werden 2.048- und 4.096-V-Referenzen meistens für einen wahrgenommenen Bedarf und für Knie-Ruckler verwendet, die nicht richtig über das Problem nachdenken.