Yüksək tezlikli ADC Press reliz. Serial giriş məlumat interfeysi ilə DAC

Şəbəkələrin genişləndirilməsi simsiz ötürmə daha yüksək daşıyıcı tezliklərdən və məlumat sürətlərindən istifadə edən verilənlər siqnalların rəqəmsallaşdırılmasının təkmilləşdirilməsi üçün getdikcə daha aktual problemlər yaradır. Bu o deməkdir ki, daha təkmil A/D çeviricilərinə artan tələbat var. Müasir tələblərə cavab vermək üçün seçmə tezliyi 1 GHz-dən çox olan analoqdan rəqəmsal çeviricilər meydana çıxdı. Bu məqalə yeni proqramlar hazırlayarkən, həmçinin köhnələrini təkmilləşdirərkən daha sürətli ADC-lərin istifadəsini nəzərdən keçirəcək.

Nyquist qaydasını xatırlayın

Yüksək tezlikli cihaz üçün analoqdan rəqəmsal çevirici seçərkən yadda saxlayın ki, ADC-nin seçmə sürəti iki və ya daha çox dəfə yüksək olmalıdır. bant rəqəmsallaşdırılacaq siqnal. Bu seçmə sürəti Nyquist tezliyi adlanır. Qeyd edək ki, "tezlik" deyil, "bant genişliyi" termini istifadə olunur. Əgər giriş siqnalı sinusoid deyilsə, o zaman kompleks hesab olunur. Məsələn, Furye teoreminə uyğun olaraq fundamental sinusoiddən və çoxsaylı harmoniklərdən ibarət olan impuls. Modulyasiya edilmiş siqnallar həmçinin seçmə sürətini seçərkən nəzərə alınmalı olan geniş tezlik diapazonunu ehtiva edir.

Sinus dalğasının əsas tezliyindən və sonsuz sayda tək harmoniklərdən ibarət kvadrat dalğa düşünün. 300 MHz kvadrat dalğa üçün ADC nümunə sürəti beşinci harmonik tezlikdən ən azı iki dəfə və ya 3 GHz olmalıdır. Radar və ya modulyasiya edilmiş siqnallar kimi daha mürəkkəb siqnallar bütün siqnal detallarını dəqiq şəkildə tutmaq üçün eyni dərəcədə yüksək emal sürətlərini tələb edir.

Buna misal olaraq daha yüksək ötürmə qabiliyyəti və daha yüksək məlumat sürəti üçün media aqreqasiyasından istifadə edən LTE Advanced siqnal emal stansiyasının qəbuledicisini göstərmək olar. Bir neçə standart 20 MHz LTE kanalı daha yüksək OFDM ötürmə qabiliyyətini təmin etmək üçün 40, 80, 160 MHz bant genişliyini təmin etmək üçün qruplaşdırılıb.

Müxtəlif sistemlərdə yüksək sürətli ADC-lərin istifadəsi

Əsasən yüksək sürətli ADC-lər proqram təminatı ilə müəyyən edilmiş radio qurğularında (SDR) istifadə olunur. Müasir SDR-lərin əksəriyyəti birbaşa çevrilmə (sıfır IF) arxitekturasından istifadə edir, burada giriş siqnalı filtrdən və gücləndirildikdən sonra birbaşa rəqəmsallaşdırılır. Desimetr və ya yüksək tezlikli siqnallarla (UHF və ya mikrodalğalı soba) işləyərkən analoqdan rəqəmsal çevirici yüksək seçmə sürətinə malik olmalıdır. Bir nümunə baza stansiyasının mobil qəbuledicisidir.

Həmçinin, yüksək sürətli ADC-lər elektron müharibə (elektron müharibə) sistemləri, RF qeyd sistemləri və radar avadanlıqları kimi digər sistemlərdə də istifadə edilə bilər. Çox tez-tez yüksək sürətli analoqdan rəqəmsal çeviricilər ölçmə texnologiyasında, reflektometriya avadanlıqlarında (OTDR) də istifadə olunur. O, xətti RF güc gücləndiricilərində istifadə olunan rəqəmsal təhrifdən əvvəl qəbuledicilərin mühüm hissəsidir.

Aşağıda birbaşa çevrilmə SDR qəbuledicilərində istifadə olunan Texas Instruments ADC32RF45-in blok diaqramı verilmişdir:

Giriş diapazonu filtri tələb olunan siqnalı seçir, aşağı səs-küylü gücləndirici onu gücləndirir, bundan sonra siqnal tətbiq olunur. rəqəmsal gücləndirici A/D çeviricisi üçün müvafiq giriş səviyyəsini təmin edən dəyişən qazanc ilə. Diapazondan kənar filtrlər ləqəbləşdirmənin qarşısını alır. ADC xarici PLL sintezatoru və titrəmə təmizləyicisi ilə işləyir. JESD2048 interfeysindən istifadə edərək DSP prosessoruna qoşulur.

ADC32RF45 istifadə edən məhsullar arasında Pentek-in FlexorSet Proqram Radio Modulları var. Bu modullar mühəndislərə xüsusi kommunikasiya avadanlığının layihələndirilməsinə və müxtəlif SDR avadanlıqları ilə sınaqdan keçirilməsinə kömək etmək üçün nəzərdə tutulub. Modullar iki ADC kanalı və iki DAC kanalı () təklif edir. Daxili Xilinx FPGA proqram təminatı məlumat əldə etmək və siqnal yaratmaq üçün DAC təcrübələri asanlaşdırır.

Dizayn Tələbləri

ADC32RF45 istifadə edərək dizaynın ən vacib addımı giriş dövrə elementlərinin düzgün seçilməsi olacaqdır. Xüsusilə, anti-aliasing diapazondan kənar filtrlər ADC-nin giriş empedansına uyğun olmalıdır. Bu, filtrin düzlük zolağında və tercihen imtina zonasından kənarda maksimumu təmin etmək üçün vacibdir.

Dizaynı sadələşdirmək üçün S parametrlərindən (səpilmə parametrləri) istifadə etmək tövsiyə olunur. Tezlik sahəsindəki S-parametrləri RF sxemlərinin və komponentlərinin davranışı üçün simulyasiya kəmiyyətləri ilə bağlıdır. Bu mürəkkəb dəyərlər adətən sxemlərin və komponentlərin davranışını və performansını göstərmək üçün manipulyasiya edilə bilən matris şəklində təqdim olunur. Ötürmə xətləri sistemlərinin, filtrlərin və digər yüksək tezlikli cihazların layihələndirilməsi zamanı onlara üstünlük verilir.

Bundan əlavə, qiymətləndirmə modulu (EVM) ilə tam istinad dizaynı dizayn prosesini sürətləndirməyə və sadələşdirməyə kömək edəcəkdir.

12 09 2013 - Norwood, Massaçusets, ABŞ

Analog Devices Inc. (NASDAQ: ADI) saniyədə 5 milyon nümunə (MSPS) ötürmə qabiliyyətinə malik 18 bitlik PulSAR® analoqdan rəqəmsal çeviricilər (ADC) ailəsini təqdim etdi ki, bu da bu gün mövcud olan hər hansı ardıcıl yaxınlaşma registr çeviricisindən iki dəfə yüksəkdir. , SAR). AD7960 PulSAR ADC aşağı gücə malik, rəqəmsal rentgen şüaları kimi multipleksləşdirilmiş sistemlər və spektroskopiya, gradient nəzarəti və qabaqcıl bant genişliyi, öz sinfində ən yaxşı səs-küy mərtəbəsi və yüksək xəttilik daxil olmaqla həddindən artıq seçmə tətbiqləri üçün yaxşı uyğun gəlir. qazların xromatoqrafik analizi.

Həddindən artıq seçmənin enerji istehlakı və dəqiqliyin azalması bahasına başa gəldiyi digər 18 bitlik ADC-lərdən fərqli olaraq, AD7960 5MSPS-də 39 mVt istehlak edir və əla statik xətti (+/- 0,8LSB məcmu qeyri-xətti) və yüksək dinamik performansı (siqnal) saxlamaq üçün optimallaşdırılıb. -səs-küyə nisbəti 99 dB) hətta maksimum sürətlə. Bu yeni çevirici həm də öz sinfində ən yaxşı səs-küy mərtəbəsinə (22,4 nV/√Hz) tam miqyaslı giriş nisbətinə malikdir. Paketin kiçik izi dizaynerlərə yüksək kanal sayma sistemləri ilə bağlı ciddi ölçülərə, istilik performansına və güc tələblərinə cavab verməyə kömək edir.

Analoq Cihazlar həmçinin 5 MSPS-də əla siqnal-küy nisbəti (95,5 dB) və inteqrasiya olunmuş qeyri-xəttiliyi (+/- 0,2 LSB) təqdim edən PulSAR AD7961 16 bitlik ADC-ni təqdim etdi.

• Məlumat cədvəlini yükləyin, videoya baxın, nümunələri və qiymətləndirmə lövhələrini sifariş edin:
• Laboratoriya İstinad Dizaynından sxemlər: 5 MSPS məlumat toplama sistemi üçün dəqiqlik, aşağı güc, 18 bit siqnal zənciri
• Onlayn icmada Analoq Cihazların digər tərtibatçıları və məhsul ekspertləri ilə əlaqə saxlayın texniki dəstək EngineerZone™:

PulSAR AD7960 və AD7691 ADC-lər Hədəf Məlumat Alma Sistemləri

PulSAR AD7961 və AD7960 pin uyğun ADC-lər sənaye və səhiyyə proqramları üçün yüksək səviyyədə fərdiləşdirilə bilən 16-/18-bit məlumat toplama sistemlərinin yaradılmasına imkan verir. Onlar konfiqurasiya edilə bilən, aşağı səs-küylü LVDS (aşağı gərginlikli diferensial siqnal) interfeysinə malikdirlər ki, bu da konvertordan 300 MHz-ə qədər sürətlə məlumat qəbul etməyə imkan verir.

Qiymət və sifariş üçün mövcudluq

Məhsul	Nümunənin mövcudluğu/ Kütləvi istehsal	İcazə	SNR (tip.)	Temp. diapazon	1000 ədəd sifariş edərkən bir ədədin qiyməti	Çərçivə
AD7960	İndi	18 bit		-40°C ilə 85°C arasında	$31.00	32-pin LFCSP
AD7961	İndi	16 bit	95,5 dB	-40°C ilə 85°C arasında	$21.00	32-pin LFCSP

AD7960 aşağı güclü ADA4897 relsdən rels gücləndiricisi (p-təchizatı), AD8031 relsdən relsə giriş və çıxış gərginlik gücləndiricisi və tam xüsusiyyətli tikinti üçün ADR4540 və ya ADR4550 gərginlik istinadları ilə birlikdə istifadə edilə bilər. aşağı güc, dəqiq siqnal zənciri.

• Analoq Cihazlar Haqqında
• • Yenilik, yüksək spesifikasiyalar və rakipsiz məhsul keyfiyyəti Analog Devices-ə uzun illərdir ki, bazarda maliyyə baxımından ən uğurlu şirkətlərdən biri olmağa imkan verən fundamental əsaslardır. elektron komponentlər. Siqnalların emalı və məlumatların çevrilməsi texnologiyaları sahəsində dünya lideri olan Analog Devices elektronika sənayesinin demək olar ki, bütün sahələrində 60.000-dən çox müştəriyə xidmət göstərir. Analog Devices-in baş ofisi ABŞ-ın Massaçusets ştatının Norvud şəhərində yerləşir və bütün dünyada dizayn mərkəzləri və istehsal sahələri var. Analoq Cihazlar S&P 500 fond indeksində verilmişdir.

• ADI-nin həftəlik texniki jurnalı olan jurnala abunə olun.

  PulSAR Analog Devices, Inc şirkətinin qeydə alınmış ticarət nişanıdır.

Redaktorlar - əlaqə məlumatları:

Bu məqalədə müxtəlif növ ADC-lərin iş prinsipi ilə bağlı əsas məsələlər müzakirə olunur. Eyni zamanda, analoqdan rəqəmsal çevrilmənin riyazi təsviri ilə bağlı bəzi vacib nəzəri hesablamalar məqalənin əhatə dairəsindən kənarda qaldı, lakin linklər verilmişdir. maraqlanan oxucu ADC-nin fəaliyyətinin nəzəri aspektlərinin daha dərindən nəzərdən keçirilməsini tapa biləcəklər. Beləliklə, məqalə onların işinin nəzəri təhlilindən daha çox ADC-nin fəaliyyətinin ümumi prinsiplərini başa düşməkdən bəhs edir.

Giriş

Başlanğıc nöqtəsi olaraq analoqdan rəqəmə çevrilməni təyin edək. Analoqdan rəqəmə çevirmə, daxil edilmiş fiziki kəmiyyətin onun ədədi təsvirinə çevrilməsi prosesidir. Analoqdan rəqəmsal çevirici belə bir çevirməni həyata keçirən bir cihazdır. Formal olaraq, ADC-nin giriş dəyəri istənilən fiziki kəmiyyət ola bilər - gərginlik, cərəyan, müqavimət, tutum, impulsun təkrarlanma sürəti, milin fırlanma bucağı və s. Bununla belə, dəqiqlik üçün, gələcəkdə ADC ilə biz yalnız gərginlik-kod çeviricilərini başa düşəcəyik.

Analoqdan rəqəmə çevirmə anlayışı ölçmə anlayışı ilə sıx bağlıdır. Ölçmə, ölçülmüş dəyərin müəyyən bir standartla müqayisəsi prosesi kimi başa düşülür, analoqdan rəqəmə çevrilmə ilə, giriş dəyəri bəzi istinad dəyəri ilə (adətən, istinad gərginliyi ilə) müqayisə edilir. Beləliklə, analoqdan rəqəmə çevrilmə giriş siqnalının qiymətinin ölçülməsi kimi qəbul edilə bilər və ölçmə xətaları kimi metrologiyanın bütün anlayışları ona aiddir.

ADC-nin əsas xüsusiyyətləri

ADC bir çox xüsusiyyətlərə malikdir, bunlardan dönüşüm tezliyi və bit dərinliyi əsas adlandırıla bilər. Dönüşüm tezliyi adətən saniyədə nümunələrlə (SPS) ifadə edilir, bit dərinliyi bitlərlə ifadə edilir. Müasir ADC-lər 24 bitə qədər bir az dərinliyə və GSPS vahidlərinə qədər çevirmə sürətinə malik ola bilər (əlbəttə, eyni vaxtda deyil). Sürət və bit dərinliyi nə qədər yüksəkdirsə, tələb olunan xüsusiyyətləri əldə etmək bir o qədər çətindir, çevirici bir o qədər bahalı və mürəkkəbdir. Dönüşüm sürəti və bit dərinliyi müəyyən şəkildə bir-biri ilə əlaqəlidir və biz sürəti qurban verərək effektiv çevrilmə bit dərinliyini artıra bilərik.

ADC növləri

ADC-lərin bir çox növləri var, lakin bu məqalədə biz yalnız aşağıdakı növləri nəzərdən keçirməklə məhdudlaşacağıq:

• Paralel çevrilmə ADC (birbaşa dönüşüm, flash ADC)
• Ardıcıl Yaxınlaşdırma ADC (SAR ADC)
• delta-sigma ADC (yüklə balanslaşdırılmış ADC)

Birbaşa (paralel) çevrilmənin ADC-ləri ən yüksək performansa və ən aşağı bit dərinliyinə malikdir. Məsələn, Texas Instruments-dən TLC5540 paralel konversiya ADC-si yalnız 8 bit eni olan 40MSPS sürətinə malikdir. ADC bu tipdən 1 GSPS-ə qədər çevirmə dərəcələri ola bilər. Burada qeyd etmək olar ki, boru kəməri ilə təchiz edilmiş ADC-lər (boru kəmərli ADC-lər) daha böyük sürətə malikdirlər, lakin onlar daha aşağı sürətə malik bir neçə ADC-nin birləşməsidir və onların nəzərdən keçirilməsi bu məqalənin əhatə dairəsindən kənardadır.

Bit sürət seriyasındakı orta niş ardıcıl yaxınlaşma ADC-lər tərəfindən işğal edilir. Tipik dəyərlər 100KSPS-1MSPS çevirmə sürətində 12-18 bitdir.

Ən yüksək dəqiqliyə 24 bit daxil olmaqla bit dərinliyi və SPS vahidlərindən KSPS vahidlərinə qədər sürəti olan sigma-delta ADC-lər nail olur.

Yaxın keçmişdə istifadə olunan başqa bir ADC növü inteqrasiya edən ADC-dir. İndi inteqrasiya olunmuş ADC-lər demək olar ki, tamamilə başqa növ ADC-lərlə əvəz edilmişdir, lakin onları köhnə ölçü alətlərində tapmaq olar.

birbaşa çevrilmə ADC

Birbaşa konvertasiya ADC-ləri 1960-1970-ci illərdə geniş yayıldı və 1980-ci illərdə inteqral sxemlər kimi istehsal olunmağa başladı. Onlar tez-tez "boru kəməri" ADC-lərin bir hissəsi kimi istifadə olunur (bu məqalədə nəzərə alınmır) və 1 GSPS-ə qədər sürətlə 6-8 bitlik tutuma malikdirlər.

Birbaşa çevrilmə ADC arxitekturası Şek. 1

düyü. 1. Birbaşa çevrilmə ADC-nin struktur diaqramı

ADC-nin işləmə prinsipi son dərəcə sadədir: giriş siqnalı eyni vaxtda komparatorların bütün "müsbət" girişlərinə verilir və "mənfi" girişlər R rezistorlarına bölünərək istinaddan alınan bir sıra gərginliklərlə təchiz olunur. Şəkildəki dövrə üçün. 1 bu sıra olacaq: (1/16, 3/16, 5/16, 7/16, 9/16, 11/16, 13/16) Uref, burada Uref ADC istinad gərginliyidir.

ADC-nin girişinə 1/2 Uref-ə bərabər bir gərginlik verilsin. Sonra ilk 4 müqayisəçi işləyəcək (aşağıdan hesablasanız) və onların çıxışlarında məntiqi olanlar görünəcək. Prioritet kodlayıcı çıxış registrində sabitlənmiş vahidlərin "sütunundan" ikili kod təşkil edəcəkdir.

İndi belə bir çeviricinin üstünlükləri və mənfi cəhətləri aydın olur. Bütün komparatorlar paralel işləyir, dövrənin gecikmə vaxtı bir komparatorda gecikmə vaxtı üstəgəl kodlayıcıdakı gecikmə vaxtına bərabərdir. Komparator və kodlayıcı çox tez hazırlana bilər və nəticədə bütün dövrə çox yüksək sürətə malikdir.

Lakin N bit əldə etmək üçün sizə 2^N komparator lazımdır (və kodlayıcının mürəkkəbliyi də 2^N kimi artır). Şəkildəki sxem. 1. 8 komparatordan ibarətdir və 3 rəqəmi var, 8 rəqəmi əldə etmək üçün 256 komparator lazımdır, 10 rəqəm üçün - 1024 komparator, 24 bitlik ADC üçün 16 milyondan çox lazımdır.Lakin texnologiya hələ belə yüksəkliklərə çatmayıb.

ardıcıl yaxınlaşma ADC

Ardıcıl Yaxınlaşdırma Qeydiyyatı (SAR) analoq-rəqəm çeviricisi bir sıra ardıcıl “çəkilər” həyata keçirməklə, yəni giriş gərginliyinin böyüklüyünü aşağıdakı kimi yaradılan bir sıra böyüklüklərlə müqayisə etməklə giriş siqnalının böyüklüyünü ölçür:

1. İlk addımda quraşdırılmış rəqəmsal-analoq çeviricinin çıxışında 1/2Uref-ə bərabər dəyər təyin edilir (bundan sonra siqnalın intervalda olduğunu qəbul edirik (0 - Uref).

2. siqnal bu qiymətdən böyükdürsə, o zaman qalan intervalın ortasında yatan gərginliklə müqayisə edilir, yəni bu halda 3/4Uref. Əgər siqnal müəyyən edilmiş səviyyədən azdırsa, onda növbəti müqayisə qalan intervalın yarısından azına (yəni 1/4Uref səviyyəsi ilə) aparılacaq.

3. 2-ci addım N dəfə təkrarlanır. Beləliklə, N müqayisə ("çəkilər") nəticənin N bitini yaradır.

düyü. 2. Ardıcıl yaxınlaşma ADC-nin struktur diaqramı.

Beləliklə, ardıcıl yaxınlaşma ADC aşağıdakı qovşaqlardan ibarətdir:

1. Müqayisə edən. O, giriş dəyərini və "çəki" gərginliyinin cari dəyərini müqayisə edir (şəkil 2-də üçbucaqla göstərilir).

2. Rəqəmsal-analoq çevirici (Digital to Analog Converter, DAC). Girişdə alınan rəqəmsal kod əsasında "çəkili" gərginlik dəyəri yaradır.

3. Ardıcıl Yaxınlaşdırma Qeydiyyatı (SAR). O, DAC-nin girişinə verilən kodun cari dəyərini yaradaraq ardıcıl yaxınlaşma alqoritmini həyata keçirir. Bütün ADC arxitekturası onun adı ilə adlandırılıb.

4. Nümunə saxlama sxemi (Sample/Hold, S/H). Bu ADC-nin işləməsi üçün giriş gərginliyinin bütün çevrilmə dövrü ərzində sabit qalması prinsipial olaraq vacibdir. Bununla belə, "real" siqnallar zamanla dəyişməyə meyllidir. Nümunə və saxlama sxemi analoq siqnalın cari dəyərini "xatırlayır" və cihazın bütün dövrü ərzində onu dəyişməz saxlayır.

Cihazın üstünlüyü nisbətən yüksək konvertasiya sürətidir: N-bit ADC-nin çevrilmə müddəti N dövrədir. Dönüşüm dəqiqliyi daxili DAC-nin dəqiqliyi ilə məhdudlaşır və 16-18 bit ola bilər (indi 24 bitlik ADC SAR-lar görünməyə başlayıb, məsələn, AD7766 və AD7767).

Delta Sigma ADC

Nəhayət, ADC-nin ən maraqlı növü ədəbiyyatda bəzən yük balanslaşdırılmış ADC kimi də adlandırılan sigma-delta ADC-dir. Siqma-delta ADC-nin blok diaqramı Şəkildə göstərilmişdir. 3.

şək.3. Siqma-delta ADC-nin struktur diaqramı.

Bu ADC-nin işləmə prinsipi digər ADC növləri ilə müqayisədə bir qədər mürəkkəbdir. Onun mahiyyəti ondan ibarətdir ki, giriş gərginliyi inteqrator tərəfindən yığılmış gərginlik dəyəri ilə müqayisə edilir. Müqayisə nəticəsindən asılı olaraq inteqratorun girişinə müsbət və ya mənfi polarite impulsları verilir. Beləliklə, bu ADC sadə izləmə sistemidir: inteqratorun çıxışındakı gərginlik giriş gərginliyini “izləyir” (şəkil 4). Bu sxemin nəticəsi müqayisə cihazının çıxışında sıfırlar və birlər axınıdır, daha sonra rəqəmsal aşağı keçirici filtrdən keçirilir və nəticədə N-bit nəticə əldə edilir. Şəkildə LPF. 3. "Decimator" ilə birlikdə oxunuşların tezliyini "incəlməklə" azaldan bir cihaz.

düyü. 4. Sigma-delta ADC izləmə sistemi kimi

Ciddilik naminə demək lazımdır ki, Şek. 3 birinci dərəcəli sigma-delta ADC-nin blok diaqramıdır. İkinci dərəcəli sigma-delta ADC-də iki inteqrator və iki əks əlaqə döngəsi var, lakin burada müzakirə edilməyəcək. Bu mövzu ilə maraqlananlar müraciət edə bilər.

Əncirdə. 5 ADC-də girişdə (yuxarıda) sıfır səviyyəsində və Vref / 2 səviyyəsində (aşağıda) siqnalları göstərir.

düyü. 5. ADC-də siqnallar müxtəlif səviyyələrdə giriş siqnalı.

İndi mürəkkəb riyazi analizə keçmədən, siqma-delta ADC-lərin nə üçün öz-özünə səs-küy səviyyəsinin çox aşağı olduğunu anlamağa çalışaq.

Şəkildə göstərilən siqma-delta modulatorunun blok diaqramını nəzərdən keçirin. 3 və bu formada təqdim edin (Şəkil 6):

düyü. 6. Siqma-delta modulatorunun struktur diaqramı

Burada komparator fasiləsiz faydalı siqnal və kvantlaşdırma səs-küyünü cəmləyən gürzə kimi təqdim olunur.

İnteqrator 1/s ötürmə funksiyasına malik olsun. Sonra faydalı siqnalı X(s), siqma-delta modulatorunun çıxışını Y(s) və kvantlaşdırma səs-küyü E(s) şəklində təqdim edərək ADC-nin ötürmə funksiyasını alırıq:

Y(s) = X(s)/(s+1) + E(s)s/(s+1)

Yəni əslində siqma-delta modulatoru filtrdir aşağı tezliklər(1/(s+1)) faydalı siqnal və filtr üçün yüksək tezliklər(s/(s+1)) səs-küy üçün, hər iki filtr eyni kəsmə tezliyinə malikdir. Spektrin yüksək tezlikli bölgəsində cəmlənmiş səs-küy, modulyatordan sonra yerləşən rəqəmsal aşağı keçidli filtr tərəfindən asanlıqla çıxarılır.

düyü. 7. Spektrin yüksək tezlikli hissəsində səs-küyün “yerdəyişməsi” fenomeni.

Bununla belə, başa düşmək lazımdır ki, bu, sigma-delta ADC-də səs-küyün formalaşmasının son dərəcə sadələşdirilmiş izahıdır.

Beləliklə, sigma-delta ADC-nin əsas üstünlüyü daxili səs-küyün olduqca aşağı səviyyədə olması səbəbindən yüksək dəqiqlikdir. Bununla belə, yüksək dəqiqliyə nail olmaq üçün rəqəmsal filtrin kəsilmə tezliyinin mümkün qədər aşağı olması, siqma-delta modulyatorunun tezliyindən dəfələrlə az olması lazımdır. Buna görə də, sigma-delta ADC-lər var aşağı sürətçevrilmələr.

Onlar audio texnologiyasında istifadə edilə bilər, lakin əsas istifadə sensor siqnallarının çevrilməsi üçün sənaye avtomatlaşdırmasında, ölçmə alətlərində və yüksək dəqiqliyin tələb olunduğu digər tətbiqlərdədir. lakin tələb olunmur yüksək sürət.

Bir az tarix

Tarixdəki ən qədim ADC arayışı, yəqin ki, Paul M. Rainey patentidir, "Faks Teleqraf Sistemi", U.S. Patent 1,608,527, 20 iyul 1921-ci il tarixində verilmiş, 30 noyabr 1926-cı ildə verilmişdir. Patentdə təsvir olunan cihaz əslində 5 bitlik birbaşa çevrilmə ADC-dir.

düyü. 8. İlk ADC patenti

düyü. 9. Birbaşa çevrilmə ADC (1975)

Şəkildə göstərilən cihaz, 1975-ci ildə istehsal edilmiş, diskret komparatorlar əsasında yığılmış Kompüter Laboratoriyaları tərəfindən istehsal edilmiş birbaşa çevrilmə ADC MOD-4100-dir. 16 komparator var (onlar hər bir komparatora siqnalın yayılması gecikməsini bərabərləşdirmək üçün yarımdairə şəklində yerləşirlər), buna görə də ADC-nin bir qədər eni cəmi 4 bitdir. Dönüşüm dərəcəsi 100 MSPS, enerji istehlakı 14 vatt.

Aşağıdakı rəqəm birbaşa çevrilmə ADC-nin təkmil versiyasını göstərir.

düyü. 10. Birbaşa çevrilmə ADC (1970)

Computer Labs tərəfindən istehsal edilən 1970-ci il VHS-630 64 komparatora malik idi, 6 bitlik, 30 MSPS idi və 100 vatt istehlak edirdi (1975-ci il VHS-675-də 75 MSPS var və 130 vatt istehlak edirdi).

Ədəbiyyat

W. Kester. ADC Architectures I: Flash Converter. Analoq Cihazlar, MT-020 Təlimatı.

Stiv Loqan (Maksim İnteqrasiya edilmiş)

Müasir analoqdan rəqəmsal çeviricilərin (ADC) bolluğu tərtibatçını çətin seçim qarşısında qoyur.

İnteqrasiya edilmiş ADC-lərin həlli 8 ... 24 bitdir və hətta bir neçə 32 bitlik var. Mikro nəzarətçilərə, FPGA-lara, mikroprosessorlara, çip üzərində sistemlərə, ardıcıl yaxınlaşma ADC-lərə (SAR) və sigma-delta versiyalarına quraşdırılmış ADC-lər var. Boru kəməri ilə təchiz edilmiş ADC-lər ən yüksək nümunə sürətinin tələb olunduğu tətbiqlərdə istifadə olunur. ADC nümunə sürətləri 10 S/s ilə 10 GS/s arasında dəyişir. Və qiymət diapazonu 1 dollardan 265 dollara qədər və daha yüksəkdir.

Tətbiqiniz üçün ən yaxşı ADC seçmək üçün düşünün Müxtəlif növlər bu məhsulların və onların əsas növləri üçün optimal istifadə şərtləri.

Ardıcıl Təxminən ADC – Orta Sürətlər və Məlumat Tutma üçün

Ardıcıl Yaxınlaşdırma Reyestrinin (SAR) ADC-ləri geniş qətnamə və sürət diapazonunda mövcuddur. Birincisi, bir qayda olaraq, 6 ... 8 ilə 20 bit diapazonunda yerləşir, ikincisi isə bir neçə Ksa / s-dən 10 Msa / s-ə qədərdir. SAR ADC motor nəzarəti, vibrasiya təhlili, prosesin monitorinqi kimi orta sürətli proqramlar üçün yaxşı seçimdir. Onlar boru kəməri ilə təchiz edilmiş ADC-lər qədər sürətli deyil (aşağıda müzakirə olunur), lakin sigma-delta ADC-lərdən daha sürətlidir (aşağıda da müzakirə olunur).

ADC SAR gücünün yayılması diapazonu seçmə sürəti ilə birbaşa bağlıdır. Məsələn, 1 MS/s-də 5 mVt enerji yayan IC, 1 kSa/s-də 1 µVt-ni yayacaq. Beləliklə, SAR ADC-lər tətbiq baxımından olduqca çevikdir və bir tərtibatçı bir çox proqram üçün bir addan istifadə edə bilər.

SAR ADC-lərin başqa bir üstünlüyü odur ki, onlar analoq giriş siqnalının “fotoşəkilini” çəkirlər. SAR arxitekturası müəyyən bir vaxtda nümunələr alır. Tərtibatçıya nə vaxt ehtiyac ola bilər? Birdən çox siqnalı ölçmək lazım olduqda, siz eyni vaxtda bir neçə tək kanallı SAR ADC-ni seçə və ya çoxkanallı ADC və ya çoxlu yaddaş seçmə cihazları (SHA, İzlə və saxla, T/H nüvələri) ilə eyni vaxtda nümunə götürə bilərsiniz. onun daxilində. Bu, sistemə eyni vaxtda bir neçə analoq siqnalı ölçməyə imkan verəcək.

Cərəyan transformatorlarında və gərginlik transformatorlarında SAR ADC-lər rele mühafizə sxemlərində istifadə olunur. Onların köməyi ilə mühafizə sistemi eyni vaxtda cərəyan və gərginliyin müxtəlif fazalarını ölçür. Kommunal şəbəkə iqtisadiyyatında bu, daha çox töhfə verir yaxşı idarəetmə enerji şəbəkələri.

Sigma-delta ADC - daha çox dəqiqlik üçün

Əgər daha yüksək seçmə və ya maksimum effektiv bitlər (ENOB) vasitəsilə artan dəqiqliyə ehtiyacınız varsa, sigma-delta ADC xüsusilə aşağı səs-küylü, dəqiq tətbiqlər üçün ən yaxşı seçimdir. Sürət o qədər də kritik olmadıqda, siqma-delta ADC-də həddindən artıq seçmə və səs-küyün formalaşması çox yüksək dəqiqlik verir.

Ardıcıl yaxınlaşma ADC bazarı 5-10 il əvvəl doymağa başlayanda bir çox analoq şirkətlər çoxkanallı sigma-delta nüvələrinə sərmayə qoydular. Bu prosesin bugünkü nəticəsi 24 və ya 32 bitə qədər bit dərinliyi və 10 S/s-dən 10 MS/s-ə qədər seçmə sürətinə malik çox yüksək keyfiyyətli ADC-lərdir.

Hansı proqramlar 20 bitdən çox qətnamə tələb edə bilər? Standart olaraq mümkün bitlərin maksimum sayı səviyyəsində dəqiqliyin tələb olunduğu tətbiqlərə nümunə − ölçü alətləri və neft və qaz sənayesi üçün yanacaq xromatoqrafları. Analoq siqnalların düzgünlüyünün qiymətləndirilməsində standartı müəyyən edən digər sistem proqramları kimi, son istifadəçilərin aldıqları məlumatlara mütləq etibar etməli olduğu proqramlar.

Sizə modulator lazımdır?

Ən son sigma-delta ADC-ləri sürət və nümunə sürəti baxımından təsnif etmək çətinləşdi. Ənənəvi sigma-delta ADC-lər bütün rəqəmsal sonrakı emalları (SINC/kəsmə filtrləri, decimasiya, səs-küyün formalaşması daxil olmaqla) evdə etdi. Bundan sonra məlumatlar ardıcıl olaraq çox yüksək ENOB (Effektiv Sayısı Bit - effektiv bitlərin sayı) ilə xaricə buraxıldı. Məsələn, 24 bitlik ADC-niz varsa, çıxış 24 bit formatında idi. Birinci bit ən əhəmiyyətli bit (MSB), 24-cü bit isə ən az əhəmiyyətli bit (LSB) idi. Adi halda verilənlərin çıxış sürəti sistemin saat tezliyinin 24-ə bölünməsinə bərabər idi. Bunlar ən sürətli və ya ən çevik ADC-lər deyildi.

Son 5-10 ildə siqma-delta modulatorları, xüsusən də daha yüksək sürət tələb edən proqramlarda (çox vaxt 1 Msa/s və ya daha çox) daha populyarlaşdı. 24 bitlik çıxışın tam rəqəmləşdirilməsini gözləmədən, siqma-delta modulatoru məlumat axınını bit-bit çıxarır, sonrakı məlumatların təhlili üçün rəqəmsal filtrləmə vəzifəsini prosessorun və ya FPGA-nın çiyinlərinə keçir.

Bu modulyatorun çevikliyi 12-16 bitin kifayət edə biləcəyi motor nəzarəti kimi tətbiqlər üçün faydalıdır. İlk 16 bit adekvat analoq ölçmə dəqiqliyini təmin edərsə, motor nəzarətçisinə 24 bitlik məlumat axınının ən az əhəmiyyətli 8 bitinə ehtiyac olmaya bilər.

Serial ADC-lər Sigma Deltaya qarşı: Sürət Məsələləri

Müzakirə üçün digər vacib mövzu giriş filtrləridir. Xatırladaq ki, ADC-nin serial arxitekturası sürətli kadr yaratmağa imkan verir. Tətbiq daha yüksək seçmə dərəcəsi tələb etdikdə, giriş filtri daha mürəkkəb olur. Sonra, bir çox hallarda, giriş kondansatörünü "sürüşdürmək" və salınımları tez bir zamanda azaltmaq üçün xarici tampon və ya gücləndirici lazımdır və bu gücləndirici kifayət qədər bant genişliyinə malik olmalıdır. Şəkil 1-də MAX11166 500kS/s 16 bitlik serial ADC-nin işə salınması nümunəsi göstərilir. Bit dərinliyi və seçmə sürəti nə qədər yüksək olarsa, girişə uyğunlaşmaq və məlumatları düzgün oxumaq üçün tələb olunan vaxt bir o qədər qısa olar.

Şəkil 1-də 55 MHz qazanclı MAX9632 gücləndiricisi və sadə RC filtri istifadə olunur. Bu xüsusi gücləndirici 1 nV/√Hz-dən az səs-küyə nail olur və nəticədə sistem həlli 1/10 dB effektiv bit olur.

Ardıcıl yaxınlaşma ADC-ləri ilə müqayisədə, sigma-delta ADC-nin girişindən alınan məlumatlar dəfələrlə oxunur, buna görə də anti-aliasing filtrinə olan tələblər o qədər də kritik deyil. Sadə bir RC filtri çox vaxt kifayətdir. Şəkil 2-də MAX11270 64 kSa/s 24-bit Sigma-Delta ADC üçün nümunə əlaqə göstərilir. Bu, diferensial girişlər arasında birləşdirilmiş 10nF kondansatörlü Wheatstone körpüsüdür.

Boru kəməri ilə təchiz edilmiş ADC-lər - ultra yüksək seçmə dərəcələri üçün

Bu yazıda, məsələn, RF proqramlarında və SDR-də simsiz radio ilə ən yüksək seçmə sürətlərini əldə etmək üçün tələb olunan boru kəməri ilə təchiz edilmiş ADC-ləri qeyd etdik. proqram tapşırığı tezliklər.

Son 10 ildə ən böyük istehsalçılar analoq çiplər boru kəməri ilə təchiz edilmiş ADC-lərin inkişafına fəal şəkildə sərmayə qoydu. Boru kəməri ilə təchiz edilmiş ADC-lərin iki əsas üstünlüyü sürət və gücdür. 10 MS/s-dən bir neçə GS/s-ə qədər olan nümunə dərəcələri ilə bu məhsullar üçün interfeyslərin seçimi kritik olur. Boru kəməri ilə təchiz edilmiş ADC-lərin rəqəmsal çıxışları ətrafında "böyük döyüş" gözlənilir. İndiyə qədər əsas interfeys kimi paralel interfeys təklif edilmişdir, lakin serial LVDS interfeysi də kifayət qədər uyğundur, məsələn, çoxlu sayda kanal və 50...65 Msa diapazonunda seçmə dərəcəsi olan ultrasəs proqramları üçün. /s. Bununla belə, yeni interfeys növləri artıq mövcuddur.

Serial interfeysi JESD204B

JESD204B yüksək sürətdir serial interfeys 12,5 Gbps-ə qədər məlumat ötürülməsi ilə. Nisbətən bu yaxınlarda ortaya çıxan bu, ADC istehsalçılarına seçmə sürətlərini əhəmiyyətli dərəcədə artırmağa imkan verdi və prosessor və FPGA istehsalçılarına serial ötürücüləri ilə uyğun gəldi.

Paralel qoşulmuş çoxsaylı ADC ilə çoxkanallı proqramda ADC və FPGA/CPU arasında çaşdırıcı əlaqələr problemdir. JESD204B interfeysi ilə məlumat xətlərinin sayı xeyli azaldılır, beləliklə, lövhədə yer qənaət edilir. Şəkil 3 bu interfeysdə bir seriyalı çıxış cütünü və bir saat girişini göstərir, bu da tələb olunan I/O sancaqlarının sayını xeyli azaldır.

Boru kəməri ilə təchiz edilmiş ADC-lərin enerji istehlakı

Məhsulun miniatürləşdirilməsi artdıqca, aparıcı ADC istehsalçıları enerji istehlakını azaltmaq üçün getdikcə daha çox mübarizə aparırlar. Yaxşı performans - 1 Msa/s üçün 1 mVt. Əgər ADC performansınız buna yaxındırsa, deməli, layihə yaratarkən üzərində quracağınız bir şey var.

Mikrokontrollerlər, FPGA-lar, CPU-lar və çip üzərində sistemlər üçün optimallaşdırılmış ADC-lər

Mikrosxemlərə quraşdırılmış ADC-lər, bir qayda olaraq, ən məhsuldar deyil. Əvvəlcə çipdə 12 bitlik bir ADC qurulduqda, bitlərin effektiv sayı (ENOB) və ya xəttilik üçün zəmanətli dəyərlər əldə etmək üçün 8 bit kimi işləyəcəyi güman edilirdi. ADC-nin istənilən performansına nail olmaq üçün istifadəçi tam spesifikasiyanın parametrlərini diqqətlə öyrənməli və onlardan hansının zəmanətli qiymətlərə malik olması lazım olduğunu müəyyən etməlidir. Lakin, çox vaxt yalnız standart xüsusiyyətlər və ya minimum və maksimum dəyərlər qısa spesifikasiyalardan parametrlər.

Bu yaxınlarda inteqral qeyri-xəttilik (INL), diferensial qeyri-xəttilik (DNL), qazanc xətası və bitlərin effektiv sayı (ENOB) kimi ADC xüsusiyyətləri xeyli təkmilləşdirilmiş, ADC-lərin mikro nəzarətçilərə daha aktiv inteqrasiyasına imkan vermişdir. quraşdırılmış ADC-lərə malik mikrosxemlərin sayı əhəmiyyətli dərəcədə artmışdır. Hal-hazırda, bir proqram 12 bit və ya daha az qətnamə ilə çevrilmə tələb edirsə və ya yalnız bir neçə dönüşüm kanalı tələb edirsə, mikrokontroller ən qənaətcil həlldir.

FPGA satıcıları da öz sistemlərində ADC-ləri yerləşdirməyə başladılar. Məsələn, bir şirkət Xilinx bütün 7 seriyalı FPGA və Zynq SoC-lərdə 12 bitlik 1 MSa/s ADC-yə malikdir. Bununla belə, ADC-nin lövhədə yerləşməsi çox vacibdir. FPGA və ya sistem-on-a-chip prosessor modulu analoq girişdən əhəmiyyətli məsafədə yerləşə bilər ki, bu da ümumiyyətlə yüksək sürətli rəqəmsal avtobus vasitəsilə prosessor lövhəsinə qoşulmuş ayrıca lövhəyə yerləşdirilə bilər. Həssas analoq siqnalları bu testə məruz qoymaq istəmirsinizsə, prosessorda və ya FPGA-da quraşdırılmış ADC sizin seçiminiz deyil. Bu halda, mütləq ayrıca yüksək keyfiyyətli ADC-yə ehtiyacınız olacaq. Məsələn, proqramlaşdırıla bilən məntiq nəzarətçiləri (PLC) üçün bu, çox güman ki, 24 bitlik sigma-delta ADC olacaq.

PLC haqqında danışırıqsa, izolyasiya kimi vacib bir elementi qeyd etməliyik. Əksər PLC analoq girişləri bir növ təcrid formasını ehtiva edir, adətən rəqəmsaldır. Bir çox analoq giriş modullarında sürətli cavab və kəsilmələr üçün ucuz mikrokontrollerlər var. Bu halda, izolyasiyanın yeri daxili ADC-nin istifadə edilib-edilməməsini diktə edir. İzolyasiya prosessor (və ya mikrokontroller) və avtobus arasında yerləşirsə, quraşdırılmış ADC uyğun gəlir. Mikrokontrolleri yüksək gərginlikli girişlərdən təcrid etmək lazımdırsa, o zaman ən yaxşı həll inteqrasiya olunmuş ADC və rəqəmsal izolyatordur.

Ən yaxşı seçim nədir?

Müasir ADC-lərin bir neçə xüsusiyyətlərini müzakirə etdik. Ölçdüyünüz siqnalların sürəti, gücü və dəqiqliyi nə qədər vacibdir?

Ev istifadəsi üçün sadə, aşağı ayırdetmə qabiliyyətinə ehtiyacınız varsa, mikrokontroller, FPGA, prosessor və ya çip-on-çipdə quraşdırılmış ADC-lər bunu edə bilər. Tətbiqiniz aşağı sürətdədirsə (analoq giriş birbaşa cərəyan məsələn, yavaş dəyişən temperatur siqnalı), sigma-delta ADC ən yaxşı seçimdir. Təxminən 1000 rpm-də işləyən mühərrikin vibrasiyasını təhlil edərkən olduğu kimi giriş siqnalı kifayət qədər sürətlə dəyişirsə, serial (SAR) ADC ən yaxşı seçimdir. Tətbiq mövcud olan ən sürətlə dəyişən analoq siqnalları ölçməlidirsə, o zaman ən yaxşı seçimdir- boru kəmərli ADC.

ADC seçərkən unutmamalı olduğunuz əsas ifadə "bu asılıdır ..." dir. Əgər inkişaf etdiricisinizsə rəqəmsal sxemlər və ya düzgün ADC seçməkdə çaşqın olan bir enerji təchizatı mütəxəssisi - öyrənəcəksiniz ətraflı təlimatlar. ADC-lər çoxlu nüanslara malik mürəkkəb mikrosxemlərdir ki, onlar məlumat cədvəlinin və sazlama dəstlərinin diqqətlə öyrənilməsini tələb edir. Cədvəl 1 bazarda mövcud olan ADC-lərin minimum və maksimum parametrlərini göstərir. Bu əsl şəkildir bu gün. Qarşıdakı illərdə kim bilir necə dəyişəcək?

Cədvəl 1. Tipik ADC Performans Aralığı

* – modulatorun çıxış sürəti

Birbaşa çəkili ADC strukturunda olan müqayisəçiləri xətti gücləndiricilərlə əvəz etməklə və hər birinin çıxış gərginliklərini çoxlu istinad gərginliyi olan bir sıra komparatorlarla müqayisə etməklə, giriş empedansını artırmaq olar. Doğrudur, bu halda, dekodlaşdırma sxemində müqayisə edənlərin və məntiq qapılarının sayı azalmayacaq.

Hewlett-Packard patentlidir yeni üsul N-bit analoqdan rəqəmsal çevrilmə üçün nəzəri olaraq yalnız N müqayisəedici, qapaq və XOR qapılarından istifadə etməyə imkan verən analoq deşifrə adlanır.

Metod, bir səviyyədə işləyən adi komparatorlardan fərqli olaraq, bir neçə səviyyədə işləyən analoq dekodlaşdırma sxemlərinin istifadəsinə əsaslanır.

2.4. Çıxışın kodlaşdırılması

Birbaşa çəkili ADC-də istinad gərginlikləri giriş siqnalından az olan komparatorların çıxışları 1 vəziyyətində, istinad gərginlikləri girişdən böyük olanlar isə 0 vəziyyətindədir. Civə termometrinə bənzətməklə belə çıxış kodu termometrik adlanır. Giriş siqnalı dəyişdikdə, bir anda yalnız bir komparatorun vəziyyəti dəyişir. Bununla birlikdə, sonuncunun işləmə anları və mandalı triggerlərin saat impulslarının gəlməsi müstəqildir, bu elementlərin gecikmələrinin müəyyən nisbətlərində "qığılcım" adlanan ADC çıxış kodunda qeyri-sabitliyin yaranmasına səbəb ola bilər. kodu”. Bu fenomenlə mübarizə aparmağın bir yolu, yalnız bir bitin vəziyyətinin bir anda dəyişə biləcəyi Boz kodu istifadə edərək deşifrə cihazı qurmaqdır.

2.5. Pik aşkarlama funksiyası

Siqnalın böyük bir hissəsini cihazda mövcud olan məhdud yaddaşa yazmaq üçün seçmə sürətini mümkün olan maksimuma nisbətən azaltmaq lazımdır. Bu halda, siqnalın qısa partlayışları qaçırıla bilər. Bu fenomenin qarşısını almaq üçün aşağıdakı texnikadan istifadə edə bilərsiniz. Nümunə alma sürəti həmişə maksimumdur. Hər birinin nəticəsi N-ci nümunə, burada N seçmə tezliyinin bölmə əmsalıdır. Qeydlər arasında maksimum müsbət gərginliyi vurğulamaq üçün cari nümunənin dəyəri daim əvvəlki ilə müqayisə edilir və daha böyük olanı saxlanılır. Eynilə, maksimum mənfi gərginlik ayrılır. Təsvir edilən rekursiv alqoritmdən istifadə edərək bu cür "ağıllı" cihazlar bəzi yeni rəqəmsal osiloskoplara quraşdırılmışdır. Məsələn, Hewlett-Packard HP54800 osiloskopu 500 ps-ə qədər impulsları saxlaya bilir ki, bu da 2 GHz seçmə sürətinə uyğundur.

düyü. 1. "Klassik" birbaşa çəkili ADC-nin struktur diaqramı

düyü. 2. Birbaşa çəkili ADC-nin interpolyasiya strukturu

Təsvir edilən alqoritmlə seçilmiş nəbzin minimum müddəti tam ADC çevrilmə dövrü vaxtı ilə məhdudlaşır, bunun əhəmiyyətli bir hissəsi müqayisə xəttinin çıxış kodunu çox mərhələli istifadə edərək çıxış siqnalına çevirməyə sərf olunur. məntiq diaqramı. ADC-nin məntiqi dövrəsini dəyişdirərək, sonuncunun gecikməsini bir mandalın gecikməsinə qədər azaltmaq olar. Belə bir Raytheon TDC1035 rəqəmsal pik detektorunun quruluşu Şəkildə göstərilmişdir. 3 . O, “klassik”dən (şəkil 1) onunla fərqlənir ki, burada qapalı D-flip-floplar əvəzinə RS-flop-lardan istifadə olunur ki, onlar müvafiq müqayisə siqnalı gəldikdən dərhal sonra alovlanır və qalana qədər bu vəziyyətdə qalırlar. sıfırlama nəbzi gəlir. RS-flip-flop xəttinin "termometrik" çıxış kodu siqnalın pik dəyəri kodunu təmsil edir. Onun standart formaya çevrilmə vaxtı artıq ciddi məhdudiyyətlərə malik deyil. Bu ADC kifayət qədər köhnə texnologiyaya əsaslanır və tam 8 bit dəqiqliklə ölçülən 30 ns zəmanətli nəbz müddəti var.

düyü. Şəkil 3. ADC Raytheon TDC1035 birbaşa çəkisi olan pik detektorunun struktur diaqramı

3. ADC boru kəmərinin növü (Boru kəməri)

Yuxarıda qeyd edildiyi kimi, birbaşa çəkili ADC-nin maksimum bit eni 10-dur. Rezolyusiyanı artırmaq üçün başqa strukturlardan istifadə edilməlidir. Müasir yüksək sürətli ADC-lərin çoxu nümunə siqnalının bir neçə saat dövrü ərzində siqnalı ardıcıl olaraq emal edən qovşaqlardan ibarətdir. Bu halda çıxış kodlarının baş vermə tezliyi nümunə siqnalının tezliyinə bərabərdir. Onlara Boru Kəməri ADC-ləri deyilir.

3.1. Boru kəməri qaba ADC (Subranging)

Eyni zamanda, indi ən çox yayılmış üsul əvvəlcə bir qrup yüksək səviyyəli rəqəmləri rəqəmsal formaya çevirməkdir (kobud çevrilmə). DAC-ın köməyi ilə qəbul edilən kod girişdən çıxarılan analoq siqnala çevrilir. Fərq gərginliyi gücləndirilir və aşağı dərəcəli bitlər qrupunu (dəqiq çevrilmə) çevirən ADC-yə verilir. Bu cür zəriflik çevrilmələrinin və buna görə də kaskadların sayı olduqca böyük ola bilər. Aşağı və yüksək dərəcəli ADC-lər eyni vaxtda işləyir, daxil olan nümunələri ardıcıllıqla emal edir. Cihaz müxtəlif prinsiplər əsasında qurulmuş daxili ADC-lərdən istifadə edə bilər - birbaşa çəki və ya, məsələn, aşağıda göstərilən MagAmps.

Əncirdə. Şəkil 4, 60 və 41 MHz seçmə tezliyi olan versiyalarda mövcud olan Analoq Cihazların qabaqcıl 12-bit Subranging ADC AD9042 strukturunu göstərir. Birinci SHA1-in gətirmə və saxlama sxemi siqnalın nümunəsini dönüşüm müddəti üçün adi şəkildə saxlayır. Onun çıxış siqnalı ADC tərəfindən çevrilir, onun çıxış kodu bufer registrində saxlanılır və həmçinin DAC-ni idarə etmək üçün istifadə olunur. SHA2 nümunə saxlama sxemi ilk ADC-nin işinin cihazın sonrakı hissəsinin düzgünlüyünə təsir etməsinin qarşısını almaq üçün istifadə olunur. DAC siqnalı onun çıxış siqnalından çıxarılır. Diferensial gərginlik gücləndirilir və ikinci ADC-nin işləməsi üçün tələb olunan vaxt ərzində SHA3 nümunə götürmə və saxlama sxemi tərəfindən saxlanılır. At düzgün əməliyyat birinci ADC-nin xətası ən az əhəmiyyətli rəqəmlərdən birini keçməyəcək. İkinci çeviricinin rəqəmlərinin sayı elə seçilir ki, birinci və ikinci ADC-lərin rəqəmlərinin sayı bütövlükdə ADC-nin tutumundan bir çox olsun. Overbit birinci ADC-nin çevrilmə xətasını düzəltmək üçün istifadə olunur. Bunun üçün DAC ən azı bütövlükdə ADC-nin dəqiqliyinə, yəni bu halda 12 bitlik dəqiqliyə malik olmalıdır və cəmləmə gücləndiricisi elə bir artıma malik olmalıdır ki, ən əhəmiyyətli rəqəmin çəkisi ikinci ADC birincinin ən az əhəmiyyətli rəqəmindən az deyil. Bu halda, tam toplayıcı olan düzəldici məntiq sxemi, konversiya xətasını ADC bitlərinin verilmiş sayına uyğun olan qiymətə endirə biləcək. Xüsusi bir xüsusiyyət, şirkət tərəfindən yaxşı mənimsənilmiş MagAmps tipli ADC-nin istifadəsi və yüksək xətti və sürəti əldə etmək üçün hər birinin çəki əmsalı müəyyən bir koda uyğun gələn 63 cərəyan mənbəyi olan DAC-ın istifadəsidir. Bu çərçivənin arxasında duran texniki ideyalar bir sıra digər Analoq Cihazlar məhsullarında istifadə olunur.

düyü. Şəkil 4. Düzəliş məntiqi ilə boru kəməri çəkilmiş ADC-nin struktur diaqramı Analoq Cihazlar AD9042

Burr-Brown tərəfindən yüksək sürətli ADC-lərin bütün seriyalarında istifadə olunan ADS807 ADC oxşar quruluşa malikdir: 12 bitlik ADS80X (ən sürətli ADS807 - 53 MHz), 10 bitlik ADS82X və ADS90X (ən sürətli ADS824 - 70 MHz), 8 -bit ADS83X və ADS93X (ən sürətli ADS831 - 80MHz).

Texas Instruments-ın bütün yüksək sürətli ADC-ləri də bu üsula əsaslanır. Daxili birbaşa çəki (Flash) ADC-lərdən istifadə etdikləri üçün şirkət onların strukturunu Samiflash adlandırır. TLC876 istisna olmaqla, onların hamısı 8 bitlidir və iki daxili 4 bitlik ADC-dən istifadə edir. Onlardan ən sürətlisi TLV5580 (8 bit, 80 MHz, çıxış kodunun gecikmə müddəti - 4,5 dövr), ən dəqiqi TLC876 (10 bit, 20 MHz, 5 daxili ikirəqəmli ADC istifadə edir).

3.2. Tək bitli ADC ilə çox mərhələli

Boru kəməri ilə təchiz edilmiş ADC-nin (ripple) ilk versiyalarından biri ardıcıl olaraq bağlanmış eyni kaskadlardan ibarət idi. Hər bir mərhələdə gücləndirici, bir bitlik DAC və müqayisəedici [X] var idi. Giriş siqnalı nümunə saxlama sxemi tərəfindən yadda saxlanıldı, ilk müqayisəçiyə daxil edildi, işə salındıqda bir bitlik DAC siqnalı giriş siqnalından çıxarıldı, gücləndirici tərəfindən 2 dəfə gücləndirildi (bütün kaskadlarda eyni həssaslığı əldə etmək üçün) ) və növbəti kaskada fərq siqnalı kimi daxil edilir. Beləliklə, kaskadların hər biri bir bitlik analoqdan rəqəmə çevrilmə həyata keçirdi. Bütün komparatorların çıxışlarından gələn siqnallar toplusu, çıxış məntiqi ilə standart formada yenidən kodlaşdırılan çevrilmənin nəticəsini təmsil edirdi. Dönüşüm vaxtı əsasən siqnalın bütün mərhələlərdən keçməsi ilə müəyyən edilirdi.

düyü. 5. Bir bitli MagAmp ADC-nin struktur diaqramı - boru kəməri ilə təchiz edilmiş ADC-nin elementi

Tək bitli ADC-lərdən qurulmuş təkmilləşdirilmiş boru kəməri strukturu siqnalın mütləq dəyərinin gücləndiricilərindən istifadə etdiyi üçün Magnitude Amplifiers və ya qısaca MagAmps adlanır. Digər adlar da istifadə olunur. Belə bir ADC-nin kaskadının ekvivalent sxemi Şəkildə göstərilmişdir. 5. Komparator giriş gərginliyinin işarəsini müəyyən edir, ona uyğun olaraq çıxış bitini yaradır. Eyni zamanda, siqnalın növbəti mərhələyə daxil olduğu qazancın işarəsini idarə edir: +2 və ya -2. İstinad gərginliyi VR keçidin çıxışındakı gərginliklə cəmlənir və növbəti mərhələyə ötürülən fərq siqnalını yaradır. Yuxarıda təsvir olunan variantdan (ripple) fərqli olaraq, bu asılılıq yalnız törəmədə sıçrayışlara malikdir, lakin amplituda kəskin sıçrayışlara malik deyil, bu da yüksək çevrilmə sürətinə nail olmağa kömək edir. Yüksək konversiya sürətinə nail olmağa imkan verən əsas amil, əks əlaqədən istifadə etmədən aşağı təhrif və 8 bitə qədər dəqiqliklə cari idarəetmə ilə yüksək sürətli diferensial mərhələləri olan analoq IC-lərin yeni strukturlarında tətbiq etmək imkanı idi. Asılılığın formasına görə bu ADC həmçinin qatlanmış (qatlanmış) adlanır və Boz kod şəklində çıxış kodlaması üçün ardıcıl Boz ADC də adlanır. İstehsal qabiliyyətinə görə, bu strukturlar tez-tez ucuz ADC-lərin tikintisində istifadə olunur. yaxşı performans. Məsələn, 12 bitlik AD9042 ADC-lərindəki Analoq Cihazlar, 10 MHz-ə qədər AD922X seriyası, ikili 8 bitlik AD9059 60 MHz nümunə sürəti (5 ən əhəmiyyətli bit) və 8 bitlik AD9054 200 MHz nümunə sürəti. (4 böyük rəqəm).

4. Çoxfazalı seçmənin tətbiqi haqqında

Seçmə siqnalları qeyri-sabit olduqda, adətən fazada titrəmə şəklində özünü göstərir, seçmə tezliyinə uyğun tezlikli siqnallar xarakterik görünüşünü göstərir. qeyri-xətti təhrif, nə qədər böyükdürsə, siqnalın dəyişmə sürəti bir o qədər yüksəkdir. Saatların vaxt sabitliyini artırmaq üçün xüsusi tədbirlər görülür, məsələn, yeni Hewlett-Packard osiloskoplarında çox sabit saat siqnalını təmin edən faza kilidli dövrə formalaşdırma sxemindən istifadə olunur.

Çox vaxt müxtəlif prinsiplər əsasında qurulmuş yüksək sürətli ADC-lərdə bütövlükdə cihazın ekvivalent seçmə sürətini artırmaq üçün bir-birinə nisbətən vaxt dəyişikliyi ilə girişlər və nümunələr üçün paralel olaraq bir neçə ADC istifadə olunur. Çoxfazalı seçmə adlanan bu üsul, siqnalın bir fiziki yaddaş hüceyrəsinə yazılması (nümunə götürmə) vaxtı nümunə siqnalının gəlişindən siqnalın görünməsinə qədər olan müddətdən əhəmiyyətli dərəcədə az olarsa, çevrilmə sürətində əhəmiyyətli üstünlüklər təmin edir. ADC-nin çıxışı. Məsələn, yuxarıda qeyd olunan AD9059-da quraşdırılmış nümunə saxlama sxemi 1 ns nümunə vaxtına malikdir və nümunə siqnalları arasındakı minimum interval 16,7 ns-dir. Ancaq bu fürsətdən ehtiyatla istifadə edilməlidir. Nümunə alma siqnallarının qeyri-kafi sabitliyi və cihaza daxil olan ADC-lər üçün çevrilmə müddətindəki fərq nəticəsində yaranan məhdudiyyətlər, indi çox vaxt ya AD9058 ilə eyni çipdə hazırlanmış yalnız iki ADC-nin bir-birinə qarışmasına və ya bu ehtimala səbəb olur. Hewlett-Packard-ın yeni osiloskoplarında olduğu kimi tamamilə tərk edilmişdir.

Ədəbiyyat

1. Tektronix kataloqu, 1988
2. Denbnovetsky S.V. və başqaları, Yaddaş katod-şüa osiloskopları. Moskva, "Radio və rabitə", 1990.
3. 20X Saat çarpması portativ Scopes-un rəqəmsallaşma dərəcəsini Hiperdrive-a köçürür. Richard B. Rudloff, Hewlett-Packard Corp.
4. AFI-1700 impuls siqnallarının rəqəmsal yazıcısı. Texniki təsvir və təlimat kitabçası. SSRİ Elmlər Akademiyasının Sibir bölməsi Nüvə Fizikası İnstitutu, 1994
5. 500Mps/s 8-Bit Flash ADC, Analoq Dizayn Bələdçisi, 7-ci Nəşr, Maxim Integrated Products, Inc.
6. Uolt Kester. Yüksək sürətli seçmə və yüksək sürətli ADC. Yüksək sürətli dizayn texnikası, Analog Devices Inc.
7. Qış 1999 Dizaynerin İstinad Təlimatı, CD, Analog Devices Inc.
8. 1997 Məlumat Kitabı, CD, Raytheon Electronics Semiconductor Division.
9. 1999 CD-ROM kataloqu, Burr-Brown Corporation.
10. Dizayner Bələdçisi və Məlumat Kitabı.