Yüksek frekanslı ADC'ler Basın bülteni. Seri giriş veri arayüzüne sahip DAC

Genişleyen ağlar kablosuz iletim Her zamankinden daha yüksek taşıyıcı frekansları ve veri hızları kullanan veriler, sinyallerin sayısallaştırılmasını iyileştirme konusunda giderek daha acil sorunlar ortaya çıkarmaktadır. Bu, daha gelişmiş A/D dönüştürücüler için artan bir talep olduğu anlamına gelir. Modern gereksinimleri karşılamak için, 1 GHz'den fazla örnekleme hızına sahip analogdan dijitale dönüştürücüler ortaya çıktı. Bu makale, yeni uygulamalar geliştirirken ve eskileri yükseltirken daha hızlı ADC'lerin kullanımını ele alacaktır.

Nyquist Kuralını Hatırla

Yüksek frekanslı bir cihaz için analogdan dijitale dönüştürücü seçerken, ADC'nin örnekleme hızının iki veya daha fazla kat olması gerektiğini unutmayın. Bant genişliği sayısallaştırılacak sinyal. Bu örnekleme hızına Nyquist frekansı denir. "Sıklık" değil "bant genişliği" teriminin kullanıldığını unutmayın. Giriş sinyali bir sinüzoid değilse, o zaman karmaşık olarak kabul edilir. Örneğin, Fourier teoremine göre temel bir sinüzoid ve çoklu harmoniklerden oluşan bir dürtü. Modüle edilmiş sinyaller ayrıca, bir örnekleme hızı seçerken göz önünde bulundurulması gereken geniş bir frekans aralığı içerir.

Bir sinüs dalgasının temel frekansından ve sonsuz sayıda tek harmonikten oluşan bir kare dalga düşünün. 300 MHz kare dalga için, ADC örnekleme hızı en az beşinci harmonik frekansın iki katı veya 3 GHz olmalıdır. Radar veya modüle edilmiş sinyaller gibi daha karmaşık sinyaller, tüm sinyal ayrıntılarını doğru bir şekilde yakalamak için benzer şekilde yüksek işleme hızları gerektirir.

Bir örnek, daha yüksek verim ve daha yüksek veri hızları için ortam toplama kullanan bir LTE Gelişmiş sinyal işleme istasyonunun alıcısıdır. Birkaç standart 20 MHz LTE kanalı, daha yüksek OFDM verimi sağlamak için 40-, 80-, 160 MHz bant genişliği sağlamak üzere gruplandırılmıştır.

Çeşitli sistemlerde yüksek hızlı ADC'lerin kullanımı

Yazılım tanımlı radyo cihazlarında (SDR) ağırlıklı olarak yüksek hızlı ADC'ler kullanılır. Modern SDR'lerin çoğu, giriş sinyalinin filtreleme ve amplifikasyondan sonra doğrudan sayısallaştırıldığı bir doğrudan dönüştürme (sıfır IF) mimarisi kullanır. Desimetre veya yüksek frekanslı sinyallerle (UHF veya mikrodalga) çalışırken, analogdan dijitale dönüştürücünün yüksek bir örnekleme hızına sahip olması gerekir. Bir örnek, bir baz istasyonu hücresel alıcısıdır.

Ayrıca yüksek hızlı ADC'ler elektronik harp (elektronik harp) sistemleri, RF kayıt sistemleri ve radar ekipmanları gibi diğer sistemlerde de kullanılabilir. Çoğu zaman, yüksek hızlı analogdan dijitale dönüştürücüler de ölçüm teknolojisinde, reflektometri ekipmanında (OTDR) kullanılır. Doğrusal RF güç amplifikatörlerinde kullanılan dijital bozulma öncesi alıcıların önemli bir parçasıdır.

Aşağıda, doğrudan dönüşümlü SDR alıcılarında kullanılan Texas Instruments ADC32RF45'in bir blok şeması bulunmaktadır:

Giriş bant geçiren filtre gerekli sinyali seçer, düşük gürültülü amplifikatör onu yükseltir, ardından sinyal dijital amplifikatör A/D dönüştürücü için uygun giriş seviyesini sağlayan değişken kazanç ile. Bant dışı filtreler örtüşmeyi önler. ADC, harici bir PLL sentezleyici ve titreşim temizleyici ile çalışır. JESD2048 arayüzünü kullanarak DSP işlemcisine bağlanır.

ADC32RF45 kullanan ürünler arasında Pentek'in FlexorSet Yazılım Radyo Modülleri bulunmaktadır. Bu modüller, mühendislerin özel iletişim ekipmanı tasarlamasına ve çeşitli SDR ekipmanlarıyla denemeler yapmasına yardımcı olmak için tasarlanmıştır. Modüller iki ADC kanalı ve iki DAC kanalı () sunar. Dahili Xilinx FPGA yazılım veri toplama ve sinyal üretimi için DAC deneyleri kolaylaştırır.

Tasarım gereksinimleri

ADC32RF45'i kullanan en önemli tasarım adımı, giriş devresi elemanlarının doğru seçimi olacaktır. Özellikle, kenar yumuşatma bant dışı filtreler, ADC'nin giriş empedansıyla eşleşmelidir. Bu, filtrenin düzlük bandında ve tercihen reddetme bölgesinin dışında maksimum sağlamak için gereklidir.

Tasarımı basitleştirmek için S parametrelerinin (saçılma parametreleri) kullanılması önerilir. Frekans alanındaki S parametreleri, RF devrelerinin ve bileşenlerinin davranışı için simülasyon miktarlarıyla ilgilidir. Bu karmaşık değerler tipik olarak devrelerin ve bileşenlerin davranışını ve performansını göstermek için manipüle edilebilen bir matris formunda sunulur. İletim hattı sistemleri, filtreler ve diğer yüksek frekanslı cihazlar tasarlanırken tercih edilirler.

Ek olarak, değerlendirme modülü (EVM) ile eksiksiz bir referans tasarımı, tasarım sürecini hızlandırmaya ve basitleştirmeye yardımcı olacaktır.

12 09 2013 - Norwood, Massachusetts, ABD

Analog Cihazlar A.Ş. (NASDAQ: ADI), günümüzde mevcut olan herhangi bir ardışık yaklaşık kayıt dönüştürücünün iki katı hızda, saniyede 5 milyon örnekleme (MSPS) ile 18 bitlik bir PulSAR® analogdan dijitale dönüştürücüler (ADC'ler) ailesini tanıttı. , SAR). Gelişmiş bant genişliği, sınıfının en iyisi gürültü tabanı ve yüksek doğrusallığı ile AD7960 PulSAR ADC, dijital X-ray gibi düşük güçlü, çoğullamalı sistemler ve spektroskopi, manyetik rezonans görüntülemede gradyan kontrolü gibi aşırı örnekleme uygulamaları için çok uygundur. ve gazların kromatografik analizi.

Aşırı örneklemenin güç tüketimi ve doğruluk azalması pahasına geldiği diğer 18 bit ADC'lerin aksine, AD7960 5MSPS'de 39mW çeker ve mükemmel statik doğrusallığı (+/- 0.8LSB kümülatif doğrusal olmayanlık) ve yüksek dinamik performansı (sinyal) korumak için optimize edilmiştir. -gürültü oranı 99 dB) maksimum hızda bile. Bu yeni dönüştürücü aynı zamanda sınıfındaki en iyi gürültü tabanına (22.4 nV/√Hz) tam ölçekli giriş oranına sahiptir. Paketin az yer kaplaması, tasarımcıların yüksek kanal sayım sistemleriyle ilgili katı boyutlandırma, termal performans ve güç gereksinimlerini karşılamalarına yardımcı olur.

Analog Devices ayrıca, 5 MSPS'de mükemmel sinyal-gürültü oranı (95.5 dB) ve entegre doğrusal olmayan (+/- 0.2 LSB) sağlayan PulSAR AD7961 16-bit ADC'yi tanıttı.

• Veri sayfasını indirin, videoyu izleyin, sipariş örnekleri ve değerlendirme panoları:
• Laboratuvar Referans Tasarımından Devreler: 5 MSPS veri toplama sistemi için hassas, düşük güç, 18 bit sinyal zinciri
• Çevrimiçi toplulukta Analog Cihazlardan diğer geliştiriciler ve ürün uzmanlarıyla bağlantı kurun teknik Destek EngineerZone™:

PulSAR AD7960 ve AD7691 ADC'ler Hedef Veri Toplama Sistemleri

PulSAR AD7961 ve AD7960 pin uyumlu ADC'ler, endüstriyel ve sağlık uygulamaları için son derece özelleştirilebilir 16/18 bit veri toplama sistemlerinin oluşturulmasını sağlar. Konvertörden 300 MHz'e kadar hızlarda veri alınmasına izin veren yapılandırılabilir, düşük gürültülü bir LVDS (düşük voltajlı diferansiyel sinyalleme) arayüzüne sahiptirler.

Sipariş için fiyat ve kullanılabilirlik

Ürün	Numune Bulunabilirliği / Seri Üretim	İzin	SNR (tip.)	Adımlamak. Aralık	1000 adet sipariş verirken adet fiyatı	Çerçeve
AD7960	Şimdi	18 bit		-40°C ila 85°C	$31.00	32 pinli LFCSP
AD7961	Şimdi	16 bit	95.5 dB	-40°C ila 85°C	$21.00	32 pinli LFCSP

AD7960, düşük güçlü ADA4897 raydan raya amplifikatör (p-to-supply), AD8031 raydan raya giriş ve çıkış voltajı amplifikatörü ve tam özellikli bina için ADR4540 veya ADR4550 voltaj referansları ile birlikte kullanılabilir. düşük güç, hassas sinyal zinciri.

• Analog Cihazlar Hakkında
• • Yenilik, yüksek özellikler ve rakipsiz ürün kalitesi, Analog Devices'ın uzun yıllardır piyasadaki finansal açıdan en başarılı şirketlerden biri olmasını sağlayan temel temellerdir. elektronik parçalar. Sinyal işleme ve veri dönüştürme teknolojilerinde dünya lideri olan Analog Devices, elektronik endüstrisinin neredeyse her alanında 60.000'den fazla müşteriye hizmet vermektedir. Analog Devices'ın merkezi Norwood, Massachusetts, ABD'de olup, dünya çapında tasarım merkezleri ve üretim tesisleri bulunmaktadır. Analog Cihazlar, S&P 500 hisse senedi endeksinde listelenmiştir.

• ADI'nin haftalık teknik dergisi olan dergiye abone olun.

  PulSAR, Analog Devices, Inc.'in tescilli ticari markasıdır.

Editörler - iletişim bilgileri:

Bu makale, çeşitli tiplerdeki ADC'lerin çalışma prensibi ile ilgili ana konuları tartışmaktadır. Aynı zamanda, analogdan dijitale dönüşümün matematiksel açıklamasıyla ilgili bazı önemli teorik hesaplamalar makalenin kapsamı dışında kaldı, ancak ilgili okuyucunun ADC işleminin teorik yönleri hakkında daha derin bir değerlendirme bulabileceği bağlantılar sağlandı. . Bu nedenle makale, çalışmalarının teorik bir analizinden ziyade ADC işleyişinin genel ilkelerini anlamakla ilgilidir.

giriiş

Başlangıç ​​noktası olarak, analogdan dijitale dönüştürmeyi tanımlayalım. Analogdan dijitale dönüştürme, girdi fiziksel miktarını sayısal temsiline dönüştürme işlemidir. Analogdan dijitale dönüştürücü, böyle bir dönüştürme gerçekleştiren bir cihazdır. Resmi olarak, ADC'nin giriş değeri herhangi bir fiziksel miktar olabilir - voltaj, akım, direnç, kapasitans, darbe tekrarlama hızı, şaft dönüş açısı, vb. Bununla birlikte, kesinlik için, gelecekte ADC ile sadece voltajdan koda dönüştürücüleri anlayacağız.

Analogdan dijitale dönüştürme kavramı, ölçüm kavramıyla yakından ilişkilidir. Ölçüm, ölçülen değeri belirli bir standartla karşılaştırma işlemi olarak anlaşılır; analogdan dijitale dönüştürme sırasında, giriş değeri belirli bir referans değeriyle (genellikle bir referans voltajıyla) karşılaştırılır. Bu nedenle, analogdan dijitale dönüştürme, giriş sinyalinin değerinin bir ölçümü olarak düşünülebilir ve ölçüm hataları gibi tüm metroloji kavramları bunun için geçerlidir.

ADC'nin ana özellikleri

ADC, dönüştürme frekansı ve bit derinliğinin ana olarak adlandırılabileceği birçok özelliğe sahiptir. Dönüştürme frekansı genellikle örnek/saniye (SPS) cinsinden ifade edilir, bit derinliği bit cinsindendir. Modern ADC'ler, 24 bite kadar bit derinliğine ve GSPS birimlerine kadar dönüştürme hızına (elbette aynı anda değil) sahip olabilir. Hız ve bit derinliği ne kadar yüksek olursa, gerekli özellikleri elde etmek o kadar zor olur, dönüştürücü o kadar pahalı ve karmaşıktır. Dönüştürme hızı ve bit derinliği belirli bir şekilde birbiriyle ilişkilidir ve hızdan taviz vererek efektif dönüştürme bit derinliğini artırabiliriz.

ADC türleri

Birçok ADC türü vardır, ancak bu makalede kendimizi yalnızca aşağıdaki türleri dikkate almakla sınırlayacağız:

• Paralel dönüştürme ADC (doğrudan dönüştürme, flash ADC)
• Ardışık Yaklaşım ADC (SAR ADC)
• delta-sigma ADC (şarj dengeli ADC)

Doğrudan (paralel) dönüştürmenin ADC'leri en yüksek performansa ve en düşük bit derinliğine sahiptir. Örneğin, Texas Instruments'ın TLC5540 paralel dönüştürme ADC'si, bit genişliği yalnızca 8 bit olan 40MSPS hıza sahiptir. ADC bu türden 1 GSPS'ye kadar dönüşüm oranlarına sahip olabilir. Burada, boru hattına bağlı ADC'lerin (boru hattına bağlı ADC'ler) daha da yüksek hıza sahip olduğu belirtilebilir, ancak bunlar daha düşük hıza sahip birkaç ADC'nin bir kombinasyonudur ve bunların değerlendirilmesi bu makalenin kapsamı dışındadır.

Bit hızı serisindeki orta niş, ardışık yaklaşım ADC'leri tarafından işgal edilir. Tipik değerler, 100KSPS-1MSPS dönüşüm oranında 12-18 bittir.

En yüksek doğruluk, 24 bit dahil bit derinliğine ve SPS birimlerinden KSPS birimlerine kadar bir hıza sahip sigma-delta ADC'ler ile elde edilir.

Yakın geçmişte kullanım alanı bulan bir başka ADC türü de bütünleştirici ADC'dir. Entegre ADC'ler artık neredeyse tamamen diğer ADC türleri ile değiştirildi, ancak daha eski ölçüm cihazlarında bulunabilir.

doğrudan dönüşüm ADC

Doğrudan dönüşümlü ADC'ler 1960'larda ve 1970'lerde yaygınlaştı ve 1980'lerde entegre devreler olarak üretilmeye başlandı. Genellikle "boru hatlı" ADC'lerin bir parçası olarak kullanılırlar (bu makalede ele alınmamıştır) ve 1 GSPS'ye kadar hızda 6-8 bit kapasiteye sahiptirler.

Doğrudan dönüşüm ADC mimarisi, Şek. bir

Pirinç. 1. Doğrudan dönüşüm ADC'nin yapısal diyagramı

ADC'nin çalışma prensibi son derece basittir: giriş sinyali, karşılaştırıcıların tüm "pozitif" girişlerine aynı anda beslenir ve "negatif" girişler, dirençlere bölünerek referanstan elde edilen bir dizi voltajla beslenir R Şekildeki devre için. 1 bu satır şöyle olacaktır: (1/16, 3/16, 5/16, 7/16, 9/16, 11/16, 13/16) Uref, burada Uref, ADC referans voltajıdır.

ADC'nin girişine 1/2 Uref'e eşit bir voltaj uygulansın. Ardından ilk 4 karşılaştırıcı çalışacak (aşağıdan sayarsanız) ve çıkışlarında mantıklı olanlar görünecektir. Öncelik kodlayıcı, çıkış kaydı tarafından sabitlenen birimlerin "sütunundan" ikili bir kod oluşturacaktır.

Şimdi böyle bir dönüştürücünün avantajları ve dezavantajları netleşiyor. Tüm karşılaştırıcılar paralel çalışır, devrenin gecikme süresi, bir karşılaştırıcıdaki gecikme süresi ile kodlayıcıdaki gecikme süresine eşittir. Karşılaştırıcı ve kodlayıcı çok hızlı yapılabilir ve sonuç olarak tüm devre çok yüksek bir hıza sahiptir.

Ancak N bit elde etmek için 2^N karşılaştırıcıya ihtiyacınız vardır (ve kodlayıcının karmaşıklığı da 2^N olarak büyür). Şek. 1. 8 karşılaştırıcı içerir ve 3 bit vardır, 8 bit elde etmek için 256 karşılaştırıcıya ihtiyacınız vardır, 10 bit için - 1024 karşılaştırıcı, 24 bit ADC için 16 milyondan fazlasına ihtiyaç duyarlar.Ancak teknoloji henüz bu yüksekliklere ulaşmadı.

ardışık yaklaşım ADC

Ardışık Yaklaşım Kaydı (SAR) analogdan dijitale dönüştürücü, bir dizi ardışık "ağırlıklandırma" gerçekleştirerek bir giriş sinyalinin büyüklüğünü ölçer, yani, aşağıdaki gibi oluşturulan bir dizi büyüklük ile giriş voltajı büyüklüğünün karşılaştırmaları:

1. İlk adımda, dahili dijital-analog dönüştürücünün çıkışında 1/2Uref'e eşit bir değer ayarlanır (bundan sonra sinyalin (0 - Uref) aralığında olduğunu varsayıyoruz.

2. Sinyal bu değerden büyükse, kalan aralığın ortasındaki voltaj ile karşılaştırılır, yani bu durumda 3/4Uref. Sinyal ayarlanan seviyeden daha az ise, bir sonraki karşılaştırma kalan aralığın yarısından daha azıyla (yani 1/4Uref seviyesi ile) yapılacaktır.

3. Adım 2, N kez tekrarlanır. Böylece, N karşılaştırma ("ağırlıklandırma") sonucun N bitini oluşturur.

Pirinç. 2. Ardışık yaklaşım ADC'nin yapısal diyagramı.

Böylece, ardışık yaklaşım ADC aşağıdaki düğümlerden oluşur:

1. Karşılaştırıcı. “Ağırlık” voltajının giriş değerini ve mevcut değerini karşılaştırır (Şekil 2'de bir üçgen ile gösterilir).

2. Dijitalden analoğa dönüştürücü (Dijitalden Analoga Dönüştürücü, DAC). Girişte alınan dijital koda göre “ağırlıklı” bir voltaj değeri üretir.

3. Ardışık Yaklaşım Kaydı (SAR). DAC girişine beslenen kodun mevcut değerini üreten ardışık yaklaşım algoritmasını uygular. Tüm ADC mimarisi, adından sonra adlandırılır.

4. Örnek tutma şeması (Örnek/Tut, S/H). Bu ADC'nin çalışması için, tüm dönüşüm döngüsü boyunca giriş voltajının sabit kalması temel olarak önemlidir. Ancak, "gerçek" sinyaller zamanla değişme eğilimindedir. Örnekle ve tut devresi, analog sinyalin mevcut değerini "hatırlar" ve cihazın tüm döngüsü boyunca değiştirmeden tutar.

Cihazın avantajı nispeten yüksek dönüştürme hızıdır: N-bit ADC'nin dönüştürme süresi N döngüdür. Dönüştürme doğruluğu, dahili DAC'nin doğruluğu ile sınırlıdır ve 16-18 bit olabilir (şimdi 24 bit ADC SAR'ları görünmeye başlamıştır, örneğin, AD7766 ve AD7767).

Delta Sigma ADC

Son olarak, en ilginç ADC türü, literatürde bazen yük dengeli ADC olarak adlandırılan sigma-delta ADC'dir. Sigma-delta ADC'nin blok diyagramı, Şek. 3.

Şek. 3. Sigma-delta ADC'nin yapısal diyagramı.

Bu ADC'nin çalışma prensibi, diğer ADC tiplerinden biraz daha karmaşıktır. Özü, giriş voltajının entegratör tarafından toplanan voltaj değeriyle karşılaştırılmasıdır. Karşılaştırmanın sonucuna bağlı olarak, entegratörün girişine pozitif veya negatif kutuplu darbeler beslenir. Bu nedenle, bu ADC basit bir izleme sistemidir: entegratörün çıkışındaki voltaj, giriş voltajını “izler” (Şekil 4). Bu devrenin sonucu, karşılaştırıcının çıkışında bir sıfırlar ve birler akışıdır, bu daha sonra bir dijital düşük geçişli filtreden geçirilerek N-bitlik bir sonuçla sonuçlanır. LPF, Şek. 3. Bir "desimator" ile birlikte, onları "incelterek" okuma sıklığını azaltan bir cihaz.

Pirinç. 4. Bir izleme sistemi olarak Sigma-delta ADC

Kesinlik adına, Şekil 1'de söylenmelidir. 3, birinci dereceden bir sigma-delta ADC'nin bir blok diyagramıdır. İkinci dereceden bir sigma-delta ADC'nin iki entegratörü ve iki geri besleme döngüsü vardır, ancak burada tartışılmayacaktır. Bu konu ile ilgilenenler başvurabilir.

Şek. Şekil 5, girişte (üstte) sıfır seviyesinde ve Vref / 2 seviyesinde (altta) ADC'deki sinyalleri göstermektedir.

Pirinç. 5. ADC'deki sinyaller farklı seviyeler Giriş sinyali.

Şimdi, karmaşık matematiksel analize girmeden, sigma-delta ADC'lerin neden çok düşük düzeyde kendi kendine gürültüye sahip olduğunu anlamaya çalışalım.

Şekil l'de gösterilen sigma-delta modülatörünün blok şemasını düşünün. 3 ve bu biçimde sunun (Şekil 6):

Pirinç. 6. Sigma-delta modülatörünün yapısal diyagramı

Burada karşılaştırıcı, sürekli bir yararlı sinyal ve nicemleme gürültüsünü toplayan bir toplayıcı olarak temsil edilir.

İntegratörün 1/s transfer fonksiyonuna sahip olmasına izin verin. Daha sonra, faydalı sinyali X(s), sigma-delta modülatörünün çıktısını Y(s) ve nicemleme gürültüsünü E(s) olarak temsil ederek, ADC'nin transfer fonksiyonunu elde ederiz:

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

Yani aslında sigma-delta modülatörü bir filtredir. düşük frekanslar(1/(s+1)) yararlı sinyal için ve filtre yüksek frekanslar(s/(s+1)) gürültü için, her iki filtrenin de aynı kesme frekansına sahip olması. Spektrumun yüksek frekans bölgesinde yoğunlaşan gürültü, modülatörden sonra bulunan bir dijital düşük geçişli filtre ile kolayca giderilir.

Pirinç. 7. Spektrumun yüksek frekanslı kısmında gürültünün "yer değiştirmesi" olgusu

Bununla birlikte, bunun bir sigma-delta ADC'de gürültü şekillendirmenin son derece basitleştirilmiş bir açıklaması olduğu anlaşılmalıdır.

Bu nedenle, sigma-delta ADC'nin ana avantajı, son derece düşük içsel gürültü seviyesi nedeniyle yüksek doğruluktur. Bununla birlikte, yüksek doğruluk elde etmek için, dijital filtrenin kesme frekansının, sigma-delta modülatörünün frekansından birçok kez daha az olmak üzere, mümkün olduğu kadar düşük olması gerekir. Bu nedenle, sigma-delta ADC'ler düşük hız dönüşümler.

Ses teknolojisinde kullanılabilirler, ancak ana kullanım, sensör sinyallerini dönüştürmek için endüstriyel otomasyonda, ölçüm cihazlarında ve yüksek doğruluğun gerekli olduğu diğer uygulamalardadır. ama gerekli değil yüksek hız.

biraz tarih

Tarihteki en eski ADC referansı muhtemelen Paul M. Rainey patenti, "Faks Telgraf Sistemi", U.S. 20 Temmuz 1921'de Dosyalanmış, 30 Kasım 1926'da Yayınlanmış Patent 1,608,527. Patentte gösterilen cihaz aslında 5 bitlik bir doğrudan dönüştürme ADC'sidir.

Pirinç. 8. İlk ADC patenti

Pirinç. 9. Doğrudan dönüştürme ADC (1975)

Şekilde gösterilen cihaz, 1975 yılında üretilen Computer Labs tarafından üretilen ve ayrık karşılaştırıcılar temelinde monte edilen doğrudan dönüşümlü bir ADC MOD-4100'dür. 16 karşılaştırıcı vardır (sinyal yayılım gecikmesini her karşılaştırıcıya eşitlemek için yarım daire içinde bulunurlar), bu nedenle ADC'nin kapasitesi sadece 4 bittir. Dönüşüm oranı 100 MSPS, güç tüketimi 14 watt.

Aşağıdaki şekil, doğrudan dönüştürme ADC'nin gelişmiş bir sürümünü göstermektedir.

Pirinç. 10. Doğrudan dönüştürme ADC (1970)

Computer Labs tarafından üretilen 1970 VHS-630, 64 karşılaştırıcıya sahipti, 6-bit, 30MSPS idi ve 100 watt tüketiyordu (1975 VHS-675, 75 MSPS'ye sahipti ve 130 watt tüketiyordu).

Edebiyat

W. Kester. ADC Mimarileri I: Flash Dönüştürücü. Analog Cihazlar, MT-020 Eğitimi.

Steve Logan (Maxim Entegre)

Modern analogdan dijitale dönüştürücülerin (ADC) bolluğu, geliştiriciyi zor bir seçimin önüne koyuyor.

Entegre ADC'ler 8 ... 24 bit çözünürlüğe sahiptir ve hatta birkaç 32 bit olanlar bile vardır. Mikrodenetleyicilerde yerleşik ADC'ler, FPGA'lar, mikroişlemciler, çip üzerinde sistemler, ardışık yaklaşım ADC'leri (SAR) ve sigma-delta sürümleri vardır. Pipelined ADC'ler, en yüksek örnekleme hızının gerekli olduğu uygulamalarda kullanılır. ADC örnek hızları 10 S/s'den 10 GS/s'ye kadar değişir. Ve fiyat aralığı 1 dolardan 265 dolara ve daha fazla.

Uygulamanız için en iyi ADC'yi seçmek için şunları göz önünde bulundurun: farklı şekiller Bu ürünlerin ana türleri için en uygun kullanım koşulları.

Ardışık Yaklaşım ADC – Orta Hızlar ve Veri Yakalama için

Ardışık Yaklaşım Kaydı (SAR) ADC'leri çok çeşitli çözünürlüklerde ve hızlarda mevcuttur. Birincisi, kural olarak, 6 ... 8 ila 20 bit aralığında yer alırken, ikincisi - birkaç Ksa/s'den 10 Msa/s'ye. SAR ADC, motor kontrolü, titreşim analizi, proses izleme gibi orta hızlı uygulamalar için iyi bir seçimdir. Bunlar ardışık ADC'ler kadar hızlı değildirler (aşağıda tartışılmıştır), ancak sigma-delta ADC'lerden daha hızlıdırlar (ayrıca aşağıda tartışılmıştır).

ADC SAR güç kaybı aralığı, doğrudan örnekleme hızı ile ilgilidir. Örneğin, 1 MS/s'de 5 mW yayan bir IC, 1 kSa/s'de 1 uW yayar. Bu nedenle, SAR ADC'leri uygulama açısından oldukça esnektir ve bir geliştirici birçok uygulama için tek bir isim kullanabilir.

SAR ADC'lerinin bir başka faydası da analog giriş sinyalinin "fotoğrafını" çekmeleridir. Zaman içinde belirli bir noktada SAR mimarisi örnekleri. Bir geliştiricinin buna ne zaman ihtiyacı olabilir? Aynı anda birden fazla sinyali ölçmeniz gerektiğinde, birden çok tek kanallı SAR ADC'sini aynı anda örnekleyebilir veya çok kanallı bir ADC veya birden çok depolama örnekleme cihazı (SHA, Takip ve Tut, T/H-çekirdekleri) ile aynı anda örnekleyebilirsiniz. içinde. Bu, sistemin aynı anda birden fazla analog sinyali ölçmesine izin verecektir.

Akım trafolarında ve gerilim trafolarında röle koruma devrelerinde SAR ADC'ler kullanılmaktadır. Onların yardımı ile koruma sistemi, akım ve voltajın çeşitli fazlarını aynı anda ölçer. Kamu hizmeti ağı ekonomisinde, bu daha fazla katkıda bulunur iyi yönetişim enerji ağları.

Sigma-delta ADC - daha fazla doğruluk için

Daha yüksek örnekleme veya maksimum etkili bitler (ENOB) yoluyla daha fazla doğruluğa ihtiyacınız varsa, özellikle düşük gürültülü, hassas uygulamalar için bir sigma-delta ADC en iyi seçimdir. Hız o kadar kritik olmadığında, sigma-delta ADC'de aşırı örnekleme ve gürültü şekillendirme çok yüksek doğruluk sağlar.

Ardışık yaklaşımlı ADC pazarı 5 ila 10 yıl önce doymaya başladığında, birçok analog şirket çok kanallı sigma-delta çekirdeklerine yatırım yaptı. Bu sürecin bugünkü sonucu, 24 veya 32 bite kadar bit derinliğine ve 10 S/s'den 10 MS/s'ye kadar örnekleme oranlarına sahip çok yüksek kaliteli ADC'lerdir.

Hangi uygulamalar 20 bitten fazla çözünürlük gerektirebilir? Standart olarak mümkün olan maksimum bit sayısı düzeyinde hassasiyetin gerekli olduğu uygulamalara bir örnek - ölçü aletleri ve petrol ve gaz endüstrisi için yakıt kromatografları. Analog sinyallerin doğruluğunu değerlendirmede standardı belirleyen diğer sistem uygulamalarının yanı sıra, son kullanıcıların aldıkları verilere mutlak güven duyması gereken uygulamalar.

Modülatöre mi ihtiyacınız var?

En son sigma-delta ADC'leri hız ve örnekleme hızı açısından sınıflandırmak zorlaştı. Geleneksel sigma-delta ADC'ler, tüm dijital son işleme işlemlerini şirket içinde yaptı (SINC/kesme filtreleri, desimasyon, gürültü şekillendirme dahil). Bundan sonra, veriler çok yüksek bir ENOB (Etkili Bit Sayısı - etkin bit sayısı) ile sırayla dışarıya verildi. Örneğin, 24 bitlik bir ADC'niz varsa, çıktı 24 bit biçimindeydi. İlk bit en anlamlı bitti (MSB) ve 24. bit en az anlamlı bitti (LSB). Olağan durumda veri çıkış hızı, sistem saat frekansının 24'e bölünmesine eşitti. Bunlar en hızlı veya en esnek ADC'ler değildi.

Son 5-10 yılda, sigma-delta modülatörleri, özellikle daha yüksek hız gerektiren uygulamalarda (genellikle 1 Msa/s veya daha fazla) daha popüler hale geldi. 24 bit çıkışın tam sayısallaştırılmasını beklemeden, sigma-delta modülatörü veri akışını bit bit verir ve daha fazla veri analizi için dijital filtreleme görevini işlemcinin veya FPGA'nın omuzlarına kaydırır.

Bu modülatör esnekliği, 12 ila 16 bitin yeterli olabileceği motor kontrolü gibi uygulamalar için kullanışlıdır. İlk 16 bit yeterli analog ölçüm doğruluğu sağlıyorsa, motor denetleyicisi 24 bitlik bir veri akışının en az anlamlı 8 bitine ihtiyaç duymayabilir.

Seri ADC'ler ve Sigma Delta: Hız Önemlidir

Tartışma için bir diğer önemli konu da girdi filtreleridir. ADC'nin seri mimarisinin hızlı bir çerçeve oluşturmanıza izin verdiğini hatırlayın. Bir uygulama daha yüksek bir örnekleme hızı gerektirdiğinde, giriş filtresi daha karmaşık hale gelir. Daha sonra, çoğu durumda, giriş kapasitörünü "sürmek" ve salınımları hızlı bir şekilde azaltmak için harici bir tampon veya amplifikatör gerekir ve bu amplifikatörün yeterli bant genişliğine sahip olması gerekir. Şekil 1, MAX11166 500kS/s 16-bit seri ADC'yi etkinleştirmenin bir örneğini göstermektedir. Bit derinliği ve örnekleme hızı ne kadar yüksek olursa, girişi eşleştirmek ve verileri doğru okumak için gereken süre o kadar kısa olur.

Şekil 1, 55 MHz kazançlı bir MAX9632 amplifikatör ve basit bir RC filtresi kullanır. Bu özel amplifikatör, 1 nV/√Hz'den daha az gürültü elde ederek 1/10 dB etkin bit sistem çözünürlüğü sağlar.

Ardışık yaklaşım ADC'leriyle karşılaştırıldığında, sigma-delta ADC'nin girişinden gelen veriler birçok kez okunur, bu nedenle kenar yumuşatma filtresi gereksinimleri çok kritik değildir. Basit bir RC filtresi genellikle yeterlidir. Şekil 2, MAX11270 64 kSa/s 24-bit Sigma-Delta ADC için örnek bir bağlantıyı göstermektedir. Bu, diferansiyel girişler arasına bağlı 10nF kapasitörlü Wheatstone köprüsüdür.

Ardışık ADC'ler - ultra yüksek örnekleme oranları için

Bu yazıda, örneğin RF uygulamalarında ve SDR - kablosuz radyoda en yüksek örnekleme oranlarını elde etmek için talep edilen boru hattı ADC'lerinden daha önce bahsetmiştik. program görevi frekanslar.

Son 10 yılda en büyük üreticiler analog çipler boru hattına bağlı ADC'lerin geliştirilmesine aktif olarak yatırım yaptı. Boru hattına bağlı ADC'lerin iki ana avantajı hız ve güçtür. 10 MS/s'den birkaç GS/s'ye kadar değişen örnek oranları ile bu ürünler için arayüz seçimi kritik hale gelir. Boru hattına bağlı ADC'lerin dijital çıktıları etrafında "büyük bir savaş" bekleniyor. Şimdiye kadar, ana arayüz olarak paralel bir arayüz önerildi, ancak bir seri LVDS arayüzü, örneğin 50...65 Msa/s aralığında çok sayıda kanal ve örnekleme oranlarına sahip ultrasonik uygulamalar için oldukça uygundur. . Ancak, yeni arayüz türleri zaten mevcuttur.

Seri arayüz JESD204B

JESD204B yüksek bir hızdır seri arayüz 12,5 Gbps'ye kadar veri aktarımı ile. Nispeten yakın zamanda ortaya çıkması, ADC üreticilerinin örnekleme oranlarını önemli ölçüde artırmalarına izin verdi ve seri alıcı-vericileri ile işlemci ve FPGA üreticileri de bunu izledi.

Birden çok ADC'nin paralel bağlı olduğu çok kanallı bir uygulamada, ADC ve FPGA/CPU arasındaki kafa karıştırıcı bağlantılar bir sorundur. JESD204B arayüzü ile veri hatlarının sayısı büyük ölçüde azaltılarak pano alanından tasarruf sağlanır. Şekil 3, gerekli I/O pin sayısını büyük ölçüde azaltan bu arayüzde bir seri çıkış çifti ve bir saat girişini göstermektedir.

Ardışık ADC'lerin güç tüketimi

Ürün minyatürleştirme arttıkça, önde gelen ADC üreticileri güç tüketimini azaltmak için giderek daha fazla mücadele ediyor. İyi performans - 1 Msa/s başına 1 mW. ADC performansınız buna yakınsa, proje oluştururken üzerine inşa etmeniz gereken bir şey var demektir.

Mikrodenetleyiciler, FPGA'lar, CPU'lar ve çip üzerinde sistemler için optimize edilmiş ADC'ler

Kural olarak, mikro devrelere yerleştirilmiş ADC'ler en üretken değildir. Başlangıçta, çipin içine 12 bitlik bir ADC yerleştirildiğinde, etkin bit sayısı (ENOB) veya doğrusallık için garantili değerler elde etmek için 8 bitlik bir ADC gibi çalışacağı varsayılmıştır. ADC'nin istenen performansını elde etmek için, kullanıcı tam spesifikasyonun parametrelerini dikkatlice incelemeli ve hangilerinin garantili değerlere sahip olması gerektiğini belirlemelidir. Ancak, genellikle yalnızca standart özellikler veya minimum ve maksimum değerler kısa özelliklerden parametreler.

Son zamanlarda, integral doğrusal olmayan (INL), diferansiyel doğrusal olmayan (DNL), kazanç hatası ve etkin bit sayısı (ENOB) gibi ADC özellikleri, ADC'lerin mikrodenetleyicilere daha aktif entegrasyonuna izin vererek büyük ölçüde iyileştirildi ve sayı Entegre ADC'lere sahip çiplerin sayısı önemli ölçüde arttı. Şu anda, bir uygulama 12 bit veya daha az çözünürlüğe sahip dönüştürme gerektiriyorsa veya yalnızca birkaç dönüştürme kanalı gerektiriyorsa, bir mikro denetleyici en ekonomik çözümdür.

FPGA satıcıları da sistemlerine ADC'leri yerleştirmeye başladılar. Örneğin, bir şirket Xilinx tüm 7 serisi FPGA'larda ve Zynq SoC'lerde 12 bit 1 MSa/s ADC barındırır. Ancak ADC'nin kart üzerindeki konumu çok önemlidir. Bir FPGA veya çip üzerinde sistem işlemci modülü, genellikle yüksek hızlı bir dijital veri yolu aracılığıyla işlemci kartına bağlı ayrı bir kart üzerine yerleştirilebilen analog girişten önemli bir mesafeye yerleştirilebilir. Hassas analog sinyalleri böyle bir teste tabi tutmak istemiyorsanız, işlemciye yerleşik ADC veya FPGA seçiminiz değil. Bu durumda, kesinlikle ayrı bir yüksek kaliteli ADC'ye ihtiyacınız olacak. Örneğin, programlanabilir mantık denetleyicileri (PLC'ler) için bu, büyük olasılıkla 24 bitlik bir sigma-delta ADC olacaktır.

PLC'den bahsediyorsak yalıtım gibi önemli bir unsurdan bahsetmemiz gerekir. Çoğu PLC analog girişi, genellikle dijital olmak üzere bir tür izolasyon içerir. Birçok analog giriş modülü, hızlı yanıt ve kesintiler için pahalı olmayan mikro denetleyiciler içerir. Bu durumda, izolasyonun konumu, yerleşik ADC'nin kullanılıp kullanılmayacağını belirler. İzolasyon, işlemci (veya mikrodenetleyici) ile veri yolu arasında bulunuyorsa, yerleşik ADC uygundur. Mikrodenetleyicinin yüksek voltaj girişlerinden izole edilmesi gerekiyorsa, o zaman en iyi çözüm entegre bir ADC ve bir dijital izolatördür.

En iyi seçim nedir?

Modern ADC'lerin çeşitli özelliklerini tartıştık. Ölçtüğünüz sinyallerin hızı, gücü ve doğruluğu ne kadar önemli?

Ev kullanımı için basit, düşük çözünürlüklü okumalara ihtiyacınız varsa, bir mikrodenetleyici, FPGA, işlemci veya çip üzerinde ADC sistemine yerleşik ADC'ler büyük olasılıkla bunu yapabilir. Uygulamanız düşük hızdaysa (analog giriş yakın doğru akımörneğin yavaş değişen bir sıcaklık sinyali), bir sigma-delta ADC en iyi seçimdir. Yaklaşık 1000 rpm'de çalışan bir motorun titreşimlerini analiz ederken olduğu gibi, giriş sinyali yeterince hızlı değişiyorsa, seri (SAR) ADC en iyi seçenektir. Bir uygulamanın var olan en hızlı değişen analog sinyalleri ölçmesi gerekiyorsa, o zaman en iyi seçim- boru hattı ADC.

Bir ADC seçme sürecinde unutmamanız gereken ana ifade “duruma göre değişir…”. Eğer bir geliştiriciyseniz dijital devreler veya doğru ADC'yi seçme konusunda kafası karışmış bir güç kaynağı uzmanı - öğreneceksiniz detaylı talimatlar. ADC'ler, veri sayfası ve hata ayıklama kitlerinin dikkatli bir şekilde incelenmesini gerektiren birçok nüansa sahip karmaşık mikro devrelerdir. Tablo 1, piyasada mevcut olan ADC'lerin minimum ve maksimum parametrelerini göstermektedir. Bu gerçek resim bugün. Önümüzdeki yıllarda nasıl değişeceğini kim bilebilir?

Tablo 1. Tipik ADC Performans Aralığı

* – modülatör çıkış hızı

Doğrudan ağırlıklı bir ADC yapısındaki karşılaştırıcıları lineer yükselticilerle değiştirerek ve her birinin çıkış voltajlarını çoklu referans voltajlı bir dizi karşılaştırıcıyla karşılaştırarak giriş empedansı artırılabilir. Doğru, bu durumda, kod çözme devresindeki karşılaştırıcıların ve mantık kapılarının sayısı azalmayacaktır.

Hewlett-Packard patentli yeni yöntem, analog kod çözme olarak adlandırılır ve teorik olarak N-bit analogdan dijitale dönüştürme için yalnızca N karşılaştırıcı, mandal ve XOR geçidinin kullanılmasına izin verir.

Yöntem, bir seviyede çalışan geleneksel karşılaştırıcıların aksine, birkaç seviyede çalışan analog kod çözme devrelerinin kullanımına dayanmaktadır.

2.4. Çıkış kodlaması

Doğrudan ağırlıklandırmalı bir ADC'de, referans voltajları giriş sinyalinden daha düşük olan karşılaştırıcıların çıkışları 1 durumundadır ve referans voltajları girişten daha büyük olanlar 0 durumundadır. Bir cıva termometresine benzer şekilde, böyle bir çıkış kodu termometrik olarak adlandırılır. Giriş sinyali değiştiğinde, aynı anda yalnızca bir karşılaştırıcının durumu değişir. Bununla birlikte, ikincisinin çalışma anları ve tetik mandallarının saat darbelerinin gelişi bağımsızdır; bu, bu elemanların belirli gecikme oranlarında, ADC'nin çıkış kodunda kararsızlığın ortaya çıkmasına neden olabilir, "kıvılcım kodu" olarak adlandırılır. Bu fenomenle başa çıkmanın bir yolu, bir seferde yalnızca bir bitin durumunun değişebildiği bir Gray kodu kullanarak bir kod çözme cihazı oluşturmaktır.

2.5. Tepe algılama işlevi

Cihazda bulunan sınırlı belleğe sinyalin büyük bir bölümünü yazmak için, örnekleme hızı mümkün olan maksimum değere göre azaltılmalıdır. Bu durumda, sinyalin kısa patlamaları kaçırılabilir. Bu fenomeni önlemek için aşağıdaki tekniği kullanabilirsiniz. Örnekleme hızı her zaman maksimumdur. Her birinin sonucu N. örnek, burada N, örnekleme frekansı bölme faktörüdür. Kayıtlar arasındaki maksimum pozitif voltajı vurgulamak için, mevcut örneğin değeri sürekli olarak öncekiyle karşılaştırılır ve daha büyük olanı saklanır. Benzer şekilde, maksimum negatif voltaj tahsis edilir. Tanımlanan özyinelemeli algoritmayı kullanan bu tür "akıllı" cihazlar, bazı yeni dijital osiloskoplara yerleştirilmiştir. Örneğin, Hewlett-Packard HP54800 osiloskop, 2 GHz'lik bir örnekleme hızına karşılık gelen 500 ps'ye kadar darbeleri depolayabilir.

Pirinç. 1. "Klasik" doğrudan ağırlıklı ADC'nin yapısal diyagramı

Pirinç. 2. Doğrudan ağırlıklı ADC'nin enterpolasyon yapısı

Açıklanan algoritma ile, seçilen darbenin minimum süresi, önemli bir kısmı karşılaştırıcı dizisinin çıkış kodunu çok aşamalı bir çıkış sinyaline dönüştürmek için harcanan tam ADC dönüşüm döngüsünün süresi ile sınırlıdır. mantık şeması. ADC'nin mantık devresini değiştirerek, ikincisinin gecikmesi bir mandal gecikmesine düşürülebilir. Böyle bir Raytheon TDC1035 dijital tepe dedektörünün yapısı, Şek. 3. “Klasik” olandan (Şekil 1) farklıdır, çünkü burada kapılı D parmak arası terlikler yerine, ilgili karşılaştırıcı sinyalinin gelmesinden hemen sonra ateşlenen ve bu durumda kalana kadar bu durumda kalan RS parmak arası terlikler kullanılır. sıfırlama darbesi gelir. RS-flip-flop hattının "termometrik" çıkış kodu, sinyalin tepe değer kodunu temsil eder. Standart forma dönüşme süresi artık katı kısıtlamalara sahip değildir. Bu ADC oldukça eski bir teknolojiye dayanmaktadır ve tam 8 bitlik doğrulukla ölçülen 30 ns garantili darbe süresine sahiptir.

Pirinç. Şekil 3. Doğrudan tartım ADC Raytheon TDC1035 ile tepe dedektörünün yapısal diyagramı

3. ADC boru hattı tipi (Boru Hattı)

Yukarıda belirtildiği gibi, doğrudan ağırlıklı bir ADC'nin maksimum bit genişliği 10'dur. Çözünürlüğü artırmak için başka yapılar kullanılmalıdır. Günümüzün yüksek hızlı ADC'lerinin çoğu, sinyali örnek sinyalin birkaç saat döngüsü boyunca sırayla işleyen düğümlerden oluşur. Bu durumda, çıkış kodlarının oluşma sıklığı, örnek sinyalin frekansına eşittir. Bunlara Pipeline ADC'leri denir.

3.1. Boru hattı kaba ADC (Alt aralıklandırma)

Aynı zamanda, şimdi en yaygın yöntem, önce bir grup yüksek sıralı rakamı dijital forma dönüştürmektir (kaba dönüştürme). DAC yardımıyla alınan kod, girişten çıkarılan bir analog sinyale dönüştürülür. Diferansiyel voltaj yükseltilir ve düşük sıralı basamak grubunu dönüştüren ADC'ye beslenir (tam dönüşüm). Bu tür inceltme dönüşümlerinin ve dolayısıyla kaskadların sayısı oldukça büyük olabilir. Düşük dereceli ve yüksek dereceli ADC'ler aynı anda çalışarak gelen örnekleri sırayla işler. Cihaz, farklı ilkelere dayanan dahili ADC'leri kullanabilir - doğrudan ağırlıklandırma veya örneğin, MagAmp'lerin altında düşünülür.

Şek. Şekil 4, Analog Devices'ın 60 ve 41 MHz örnekleme hızlarında mevcut olan gelişmiş 12-bit Subrangeing ADC AD9042'nin yapısını göstermektedir. İlk SHA1 getir ve tut şeması, sinyal örneğini, dönüştürme süresi boyunca olağan şekilde saklar. Çıkış sinyali, çıkış kodu bir arabellek kaydında saklanan ve ayrıca DAC'yi kontrol etmek için kullanılan bir ADC tarafından dönüştürülür. SHA2 numune tutma şeması, ilk ADC'nin çalışmasının cihazın sonraki parçasının doğruluğunu etkilemesini önlemek için kullanılır. DAC sinyali, çıkış sinyalinden çıkarılır. Diferansiyel voltaj, ikinci ADC'nin çalışması için gereken süre boyunca SHA3 örnekle ve tut devresi tarafından yükseltilir ve depolanır. saat doğru işlem ilk ADC'nin hatası, en az anlamlı basamaktan birini geçmeyecektir. İkinci dönüştürücünün basamak sayısı, birinci ve ikinci ADC'lerin basamak sayısı, bir bütün olarak ADC'nin basamak kapasitesinden bir fazla olacak şekilde seçilir. Overbit, ilk ADC'nin dönüştürme hatasını düzeltmek için kullanılır. Bunun için DAC, en azından bir bütün olarak ADC'nin doğruluğuna, yani bu durumda 12-bit'lik bir doğruluğa sahip olmalıdır ve toplama amplifikatörünün en önemli basamağının ağırlığı öyle bir kazanca sahip olmalıdır. ikinci ADC, birincinin en az anlamlı basamağından daha az değildir. Bu durumda, tam bir toplayıcı olan düzeltici mantık devresi, dönüştürme hatasını belirli sayıda ADC bitine karşılık gelen bir değere indirebilecektir. Özel bir özellik, şirket tarafından iyi yönetilen MagAmps tipi bir ADC'nin ve yüksek doğrusallık ve hız elde etmek için, her birinin ağırlık katsayısı belirli bir koda karşılık gelen 63 akım kaynağına sahip bir DAC'nin kullanılmasıdır. Bu çerçevenin arkasındaki teknik fikirler, bir dizi diğer Analog Cihaz ürünlerinde kullanılmaktadır.

Pirinç. Şekil 4. Düzeltme mantığına sahip boru hattı ADC'nin yapısal diyagramı Analog Cihazlar AD9042

Burr-Brown tarafından tüm yüksek hızlı ADC serilerinde kullanılan ADS807 ADC benzer bir yapıya sahiptir: 12-bit ADS80X (en hızlı ADS807 - 53 MHz), 10-bit ADS82X ve ADS90X (en hızlı ADS824 - 70 MHz), 8 -bit ADS83X ve ADS93X (en hızlı ADS831 - 80MHz).

Texas Instruments'ın tüm yüksek hızlı ADC'leri de bu yönteme dayanmaktadır. Dahili doğrudan ağırlıklandırma (Flash) ADC'leri kullandıkları için şirket, yapılarını Samiflash olarak adlandırıyor. TLC876 dışında hepsi 8 bittir ve iki adet dahili 4 bit ADC kullanır. Bunların en hızlısı TLV5580 (8 bit, 80 MHz, çıkış kodu gecikme süresi - 4,5 döngü), en doğru olanı TLC876'dır (10 bit, 20 MHz, 5 dahili iki basamaklı ADC kullanır).

3.2. Tek bit ADC'lerle çok aşamalı

Pipelined ADC'nin (dalgalanma) ilk sürümlerinden biri, seri olarak bağlanmış özdeş kaskadlardan oluşuyordu. Her aşama bir amplifikatör, bir bit DAC ve bir karşılaştırıcı [X] içeriyordu. Giriş sinyali örnek tutma devresi tarafından hafızaya alındı, ilk karşılaştırıcıya girdi, tetiklendiğinde, bir bit DAC sinyali giriş sinyalinden çıkarıldı, bir amplifikatör tarafından 2 kat büyütüldü (aynı hassasiyeti elde etmek için tüm aşamalarda) ve bir fark sinyali şeklinde bir sonraki aşamaya girdi. Böylece, kaskadların her biri bir bitlik analogdan dijitale dönüşüm gerçekleştirdi. Tüm karşılaştırıcıların çıkışlarından gelen sinyal kümesi, çıkış mantığı tarafından standart bir forma yeniden kodlanan dönüşümün sonucunu temsil ediyordu. Dönüşüm süresi esas olarak sinyalin tüm aşamalardan geçmesi için geçen süreye göre belirlendi.

Pirinç. 5. Tek bitlik bir MagAmp ADC'nin yapısal diyagramı - ardışık düzendeki bir ADC'nin bir öğesi

Tek bitlik ADC'lerden oluşturulan boru hattı yapısı, sinyalin mutlak değerinin yükselticilerini kullandığından, Büyüklük Yükselteçleri veya kısaca MagAmp'ler olarak adlandırılan iyileştirildi. Başka isimler de kullanılıyor. Böyle bir ADC'nin kademesinin eşdeğer devresi, Şek. 5. Karşılaştırıcı, bir çıkış biti ürettiğine göre giriş voltajının işaretini belirler. Aynı zamanda, sinyalin bir sonraki aşamaya girdiği kazancın işaretini kontrol eder: +2 veya -2. Referans voltajı VR, anahtarın çıkışındaki voltaj ile toplanır ve bir sonraki aşamaya beslenen bir fark sinyali oluşturur. Yukarıda açıklanan varyantın (dalgalanma) aksine, bu bağımlılık yalnızca türevde sıçramalara sahiptir, ancak genlikte keskin sıçramalara sahip değildir, bu da yüksek bir dönüştürme hızının elde edilmesine yardımcı olur. Yüksek bir dönüşüm oranı elde etmeyi mümkün kılan ana faktör, düşük bozulma ve geri besleme kullanılmadan 8 bite kadar doğruluk ile akım kontrollü yüksek hızlı diferansiyel aşamaları olan analog IC'lerin yeni yapılarında uygulama olasılığıydı. Bağımlılığın şekli için bu ADC'ye ayrıca katlanmış (katlanmış) denir ve bir Gray kodu biçimindeki çıktı kodlaması için sıralı bir Gray ADC olarak da adlandırılır. Üretilebilirlik nedeniyle, bu yapılar genellikle ucuz ADC'lerin yapımında kullanılır. iyi performans. Örneğin, AD9042 12-bit ADC'lerinde, AD922X serisinde 10 MHz'e kadar örnekleme hızında, AD9059 çift 8-bit 60 MHz örnekleme hızında (5 MSB) ve AD9054 8-bit 200 MHz örneğinde Analog Cihazlar oranı (4 üst basamak).

4. Çok fazlı örnekleme uygulaması hakkında

Örnekleme sinyalleri kararsız olduğunda, ki bu genellikle fazda titreşim şeklinde kendini gösterir, örnekleme frekansı ile orantılı bir frekansa sahip sinyaller karakteristik görünüm gösterir. doğrusal olmayan bozulma, ne kadar büyükse, sinyalin değişim hızı o kadar yüksek olur. Saatlerin zamanlama kararlılığını artırmak için özel önlemler alınır; örneğin, yeni Hewlett-Packard osiloskopları, çok kararlı bir saat sinyali sağlayan faz kilitli bir döngü şekillendirme devresi kullanır.

Genellikle farklı prensipler üzerine inşa edilmiş yüksek hızlı ADC'lerde, bir bütün olarak cihazın eşdeğer örnekleme oranını arttırmak için, birbirine göre zaman kayması olan girişler ve örnekler için birkaç ADC paralel olarak kullanılır. Çok fazlı örnekleme adı verilen bu yöntem, bir sinyalin bir fiziksel depolama hücresine kaydedilmesi (örneklenmesi) için geçen süre, örnek sinyalinin gelmesinden sinyalin görünümüne kadar geçen süreden önemli ölçüde azsa, dönüştürme hızında önemli avantajlar sağlar. ADC'nin çıkışı. Örneğin, yukarıda bahsedilen AD9059'da, yerleşik örnek tutma devresinin örnekleme süresi 1 ns'dir ve minimum örnekleme aralığı 16.7 ns'dir. Ancak bu fırsat dikkatli kullanılmalıdır. Örnekleme sinyallerinin yetersiz kararlılığının neden olduğu sınırlamalar ve cihaza dahil edilen ADC'ler için dönüştürme süresindeki fark, artık çoğu zaman ya AD9058 ile aynı çip üzerinde yapılan yalnızca iki ADC'nin serpiştirilmesine veya bu olasılığın ortaya çıkmasına neden olur. Hewlett-Packard'ın yeni osiloskoplarında olduğu gibi tamamen terk edilmiştir.

Edebiyat

1. Tektronix kataloğu, 1988
2. Denbnovetsky S.V. et al., Hafızalı katot ışınlı osiloskoplar. Moskova, "Radyo ve iletişim", 1990.
3. 20X Saat çarpması, taşınabilir Kapsamların sayısallaştırma oranını Hiperdrive'a taşır. Richard B. Rudloff, Hewlett-Packard Corp.
4. Dürtü sinyallerinin dijital kaydedicisi AFI-1700. Teknik Açıklama ve kullanım kılavuzu. Nükleer Fizik Enstitüsü, SSCB Bilimler Akademisi Sibirya Şubesi, 1994
5. 500Mpsps 8-Bit Flash ADC, Analog Tasarım Kılavuzu, 7. Baskı, Maxim Integrated Products, Inc.
6. Walt Kester. Yüksek hızlı örnekleme ve yüksek hızlı ADC. Yüksek hızlı tasarım teknikleri, Analog Devices Inc.
7. Kış 1999 Tasarımcının Referans Kılavuzu, CD, Analog Devices Inc.
8. 1997 Veri Kitabı, CD, Raytheon Elektronik Yarı İletken Bölümü.
9. 1999 CD-ROM Kataloğu, Burr-Brown Corporation.
10. Tasarımcı Kılavuzu ve Veri Kitabı.