(הפצה של Multi-channel Analog-to-Digital Converters (ADCs) הם עמוד השדרה של מערכות רכישת נתונים מודרניות, המאפשרת דגימה במקביל מעשרות או אפילו מאות חיישנים.מבקרת תהליכים תעשייתיים ודמיון רפואי לתשתיות תקשורת ומכשור מדעי, מכשירים אלה חייבים לשמור על דיוק גבוה בכל הערוצים.

הבנה של קרוסקור וקופלינג

אף על פי שלעתים קרובות נעשה שימוש בחילופים, צלב והפיכה מתייחסים למנגנונים שונים באופן בלתי פתיר (FLT:0CrosstalkFLT:1) הוא ההעברה הלא רצויה של אנרגיה מדרך אות אחת (התוקפים) לאחר (הקורבן) באמצעות אינטראקציות אלקטרומגנטיות טפילים:2CouplingFLT 3 הוא התופעה הגופנית הרחבה יותר - החומרה החשמלית או המגנטית בין הערוצים המשתנים, אשר ניתן לביטוי של מערכת בין תאי לחץ דם מגנטית, לבין ערוצים.

Capacitive (Electric) Coupling

הפיכה קפיטלית נובעת מן הציפוי הטפיליפטי בין עקבות PCB סמוכים, חוטי אג"ח או סיכות החבילה. כאשר מתח משתנה בערוץ aggressor, זרם עקירה זורם דרך הכניעה ההדדית לתוך ערוץ הקורבן, גרימת ספייק מתח.אפקט זה בולט במיוחד בתדרים גבוהים ובמעגלים מגובה גבוה, כגון שלב של ADC לדוגמה, עם קטיפה אחת של 0.

Inductive (Magnetic) Coupling

הפיכה אינדוקטיבית מתרחשת כאשר זרם משתנה במוליכים אחד גורם למתח במוליכים סמוך באמצעות אינדוקציה הדדית.מנגנון זה שולט במגבלות נמוכות, נתיבים עתירי גבוה ומורע על ידי אזורי לולאה גדולים. במערכות ADC מרובות ערוצים, ה- ADC של ADC עצמו הדגימה הנוכחית של ADC או פעילות דיגיטלית על אוטובוסים תפוקה יכול להיות רגיש לקלטים.

המונחים: coupling

הפיכה מוליכים היא ההעברה הישירה של רעש באמצעות מכשול משותף, בדרך כלל המטוס הקרקע או תחנת כוח אספקת חשמל.אם ערוצים מרובים או מעגלים דיגיטליים חולקים את אותה נתיב החזרה, טיפות מתח הנגרמות על ידי זרם אחד יכול לשנות את המתח ההתייחסות שנראה על ידי ערוץ אחר.זה גורם תכוף של בידוד ערוץ לערוץ ולעתים קרובות מזלזלת בביקורת הפריסה.

רדיטיבית Coupling

בתדרים גבוהים מאוד (מעל כמה מאות MHz), קרינה אלקטרומגנטית יכולה ליצור אנרגיה בין מנצחים שאינם מחוברים. בעוד פחות נפוץ ביישומים ADC טיפוסי עם שיעורי דגימה מתונה, זה הופך רלוונטי במערכות בעלות חתימה מעורבת המכילות טרמפיסטים אלחוטיים או אוטובוסים דיגיטליים מהירים.

השפעה על ביצועים של Multi-channel ADC

ההשלכות של צ'קאט והפיכה דרך שרשרת האותות, בסופו של דבר משפילות את איכות הנתונים הדיגיטליים.אפקטים המיידיים והחמירים ביותר כוללים:

  • (FLT:0) ,Reduced Signal-to-noise Ratio (SNR): כפל 1:2 רעש זוגות מוסיף רצפת הרעש התרמית, הורדת ה-SNR של המערכת לרזולוציה גבוהה ADCs (16 ביטים ומעלה), אפילו כמה מיקרו וולט יכול להפחית את מספר ה bits היעיל (ENOB).
  • < חזק>Degraded Channel-to-Channel Isolation: פרמטר גליון מפתח, צחצוב מוגדר לעתים קרובות כיחס (ב-DB) של אות בקנה מידה מלא על ערוץ אחד לאות המזוג על ערוץ סמוך.
  • (FLT:0) דיסטורציה בין-ממדית: כאשר שני אותות או יותר של תדרים שונים לאותו ערוץ, הם מייצרים רכיבים מעוררים בסכום ובדרים שונים, משחיתים את הספקטרום התדירות.
  • (FLT:0) שגיאות ו-Aperture Unquity:FLT:1 יחד רעש על השעון המעשן או מתח ההתייחסות יכול לשנות את הרגע המוצץ של ADC, מה שגורם לעיכובים שונים של דגימות על פני ערוצים.זה מקטין את הלכידות הנדרשת עבור מערכות קרינת או שלב.

ביישומים בעלי ערך גבוה כגון ניטור אלקטרוקרדיגרם (ECG) שבו אותות יכול להיות נמוך כמו 1 mV, אפילו -80 dB צולב מ 1 V רכבת יכול לצות את האות הפיזיולוגי. בדומה, ב- PLCs רב ערוצים תעשייתיים, צולב בין ערוצי קלט אנלוגי יכול לגרום אזעקה או תהליך לא מדויק, המוביל עד זמן יקר.

מקורות של Crosstalk ב- Multi-channel ADC Systems

זיהוי מקורות ספציפיים של צחצוח הוא הצעד הראשון לקראת הפחתה.האשמים הנפוצים ביותר במערכת ADC של ערוצים מרובים כוללים:

המונחים: PCBout and Trace Proximity

מקבילה ארוכה של עקבות קלט אנלוגי, במיוחד במועצות גבוהות, ליצור קפיאנטציה הדדית ו אינדוקטריציה. רוסינג עקבות אנלוגיות קרוב לאוטובוסים דיגיטליים מהירים (SPI, I2C, קווי נתונים מקבילים) מזמין מעבר דיגיטלי אגרסיבי על קלטות רגישות.השימוש של דרך חדור דרך מטוסים קרקעיים יכול גם לשבור את השלמות.

כוח אספקה ושיתוף

ערוצי ADC מרובים לעתים קרובות לשתף היצע אנלוגי יחיד או מתח הפניה.לעבור רעש מלוגיקה דיגיטלית או מרשת הסימון של ADC עצמו-וחזק מעגלים זוגות באמצעות דחיית האספקה. inadeate decoupupling או רשת גבוהה של אספקת חשמל חיסכון מאפשר רעש זה כדי לשנות את האות.

המונחים: Voltage Integrity

ההתייחסות למתח היא הצומת הקריטי ביותר במערכת ADC.כל צחצוב על קו ההתייחסות מתורגם ישירות לשגיאה פרופורציונלית בפלט הדיגיטלי. במערכות מרובות ערוצים, התייחסות חיצונית אחת עלולה להיות מבולעת לערוצים מרובים, אך buffer פלט פלטה ועידוד אינדוקציה יכול ליצור רמות התייחסות שונות על פני ערוצים, במיוחד במהלך דגימה.

אפשרויות ל-Digital Feedback Paths

לאחר המרה, יש להעביר את נתוני הפלט הדיגיטליים ל-chip.אם הקווים הדיגיטליים רצים קרוב לקלטים האנלוגיים (אפילו על שכבות שונות), שיעורי קצה מהירים יכולים להיות בני זוג לאחור לתוך שלב הקלט.זהו נושא ידוע ברישום מוצלח-approximation (SAR) ADCs שבו השעון פועל ליד תדירות הקלט.

אסטרטגיות מייגציה

אין טכניקה אחת מבטלת לחלוטין את הקרוסטור; גישה עיצוב הוליסטית המשלבת כללי הפריסה, בחירת הרכיב וטכניקות המעגל נדרש.אסטרטגיות הבאות מאורגנות מן שיטות פיזיות בסיסיות ועד שיטות פעילות מתקדמות.

טבעות הפרדה ומשמרות

ההפחתה הפשוטה והיעילה ביותר היא עלייה בספיגה בין הערוצים האנלוגיים.Doubling המרחק מקטין את ההפיכה הקפיבית בערך בחצי (במידתית יחסית לגלישה) כאשר החלל מחוספס, (FLT:0guarding) של עקבות נחושת מצטמצמים במקביל לנקודות תצפית צפוניות; מסלולים נחושת מעוקלים בין אותות סמוכים – מסובכים את זרם ההפיכה לקרקע גבוהה, למשטח של ⁇ , אין צורך להפחתה של כל אטמוספירה; אין צורך בדלפות; אין צורך בדלפות על פני השטח.

ניהול מטוסים וניהול מטוסים

מטוס קרקע מוצק, נמוך-אימפריאלי הוא חיוני. השתמש במטוס אנלוגי ייעודי לכל קלטות אנלוגיות ADC, הפניות, תמיכה מעגלים אנלוגיים, מחובר בנקודה אחת לקרקע הדיגיטלית.הימנע מפיצול המטוס הקרקע תחת עקבות רגישים; במקום זאת, לשמור על המשכיות למזער את אזור לולאה.FLT:0Ground באמצעות LT:1 ממוקם ליד כל סיכה ADC להפחית את הנית של אספקת מסלולים דיגיטליים, כלומר, עבור שימוש רב-לשוני בלבד.

הגנה ושיקום

כלובים פאראדיי או מרכבי מתכת יכולים לחסום שדות אלקטרומגנטיים חיצוניים.על ה- PCB, מגנים על מחברים של קלט אנלוגי (למשל, BNC עם קליפות מעומקות) וכבלי ribbon מוגנים לשמר שלמות אות.עבור דרישות בידוד גבוהות מאוד, בידוד גליוני באמצעות מברשות דיגיטליות (למשל, capaciacitive or מגנטיים) מפרידים חזית אנלוגית מן הקצה הדיגיטלי בתוך קצה קצה בתוך קצה אחד של מכשיר CDC אפילו באמצעות מ-ACR.

מסנן ו Decoupling

מסננים נמוכים בכל חומר אנלוגי המודגש על רכיבי פולד גבוה לפני שהם מגיעים ל- ADC. עבור DC או אותות נמוך ⁇ , מסנן RC פשוט עם חתך הרבה מתחת לקצב הדגימה יעיל.עם זאת, שימו לב כי מסנן מתנגד להוסיף 0.1% ג'ונסון רעש ויכול אינטראקציה עם הקלט של ADC; בחרו ערכים שאינם עומס על כוח, שימוש ב-Factercate (Facter) כדי ליצור תדר נמוך.

אותות שונים ו Common-Mode Rejection

שימוש בקלטים שונים במקום להפחית את הרגישות לקרוסקור משותף כי ההפיכה מופיעה באותה מידה בשני השורות ו נדחית על ידי המגבר השונה של ADC. ADC אמיתי שונה לחלוטין להשיג יחס דחייה משותף (CMRR) של 80B או יותר.

המונחים: Component Placement

במהלך פריסת PCB, בצע כללים אלה: כתוביות אנלוגיות תוואי קצרות, עקבות ישירות מן הקווים הדיגיטליים; השתמש בפינות 45 מעלות או קשתות במקום אולמות 90 מעלות חד כדי להפחית את הפסקות; להציב את ADC קרוב ככל האפשר למקור האות כדי למזער את אורך העמוד; אוטובוסים דיגיטליים רגישים לתוספתן לשרידים אנלוגיים ולא במקביל.

טכניקות מתקדמות: ביטול פעיל וסינון הסתגלות

ב- ICs-signal-signal ICs, מעגלים של ביטול פעיל שבב יכול לחוש הפיכה מערוצי aggressor ולהזריק אות מגובש.טכניקות אלה מורכבות ונמצאות בעיצובים מיוחדים ADC ביצועים גבוהים. בתחום הדיגיטלי, לאחר sampling, סינון מותאם או אלגוריתמי הפרדה ממקור עיוור יכול להעריך ולהסיר, אבל זה מוסיף עקביות חישובית וכבדה הם אמצעים מספיקים.

מדד ואופי של קרוסדור

כדי לאמת את יעילות ההפחתה, מהנדסים חייבים למדוד את הקרוסדור באופן כמותי.השיטה הסטנדרטית כוללת הפעלת ערוץ אחד (התקפן) עם גל חטא בקנה מידה מלא בתדירות ידועה תוך השארת הערוץ של הקורבן או מחובר למקור ידוע.ספקטרום הפלט נלכד באמצעות FFT, והצלב מחושב כיחס של ALTF2-ALTx-APTNIC מציע בדיקות בדיקה מפורטות של מערכת הפעלה אחת (A) של 1C.

מגמות עתידיות בניהול רב ערוצים ADC Crosstalk

כאשר מעצבי המערכת דוחפים לספירת ערוצים גבוהה יותר (למשל, 64, 128, או 256 ערוצים באולטרסאונד או LIDAR) וחבילות קטנות יותר, גישות הפריסה המסורתיות הופכות ללא מספיקות.

  • (FLT:0) שילוב של ADCs:FLT:1eurs המשלבים מדגמים של דלה-sigma עם ממירים SAR יכולים לסחור רוחב פס לדחייה, צמצום הרגישות להפיכה.
  • (ב) .0.דרך-Silicon Vias (TSVsss): FLT:1 ב 3D-stacked צ'יפס, TSVs לספק חיבורים קצרים, אנכיים הממזערים את אורך העקב האופקי והפיכה קשורה.
  • (FLT:0) ערוץ אינטיליגנטי שדלינג: אנדרל 1 (In Multiplexed Systems, לדלג או חידושים לאחור יכולים למנוע אותות חזקים מלהשפיע על ערוצים סמוכים במהלך המרה.
  • (FLT:0) Machine-Learning Calibration: אלגוריתמים בזמן אמת לומדים דפוסי צחצוח והתאמה של ה- offset/gain לערוץ נחקרים עבור פלטפורמות בעלות חתימה מעורבות עתידית.

לקריאה נוספת על גישות מתקדמות אלה, נייר FLT:0IEEE "Crosstalk Mitigation in Multi-Channel Data Converters Using Adaptive Filtering" 1 מספק נקודת מבט אקדמית.

מסקנה

קרוסטור והפיכה הם בלתי נמנעים במערכות ADC מרובות ערוצים, אבל ההשפעה שלהם יכולה להיות מנוהלת ביעילות באמצעות שיטות עיצוב ממושמעות.על ידי הבנת המנגנונים הפיזיים - מנגנונים מצטברים, אימפולסיביים, ורדיטיביים - גורמים יכולים לכוון את הפחתת הבסיס של מערכת הפרדה פיזית, מספק מפרט ריצוף הולם, הגנה, וסמן, וצורה יקרה של הגנה עבור היישומים התובעניים ביותר, כמו גם אמצעי זהירות מתקדמת, מבטיח את האלגוריתמים של מערכת ניהול יעיל יותר ויותר יעילה של מערכת ניהולית, אך מבטיח שמירה על ידי מערכת ניהולית של אבטחה יעילה יותר, אך שמירה על ידי ניהולית אבטחה יעילה יותר ויותר יעילה של מערכת ניהולית אבטחה יעילה של מערכת ניהולית של מערכת ניהולית של יישומים.