ממירים אנליגנו-ל-דיגיטליים (ADCs) הם המנוף של כלי מדעי מודרני, המשמש גשר בין העולם האנלוגי המתמשך של תופעות פיזיות לבין התחום הדיגיטלי של עיבוד נתונים.מגלאי פיזיקה באנרגיה גבוהה ועד מערכות הדמיה רפואית ופלטפורמות ניטור סביבתיות, את נאמנותם של ייצוגים דיגיטליים של אותות אנלוגיים קובע ישירות את האמינות של המדידות של ביצועים.

הבנה של קוארמיות ב- ADCs

קוארנטיות מתארת את התואר שבו קוד הפלט של ADC מתאים באופן יחסי למתח הקלט האנלוגי שלו על פני טווח קלט מלא.ב-ADC אידיאלי, קו ישר יכול לייצג באופן מושלם את היחסים בין מתח קלט לקוד פלט דיגיטלי.פונקציה זו יש מידות אחידות - כל שינוי של מעט לא משמעותי אחד (LS לינארי) מתאים בדיוק את אותו שינוי הדרגתי ב-ADC, אך ורק לאפקטים שונים, לעומת זאת, לעומת זאת, בין תופעות לוואי (גרסאות), הן שונות, לעומת זאת, בין תופעות לוואי (L) הן שונות, לעומת זאת, הן שונות, לעומת זאת, הן שונות, לעומת זאת, בין תופעות לוואי (L) באופן קולקטיביות (L) של תופעות לוואי (L) הן שונות (L) הן שונות, באופן קולקטיביות (L) סטיות (L) סטיות (L) סטיות (L) ניגודיות (L לינאריות (L) ניגודיות (L) ניגודיות (L) ניגודיות (L) ניגודיות (L) ניגודיות, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת תופעות לוואי (LS לינאריות (L) ניגודיות (L) ניגודיות, לעומת תופעות לוואי (L)

עבור המדידות המדעיות הדורשות דיוק גבוה - כגון קביעת האנרגיה של תמונה אחת ב-spectroscopy או מדידה של שינויים ב- pH לאורך זמן - לא לינאריות יכולה להציג שגיאות שיטתיות שאינן ניתנות בקלות על ידי חינון או סינון. הבנה וצמצום שגיאות אלה חיוני לייצור נתונים שניתן לסמוך עליהם, לשכפל ולהשתמש בהם כדי לאמת תיאוריות או מודלים.

שגיאות קונאריות

אי-שוויון אינטגראלי (INL)

לא ליניאריות פנימית מתבטאת בסטייה מקסימלית של הפונקציה העברת בפועל של ADC משורה קדמית אידיאלית שנמשכת בין נקודות הקצה של טווח בקנה מידה מלא (או, יותר קפדני, קו הטוב ביותר) ב- INL הוא בדרך כלל בא לידי ביטוי ביחידות של ביטים משמעותיים לפחות (LSB). גבוה INL מציין כי קודים של ADC הם באופן משמעותי מן התגובה הליניאלית האידיאלית, אשר יכול לגרום להפחתה מדויקת של שגיאות תצורה של תצורה של ⁇ .

INL ניתן לסווג עוד ל- Endpoint INL (באמצעות השורה הישר דרך הקודים הראשונים והאחרון) ו- Best-fit INL (באמצעות קו הממזער את השגיאה המשווה את תפקוד ההעברה). בחירת קו ההתייחסות משפיעה על ערך INL המדווח ויכול להשפיע על האופן שבו השגיאה אינטראקציה עם תוכניות קיטור.

אי-שוויון שונה (DNL)

לא לינאריות שונה מתאר את הריאציות של גודל הצעד האמיתי בין קודים דיגיטליים סמוכים לצעד האידיאלי 1 LSB.אם DNL הוא פחות מ-1 LSB, ADC מציג קודים חסרים - כמה קודים פלטים לעולם לא מופיעים כי גודל הצעד הוא אפס או שלילי. A DNL גדול יותר מ 1 DNL פירושה כמה קודים רחב יותר מאשר אידיאלי, המוביל קודים של העברת קודים, עבור אותות חזותיים, כגון אותות חזותיים.

DNL הוא קריטי במיוחד ביישומים התלויים במיקום המדויק של סף, כגון קוונטיזציה רב-דרגית במודולטורים של Sigma-delta או ממירים עת-לספרטיים. אפילו שגיאות DNL בינוניות יכול להפיג את יחס אות-ל-אין (SNR) וטווח דינמי ללא עוררין (SF), שהם מפרטים מרכזיים עבור מערכות נתונים בעלות ביצועים גבוהים.

המונחים: non-Linearity metrics

מעבר ל- DNL ו- DNL, כמה סטנדרטים (למשל, IEEE Std 1241-2010, "Standard for Terminology and Test Methods for Analog-to-Digital Converters") מגדירים מדדים נוספים כגון המספר היעיל של ביטים (ENOB), אשר כולל באופן בלתי נמנע את ההשפעות של ביצועים דינמיים ולא ליניאריים מוחלט (DTH) ו-DR) הם לעתים קרובות מושפעים דינמיים, במיוחד על ידי תכונות דינמיות.

ההשפעה של חוסר סובלנות על מדדים מדעיים

מכשירים מדעיים מסתמכים על ADCs כדי ללכוד אותות שעשויים לעגל פקודות רבות של גודל באמפליטודה ותדירות.השלכות של אי-לינאריות משתנות על ידי יישום, אבל החוט המשותף הוא הצגת חפצים שיכולים לחקות או להסוות תופעות אמיתיות.בסעיפים להלן, כמה שדות מדעיים נציג ממחישים מדוע דרישות לינאריות הן מחמירות.

ספקטרום וכימיה אנליטית

בספקטרום אופטי, ADC מגדיר את עוצמת האור באורכי גל ספציפיים.לא לינאריות בשרשרת הגילוי יכול לעוות צורות שיא ספקטרליות, לשנות את העוצמות המדויעות, ולעבור את צנטריפוגות הגל לכאורה לעין. לדוגמה, ב-Raman spectroscopy, אותות חלשים הם לעתים קרובות על רקע חזק; כל אי-לינאריות יכול לגרום רקע של רעלה ליניארית לתוך טווח מדויק של דיוקים או מדויק.

חלקיקים פיזיקה וחדשנות גרעינית

ניסויים בפיסיקה באנרגיה גבוהה, כגון אלה ב Collider Hadron הגדול, להשתמש אלפי ADCs כדי לדיגיטליזציה של אותות מ calorimeters, muon Cells, ו trackers. Linearity הוא חיוני עבור מדידות אנרגיה מדויקות; אפילו 0.1% לא לינאריות יכול להפיץ שגיאות משמעותיות בשיחזור חלקיקים ואנרגיות.

אבחון ואבחון רפואי

ב- tomography (CT) ודמיית זיכרון מגנטית (MRI), ADCs להמיר את האותות האנלוגיים ממערך הגלאיים לנתונים דיגיטליים pixel. non-Lironity in the ADC Front-end מייצרת פריטים כגון טבעות, סטראקים, או השמצה שיכולה לסכן את הדיוק האבחון של מערכת החיסון (PET), התזמון והקיצור של 601 ל-iOSICTITION ל-CDC השפעה ישירה על רמת הדיוק של ה-CDC (IPTSD) על רמת הדיוק ה-CDC (ICTICTIPTSD.

ניטור סביבתי ומטרופולין

ניטור סביבתי ארוך טווח, יומני נתונים מעסיקים ADCs כדי למדוד פרמטרים כגון טמפרטורה, לחות, pH, וריכוזי גז. שגיאות לא לינאריות יציבים לאורך זמן יכול להיות מכוונן החוצה, אבל סחף ללא לינאריות עם טמפרטורה או הזדקנות הוא יותר בעייתי. â € ¢ גבוה â € ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ â ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ â ⁇ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ⁇ â ⁇ ⁇ ⁇ ¢ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

תמיכה ואימות של קוarity

בהתחשב בתפקיד הקריטי של לינאריות, מאמץ ניכר מושקע על ידי יצרני ADC ומעצבי מערכת כדי למזער את הלא לינאריות.הגישות ניתן לחלק לאפשרויות אדריכליות, טכניקות ללחמה ופוסט-מעבד דיגיטלי.

אדריכלות ADC וקווירנטיות

ארכיטקטורות ADC שונות הן בעלות מהירות היברידית, רזולוציה, ולינאריות. iproximation Index (SAR) ADCs משמשים נרחב עבור יישומים בינוניים עד גבוה (12-18 ביטים) כי הם מציעים לינאריות מעולה עם עיצוב זהיר של תוכנית דיגיטלית-ל-אנטר (DAC) המקור העיקרי של אי-ליירה ב-ACMs הוא קיבול ליניארית (C) בדרך כלל יכול להפחית את קצבי של דחיסה דיגיטלית של ⁇ (C) אבל ירידה גבוהה יותר ויותר) אבל ירידה של 16 סיביות).

טכניקת סגירה ומילוי

יצרנים לעתים קרובות לשלב על מנועי כיבוד שבב למדידה למדידה אשר מודדים ונכון עבור שגיאות INL ו DNL במפעל או במהלך כוח-העוצמה, כי קלברציות אלה עשויים לכלול הזרקת מתחים ידועים ולהתאים את ה-set, רווח, ולהעביר את התפקוד בעיצוב. עבור יישומים הדורשים טבלאות מיידיות קיצוניות, כגון מטרופולין, משתמשים יכולים לבצע קיטובות ברמת המשתמש באמצעות תוכנות מתקדמות לתיקון עצמי כולל טבלאות תיקון מתקדמות.

תיקון דיגיטלי ושולחנות מבט

לאחר דיגיטציה, עיבוד אותות דיגיטליים (DSP) יכול לתקן עוד לא לינאריות.לכאורה טבלאות (LUTs) מפה כל קוד גולמי לערך מתוקן באמצעות פונקציה העברה נמדדת בעבר. גישה זו יעילה לתיקון סטטי INL ו DNL, במיוחד כאשר שגיאות הן פרמטרים של אבחון יציב והזדקנות. עם זאת, עבור אי-לינאריות מתמשכת תלויות בתדר או ampude, מודלים מתוחכמת יותר (מהירות) שיכולה להתאים כמה תיקונים.

דרישות מסחר ומערכת

בעוד לינאריות גבוהה רצויה, זה לעתים קרובות מגיע עלות המהירות, צריכת החשמל, או המורכבות. מעצב חייב לאזן את הגורמים האלה נגד דרישות היישום.לדוגמה, ⁇ ADC 24bit עשוי להציע לינאריות מצוינת עבור אותות חיישן נמוך קידוד אבל לא יכול דגימות ברמות MudeHz מספיק, ADC עם 12 סיביות יכול לפעול במאות MSPS אבל עשוי להיות בעל טווח לינארי יותר אם הוא רלוונטי של דיוק מלא של רמה גבוהה יותר של רמה גבוהה של רמה גבוהה.

גורמים חיצוניים כגון טמפרטורה, מתח אספקה ורעש על ההתייחסות משפיעים גם על לינאריות.Precision Reference buffers וניהול תרמי הם לעתים קרובות הכרחיים כדי לשמור על הלינימיות של ADC על הסביבה התפעולית. Grounding ופריסה חייבים למזער נתיבי משוב טפיליים שיכולים לגרום שגיאות תלויות קוד.

תקנים ובדיקות

תקני התעשייה מספקים שפה משותפת לסימון ולבדיקה של לינאריות ADC. IEEE Std 1241-2010 הוא המסמך הסופי עבור בדיקות סטטיות ודינמיות, כולל שיטות למדידה INL ו DNL. סטנדרטים אלה מגדירים כיצד לבחור אותות בדיקה (למשל, גלי חטא או פלמות), כיצד ליישם את בדיקות ה-LGategram שלו, וכיצד לחשב מרווחי ביטחון לתוצאות מדעיות, דבקות כדי להבטיח תקנים לינאריים רבים, כולל תכונות דומות של שימוש, כולל תכונות נתונים.

ערכות הערכה של צד שלישי ומערכות בדיקה אוטומטיות (למשל, סדרת B2910 של Keysight או אנליסטים התקנים דיוק ADC הערכה לוחות) להקל על סיווג מעבדה. עבור רמות נמוכות מאוד לא לינאריות (sub-ppm), טכניקות מיוחדות כמו עקומת הגל החטא התאמה או השוואות מערך מבוסס ג'וזףסון משמשים במכון הלאומי של מטרופולין.

מסקנה

קוארסיטי היא אבן הפינה של המדידות המדעיות המדויקות, המאפשרות את הספרות הנאמנה של אותות אנלוגיים מבלי להציג שגיאות שיטתיות שיכולות לפסול תוצאות.לא לינאריות לא-לאומנותית ופוליטית הן המדדים העיקריים שמנימים את הביצועים האלה, וההשפעה שלהם משתרעת על דיסציפלינות מגוונות מפיזיקה חלקיקים ועד הדמיה רפואית. Achieving גבוה דורשות רחבה יותר של ארכיטקטורת ADC, קלמנטציה קפדנית, לעתים קרובות, וחשיבות דיגיטלית, כמו גם למהנדסים יותר, כלומר, כלומר, קריפטומטיים יותר, כמו גם לטכנולוגיות דינמיות גבוהה יותר, כמו גם לטכנולוגיות דינמיות, כמו גם לטכנולוגיות אסטרטגיות יותר, כמו גם לטכנולוגיות דינמיות, כדי לדחוף יותר, כלומר, כלומר, כלומר, כדי לדחוף יותר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כדי לדחוף יותר של טכנולוגיות אסטרטגיות אסטרטגיות אסטרטגיות אסטרטגיות אסטרטגיות אסטרטגיות יותר, כדי לקדם את הדיוקניות גבוהה יותר, כלומר, כדי לדחוף יותר, כלומר, כלומר, כדי לקדם את הדיוקן יותר, כדי לשפר את הדיוקן של טכנולוגיות אסטרטגיות אסטרטגיות אסטרטגיות יותר, כלומר, כלומר, כלומר, כדי לדחוף יותר, כלומר, כדי לדחוף יותר, רק לטכנולוגיות דינמיות יותר, כדי לדחוף יותר, כלומר,

(בקריאה נוספת, חומרי ההתייחסות של יצרני ADC המובילים מספקים הערות יישום מפורטות על בדיקות לינאריות ושיפור טכניקות. Analog מכשירים מציעים מדריכים מקיפים על מדד INL ו-DNL באמצעות מדדי יישום מפורטים:0Evaluation SoftwareFLT:1; Texas Instruments מפרסם הערות על מתודולוגיה בדיקה סופית:2Calibration of SARFLT:3; ו- Keysight מספק הדרכות על מקורות בדיקה סופיים 124