बढ़ी हुई सैम्पलिंग दरों के लिए टाइम-इंटरलीव्ड एडीसी का उपयोग करने के लाभ

सिद्धांत Nyquist-Shannon नमूना theorem पर आराम: aliasing बिना एक संकेत का पुनर्निर्माण करने के लिए, नमूना आवृत्ति कम से कम दो बार उच्चतम आवृत्ति घटक होना चाहिए। समय-interleaving इसे उच्च बैंडविड्थ तक बढ़ा देता है जबकि ADCs का उपयोग करते हुए कि खुद ही केवल मध्यम गति क्षमता हो सकती है। इस वास्तुकला का व्यापक रूप से oscilloscopes, ब्रॉडबैंड सॉफ्टवेयर-परिभाषित रेडियो और अगली पीढ़ी के ऑप्टिकल रिसीवर में उपयोग किया जाता है।

एक गहरी सैद्धांतिक नींव के लिए, टीआई-ADC के बुनियादी सिद्धांतों पर एनालोग डिवाइसेस का तकनीकी लेख देखें।

टाइम-इंटरलीव एडीसी के प्रमुख लाभ

उच्च प्रभावी नमूना दरें

सबसे स्पष्ट लाभ नमूना गति में बहु-विशिष्ट वृद्धि है। जबकि एक एकल उच्च गति वाली एडीसी केवल उपलब्ध हो सकती है, कहते हैं, 10 जीएसपीएस सिग या सीएमओएस में, 16 धीमी गति से एडीसी 100 जीएसपीएस से परे गति तक पहुंच सकती है। यह विशेष रूप से ब्रॉडबैंड रडार जैसे अनुप्रयोगों में महत्वपूर्ण है जहां तात्कालिक बैंडविड्थ 1 गीगाहर्ट्ज से अधिक है।

लागत क्षमता और डिजाइन लचीलापन

अल्ट्रा-फास्ट मोनोलिथिक एडीसी का विकास प्रक्रिया प्रौद्योगिकी को अपनी सीमाओं तक धकेलता है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च बिजली की खपत, बड़े मरने वाले क्षेत्र और उच्च लागत होती है। इसके विपरीत, कई मध्यम गति वाले एडीसी को अधिक परिपक्व, कम लागत वाली प्रक्रिया नोड्स में लागू किया जा सकता है। डिजाइनर आवश्यक नमूना दरों से मिलान करने के लिए चैनलों की संख्या को भी समायोजित कर सकते हैं - चैनलों को छोड़ना या हटाना एक स्केलेबल समाधान प्रदान करता है।

उचित अंशांकन के साथ संकल्प बनाए रखा

आम चिंता के विपरीत, interleaving स्वाभाविक रूप से अवगत नहीं है। प्रत्येक व्यक्ति ADC अपने स्वयं के शोर और रैखिकता प्रदर्शन को बरकरार रखता है। सावधानीपूर्वक अंशांकन के साथ-साथ ऑफसेट, लाभ और समय के लिए डिजिटल पृष्ठभूमि सुधार- समग्र प्रणाली बनाए रख सकती है ] उच्च प्रभावी बिट (ENOB) ]]] भी बहुत उच्च नमूना दरों पर। यह केवल एक ही ADC तेजी से चल रहा है और बड़े मात्रा में शोर को स्वीकार करने पर एक महत्वपूर्ण लाभ है।

]]]Texas Instruments' application Note on the time-interleaved ADC channel].

प्रैक्टिकल डिजाइन चैलेंज और मित्गेशन रणनीतियाँ

जबकि शक्तिशाली, समयबद्ध एडीसी एकल चैनल कन्वर्टर्स में मौजूद नहीं अद्वितीय त्रुटियों को पेश करते हैं। ये चैनल-टू-चैनल धुंध और टाइमिंग दोष से उत्पन्न होते हैं।

ऑफसेट, लाभ, और समय Mismatches

तीन प्रमुख त्रुटि स्रोत हैं:

• ]offset mismatch: प्रत्येक ADC के पास एक अलग DC ऑफसेट है, जिसके परिणामस्वरूप आउटपुट ( f_]]]s]]/M और इसके हार्मोनिक) पर एक निश्चित पैटर्न होता है।
• Gan mismatch: चैनलों के बीच लाभ में विविधता संकेत आयाम के मॉडुलन का उत्पादन करती है, जिससे साइडबैंड उत्पन्न होती है।
• Timing skew: गैर-आदर्श घड़ी चरण बदलाव डेटा अंक गलत समय पर लिया जा करने के लिए कारण, संकेत-निर्भर विरूपण के लिए अग्रणी है।

सभी तीन त्रुटियाँ स्पुरियस-फ्री डायनेमिक रेंज (SFDR) और ENOB को कम करती हैं यदि अविभाजित हो तो।

अंशांकन तकनीक

आधुनिक टीआई-ADCs दोनों अग्रभूमि और पृष्ठभूमि अंशांकन को रोजगार देते हैं। Foreground अंशांकन प्रारंभिककरण के दौरान ज्ञात परीक्षण संकेतों को इंजेक्ट करता है (उदाहरण के लिए, ऑफसेट के लिए डीसी स्तर, लाभ और समय के लिए साइनसोइडल टोन)। पृष्ठभूमि अंशांकन लगातार इनपुट संकेत का उपयोग करके अनुकूल होता है, अक्सर सांख्यिकीय तरीकों के माध्यम से, तापमान और उम्र बढ़ने पर प्रदर्शन बनाए रखने के लिए। अनुकूली डिजिटल फिल्टर और लुकअप टेबल सुधार आम हैं।

घड़ी वितरण और जेटर

यहां तक कि जब ADC पूरी तरह से मिलान किया जाता है, तो चैनल के बीच घबराहट को SNR को घटाकर दिखाया जा सकता है। एक कम चरण-शोर घड़ी स्रोत और सावधानी से डिजाइन किए गए देरी से बंद लूप (DLLs) या चरण-लॉक लूप (PLLs) आवश्यक हैं। इसके अतिरिक्त, अंतर घड़ी वितरण सामान्य मोड शोर को अस्वीकार करने में मदद करता है।

गलतफहमी सुधार पर एक क्लासिक संदर्भ ]N. Kurosawa et al., द्वारा आईईईईई पेपर "समय-interleaved ADC सिस्टम में चैनल धुंध प्रभाव का स्पष्ट विश्लेषण" ।

Across- Industries

उच्च गति डेटा अधिग्रहण

डिजिटल भंडारण oscilloscopes और मनमाने ढंग से तरंगदैर्घकाय जनरेटर बहु-gigasample-per-second कैप्चर दरों को प्राप्त करने के लिए टीआई-ADC पर निर्भर करते हैं। आर एंड डी परीक्षण उपकरण अक्सर बिजली इलेक्ट्रॉनिक्स, सेर्ड्स और ऑप्टिकल संचार में तेजी से क्षणिक दृश्यता के लिए इंटरलीव आर्किटेक्चर का उपयोग करता है।

सॉफ्टवेयर-डिफ़ाइन रेडियो और रडार

सैन्य और व्यावसायिक संचार में वाइडबैंड रिसीवर को तुरंत बड़े बैंडविड्थ को डिजिट करने की आवश्यकता होती है। टाइम-इंटरलीव्ड एडीसी प्रत्यक्ष-सैंपिंग रिसीवर को सक्षम करते हैं जो एकाधिक डाउनकॉनवर्सेशन चरणों को समाप्त करते हैं, एनालॉग फ्रंटेंड को सरल बनाते हैं और आकार, वजन और शक्ति (एसडब्ल्यूएपी) को कम करते हैं।

चिकित्सा इमेजिंग

अल्ट्रासाउंड बीमफॉर्मर और हाई-फील्ड एमआरआई स्कैनर को कई सरणी तत्वों के उच्च गति वाले डिजिटलीकरण की आवश्यकता होती है। टीआई-एडीसी ने सैकड़ों चैनलों की वास्तविक समय प्रसंस्करण को पर्याप्त बैंडविड्थ के साथ ठीक स्थानिक रिज़ॉल्यूशन प्राप्त करने की अनुमति दी। उनकी स्केलेबिलिटी उन्हें बहु-चैनल चिकित्सा इमेजिंग सिस्टम के लिए आदर्श बनाती है।

वैज्ञानिक उपकरण

कण भौतिकी डिटेक्टर, अल्ट्राफास्ट लेजर मेट्रोलॉजी, और रेडियो खगोल विज्ञान सभी चरम नमूना गति की मांग करते हैं। उदाहरण के लिए, स्क्वायर किलोमेट्रे ऐरे सैकड़ों मेगाहेर्ट्ज में फैले रेडियो संकेतों को डिजिट करने के लिए टीआई-ADC की विशाल संख्या का उपयोग करता है।

चिकित्सा अनुप्रयोगों पर अधिक के लिए, देखें अल्ट्रासाउंड इमेजिंग में ADCs पर इस समीक्षा का पेपर ]।

भविष्य के रुझान और उन्नत वास्तुकला

जैसा कि सीएमओएस स्केल जारी रखता है, एकल चैनल एडीसी गति और अंतर-लाभ संभावित संकीर्णता के बीच का अंतर। फिर भी, 5G / 6G बेसबैंड प्रोसेसिंग और ऑप्टिकल सुसंगत रिसीवर ड्राइव की मांग को उच्च गतिशील रेंज के साथ> 100 जीएसपीएस के लिए ड्राइव करते हैं। उन्नत तकनीकों में शामिल हैं:

• ]Hybrid आर्किटेक्चर जो बैंडविड्थ-इंटरलेविंग के साथ समय-निर्भरता को जोड़ती है (विभाजन स्पेक्ट्रम के लिए अनुरूप फिल्टर का उपयोग करके)।
• डिजिटल पूर्व विरूपण चैनल के पार अनुरूप फ्रंटेंड गैर-रेखीयता की भरपाई के लिए।
• मशीन-लर्निंग-आधारित अंशांकन जो समर्पित प्रशिक्षण अनुक्रमों के बिना वास्तविक समय में गलतियां सीखता है और उसे सही करता है।

चिप-टू-चिप ऑप्टिकल इंटरकनेक्ट में नवाचार स्केलेबल, बोर्ड-स्तर को उप-टीएचजी तरंग कैप्चर के लिए सैकड़ों एडीसी के इंटरलीविंग को भी सक्षम कर सकता है।

निष्कर्ष

समय-interleaved ADC आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स द्वारा आवश्यक उच्च नमूना दरों को प्राप्त करने के लिए एक सिद्ध, स्केलेबल पथ प्रदान करते हैं। समानांतर में कई मध्यम गति वाले कन्वर्टर्स का लाभ उठाकर, डिजाइनरों को गति, लागत बचत और लचीलापन प्राप्त होता है, जिसमें संकल्प को त्याग दिए बिना - साबित किया गया कि वे सावधानीपूर्वक अंशांकन और घड़ी वितरण के माध्यम से अंतर्निहित धुंध त्रुटियों को संबोधित करते हैं। ओसिलोस्कोप और रडार से लेकर चिकित्सा चित्रकारों और रेडियो दूरबीन तक, टीआई-ADC प्रौद्योगिकी आज उपयोग में सबसे तेजी से डेटा अधिग्रहण प्रणालियों में से कई को रेखांकित करती है। चूंकि संकेत बैंडविड्थ चढ़ाई जारी रहती है, जबकि रैखिकता को संरक्षित करने के दौरान कभी-अधिक चैनलों को हस्तक्षेप करने की क्षमता एक महत्वपूर्ण लाभ बनाती है।