現代の電子システムと信号処理アプリケーションは、高速な信号を正確にキャプチャするために、ますます高サンプリング速度を要求します。 通信、レーダー、および計測上昇のデータレートとして、アナログ・ツー・デジタル・コンバーター(ADC)は、多くの場合、性能ネックになります。 エキゾチックな超高速コンバーターを必要とすることなく、個々のADC速度制限を克服するための1つの強力な技術は、タイム・インターリーなADCアーキテクチャです。 並列に複数の適度な速度ADCを配置し、各サンプルを手動で入力することで、設計者は、どの程度の効率性を発揮するかを正確に把握することができます。 設計者は、ADCの効率を検証することができます。

タイム・インターリード・ADCsとは?

タイム・インターリーな ADC (TI-ADC) は、並列で動作する M 個々の ADC チャネルで構成されます。各チャネルは、 []] によって相続されたマスタークロック信号としてクロックされます。このスタンダード・サンプリングは、システムクロックが f] ] で実行されると、各々の ADC は [FLTFLT:4] [FLT] の変換速度で動作する [FLT] [FLT] [FLT:[FLT] [F] [F] [FLT:[F] は、 [FLT: [F] [F] [F] [FLT: [F] は、 [F] [F] [F] は、 [F] [FLT: [F] [FLT: [F] の変換速度 [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [FLT: [

原則は、Nyquist-Shannonサンプリング理論に残ります。エイリアシングなしで信号を再構築するために、サンプリング周波数は少なくとも2倍の周波数コンポーネントでなければなりません。 タイムインターレーブは、ADCsを使用して、この高帯域幅を拡張し、それ自体は適度な速度能力しか持っていません。 このアーキテクチャは、オシロスコープ、ワイドバンドソフトウェア定義ラジオ、次世代光学受信機で広く使用されています。

より深い理論基盤については、TI-ADCの基礎に関する分析装置の技術記事[を参照してください。

時間連動型ADCの重要な利点

より効果的なサンプリングレート

最も明らかな利点は、サンプリング速度の多重化増加です。 単一高速ADCは、最大でしか利用できなくなる一方で、SiGeまたはCMOSの10 GSps、インターリーブ16減速ADCsは100 GSpsを超える速度に達することができます。 これは、特に、瞬時の帯域幅が1GHzを超えるブロードバンドレーダーなどのアプリケーションでは特に重要です。

コスト効率と設計柔軟性

超高速モノリシックADCを開発することで、プロセス技術を限界に押し込み、高出力消費量、大面積、高コストを実現します。また、複数の適度な速度のADCを、より成熟した低コストのプロセスノードで実装することができます。また、設計者は、必要なサンプリング速度に合わせるチャネルの数を調整することもできます。チャネルの追加または削除は、チャネルのスケーラブルなソリューションを提供します。

適切な口径測定の維持された決断

一般的な懸念とは対照的に、インターレーブは、本質的に分解しません。各個人ADCは、独自のノイズとリニアリティ性能を保持します。慎重に較正することで、オフセット、ゲイン、タイミングの不一致に対するデジタル背景補正が、システム全体が]を維持することができます。非常に高いサンプリング速度であっても、ビットの有効数(ENOB)]]。これは、単一のADCを高速に実行し、量化を受け入れるだけで重要な利点です。

解像度保存の詳細な分析は、]で見つけることができます。 タイム・インターリーなADCチャンネルを揃えた上でのTexas Instrumentsのアプリケーションノート。

実用的デザイン課題と緩和戦略

強力なタイム・インターリーなADCsは、単一チャネルのコンバーターに存在しないユニークなエラーを導入しています。これらは、チャネル対チャネルの不一致とタイミングの不完全さから生じる。

オフセット、利益、タイミングのミスマッチ

3つのドミナントエラーソースは、次のとおりです。

  • []オフセットミスマッチ:[]]の各ADCは、出力(]]f[]]]]]s[/Mとその調和]で固定パターンを引き起こし、異なるDCオフセットを持っています。
  • ガス誤差:]] チャネル間のゲインの変化は、信号の振幅の調節、サイドバンドを生成します。
  • 接骨:] ノン・リアル・クロック・フェーズ・シフトにより、データ・ポイントが誤った時間で撮影され、信号依存の歪みにつながります。

不審な場合、すべての3つのエラーは、不審な動的範囲(SFDR)とENOBを削減します。

校正技術

現代のTI-ADCsは、フォアグラウンドと背景の校正の両方を採用しています。フォアグラウンド校正は、初期化(例えば、オフセット用のDCレベル、ゲインとタイミングのための副鼻腔内トーン)の間に既知のテスト信号を注入します。背景の校正は、多くの場合、統計的な方法を使用して、温度と老化のパフォーマンスを維持します。適応性デジタルフィルタとルックアップ補正テーブルは一般的です。

時計の配布とジッタ

ADCsが完全にマッチしている場合でも、チャンネル間で共有クロックジッタはSNRを劣化させる可能性があります。 低相ノイズクロックソースと慎重に設計された遅延ロックループ(DLL)または相ロックループ(PLL)が不可欠です。 さらに、差時計分布は、一般的なモードノイズを拒否するのに役立ちます。

不一致補正に関する古典的な参照は、N.黒澤らによる「」です。 「タイム・インターリーなADCシステムにおけるチャネルの不一致の影響の抽出」[]。

業界横断のアプリケーション

高速データ取得

デジタル記憶のオシロスコープおよび任意波形の発電機は多ギガサンプパー秒の捕獲率を達成するTI-ADCsに頼ります。R & Dの試験装置は頻繁に電力電子工学、serdesおよび光学コミュニケーションの速い一時的なものを見るのに連結されたアーキテクチャを使用します。

ソフトウェア定義されたラジオおよびレーダー

軍事および商用通信における広帯域受信機は、瞬時に大きな帯域幅をデジタル化する必要があります。タイム・インターリードADCは、複数の下位相を除去するダイレクトサンプリング受信機を可能にし、アナログのフロントエンドを簡素化し、サイズ、重量、電力(SWaP)を削減します。

医学のイメージ投射

超音波ビームフォーマーとハイフィールドMRIスキャナーは、複数の配列要素の高速デジタル化を必要とします。 TI-ADCsは、十分な帯域幅で数百チャンネルのリアルタイム処理を可能にし、微細な空間解像度を実現します。 それらのスケーラビリティは、マルチチャネルの医療イメージングシステムに最適です。

科学機器

粒子物理検出器、超高速レーザー計測、および放射線天文学は、すべての要求の極端なサンプリング速度を要求します。例えば、スクエア・キルメトル・アレイは、膨大な数のTI-ADCsを使用して、数百メガヘルツのラジオ信号をデジタル化します。

医学的用途の詳細は、超音波画像のADCsの[]を参照してください。

未来のトレンドと高度なアーキテクチャ

CMOS は、単一チャネル ADC の速度とインターレーブの潜在的な狭い間のギャップを拡張し続けています。5G/6G ベースバンド処理および光学コヒーレント受信機のドライブ需要は、高いダイナミックレンジで >100 GSps です。高度な技術は次のとおりです。

  • []ハイブリッドアーキテクチャ[]]は、帯域幅連動型インターレーブ(アナログフィルタを使用してスペクトルを分割)と組み合わせています。
  • [デジタルプレディストーション]]をチャネル全体でアナログフロントエンド非線形性を補正します。
  • []機械学習ベースの校正[]は、専用のトレーニングシーケンスなしでリアルタイムで不一致を学習し、修正します。

チップ・ツー・チップの光インターコネクトのイノベーションは、サブTHz波形キャプチャ用の数百のACDのスケーラブルで基板レベルのインターレブを可能にします。

コンテンツ

タイム・インターリーな ADCs は、現代の電子機器が必要とする高いサンプリング速度を達成するための実証済みのスケーラブルなパスを提供します。 並列に複数の適度な速度コンバータを活用することで、設計者は速度、コスト節約、そして柔軟性を得られる限り、必ずしも解決を犠牲にすることなく、慎重に較正とクロック分布を介して固有の不一致エラーに対処します。 oscilloscopes やレーダーから医療用イメージャーや放射線望遠鏡、TI-DC-Apinは、今日の多くの信号を継続する能力を継続します。