Achieve High Dynamic ADC Designs'ta aralık Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel Araştırma Bilimsel

Geniş-Range Signal Challenge

Bilimsel araştırmalarda, çok yakın sinyallerin varlığıyla ilgili olarak sayısallaştırma yeteneği, radyo, kitle spektrometri, yüksek enerji fiziği ve biyomedikal görüntüleme arasındaki fark genellikledir. Bu performansa sahip bir analog dönüştürücü, yüksek dinamik aralıklı tasarım uygulamaları gerektirir. Bu makale, ADCs gibi alanları kanıtlayan, en üst düzey gözlemler ve biyomedikal görüntüleme için stratejiler sunar.

ADC'lerde Dinamik Aralığı Anlamak

Dinamik aralığı (DR) resmi olarak ADC'nin en büyük sinyal oranı olarak tanımlanır (tüm ölçekli giriş) gürültüden ayırt edilebilir.Uygulamada, makul olmayan dinamik aralıklarda bu oranın, ısıtımı ile sınırlı olduğunu ifade eder.0DR=2 × N + 1.76 dB) İdeal bir N-bit dönüştürücü için, N-bit dönüştürücü sayısı ne kadar etkili olursa olsun, N'nin bu oranı genellikle önemli ölçüde daha düşük bir dinamik aralığının değeridir.

Bilimsel araçlar genellikle 10 ^{) 10) ile 10) ile sinyalleri zirvede veya daha fazlası için, bir radyo teleskopu, zayıf kozmik emisyonları tespit etmeli ve karasal gürültüyü reddetmeli.Bu nedenle, yüksek dinamik aralıkta hem baskın ebeveyn iyon zirvesini hem de 100 dB daha küçük noktaları ölçmek gerekir.}

Yüksek Dinamik Aralığı için Core Strategies

Tek bir teknik, gerekli dinamik aralıkları talep eden bilimsel ölçümler için sunmamaktadır. Tasarımcılar birden fazla yaklaşım, dengeleme çözümü, hız, güç ve gürültüyü bir araya getirmeli. Aşağıdaki stratejiler yüksek-DR ADC sistemi tasarımının temelini oluşturur.

Yüksek Çözünürlük ADC Architectures'ı seçin

Daha yüksek dinamik aralığına en doğrudan yol, dönüştürücü versquo'yı artırmaktır; A 16-bit ADC, 96 dB'nin teorik bir DR'sini sunar, 24bit dönüştürücü ideal koşullar altında 140 dB'yi aşabilir. Örneğin, [[Dönetici-sigma ( ⁇ ) ADCs[D) ADCs[Döneticileri kullanarak birçok uyarıyı kullanarak ve gürültüyü ölçmek için ölçeklendirmek için birçok uyarıda bulunur.

Başarıyla ilgili olarak kayıt (SAR) ADCs, diğer yandan, daha düşük gecikmeli ve her kanalın hızlı bir dönüşüme ihtiyacı olan çok kanallı sistemler için daha uygun. Yüksek performanslı SAR ADCs şimdi ikinci derece dinamik aralığı (SFDR)signal-to-noise oranı (SNR) ve 03))[değiştir | kaynağı değiştir][değiştir | kaynağı değiştir][değiştir | kaynağı değiştir][değiştir | kaynağı değiştir][değiştir | kaynağı değiştir]

Tasarımcılar PGA'nın gürültü rakamını dikkatle yönetmeli, çünkü kendi gürültüleri sinyale daha basitleştirmeden önce ekler.ETHFLT:0)Dörtüncü Dökezleyici PGAs) (e.g., Linear Teknolojisi veya Maxim Integrated) mikropüresel hataları çözme yeteneğinin korunması için gereklidir.

Signal Durumlama ve Gürültü Yönetimi

dönüştürücünün kendisi dışında, analog cephe sonu, anchievable dinamik aralığının belirlenmesinde önemli bir rol oynar: Üç anahtar uygulama hükmedebilir:

• [FONT=0]Anti-aliasing filtreleme: Yüksek sipariş düşük frekanslı filtre (örneğin, 4th veya 6th sipariş Butterworth veya eliptik) örneklemeden sonra frekansları kaldırır ve frekansları engeller.
• [FONT=0]Impedance eşleştirme:[Dönetici:[Dönetici:0) Yüksek frekanslı sinyaller için (örneğin radar veya tıbbi ultrasonda), iletim hattı etkileri hesaplanmalıdır.
• [FONT:0]Grounding ve kalkan: Bilimsel araçlar genellikle elektromanyetik olarak gürültülü ortamlarda çalışır. Bir yıldız-köpek üstoloji, tek bir köprü ile ayrı analog ve dijital zemin uçaklar ve kalkan bir muhafaza - tüm yardımlar, Rolls Hz hum ve dijital saat gürültünün seçicileştirilmesine yardımcı olur.

Çift-Range ve Multi-Range Architectures

Sinyal amplitüdünün 100 dB'den fazla yayıldığı zaman, tek bir ADC kanalı hala kısa düşebilir. kanıtlanmış bir çözüm, [[0|taraflı) veya [[Dönlendirme[Dönlendirmek için:2multi-range[Dönlendirmek[Dönlendirmek için] veya farklı bir dizi ayar ile aynı sinyale göre ayrı bir yol geçiş seviyesine göre geçişli.

Başka bir yaklaşım, ADC[DDÜT:1) veya [[Döneticileri ile birlikte kullanılan yüksek performanslı ADC (DDDDDDDDDDDD) ile alt ayarlarda, her bir sayısallaştırma gereksinimlerine bölünmüştür.Bu mimari, yüksek uç spektrum analizörleri ve hızlı geçici kayıt cihazı ile parçacık fiziğinde kullanılır.

Kalibrasyon ve Yazılım Dengeleme

ADC mükemmel bir lineer değildir ve dengeleme, kazan ve doğrusal olmayan hatalar yüksek dinamik aralık için çabalandığında önemli hale gelir. İki kalibrasyon şekli önemlidir:

• [FONT=0] Üst kattanbrasyon: [Dönetici: [Dönetici:0] Üretim sırasında her ADC sıcaklık ve gerilim ile karakterize edilir ve düzeltme katları depolanır.En yüksek performans için, hassas bir gerilim referansı (örneğin, LM399 veya LTZ1000) mutlak ölçeklendirme tanımlamak için kullanılır.
• [FONT:0]In-system kalibrasyon:[Dönetici:[Dönemli referans sinyali periyodik olarak enjekte edilir. Dijital düzeltmeler, geri kazanılabilir ve hatta belirli doğrusal olmayan bileşenlerde özellikle önemlidir.

Gürültü azaltma el-in-hand ile kalibrasyon. Teknikler:0)Dörtücük[Dönemli sinyaller için) ve [[Dönemli iki örnekle ilgili olarak [Dönetici için), N'nin ortalama sayısı olduğu kadar, gerçek zamanlı uygulamalarda etkili bir şekilde geliştirilmelidir.

Bilimsel Instrumentasyon için Tasarım

Bu stratejileri bir çalışma aracına aktarmak, veri torbalarında nadiren tartışılan sistem düzeyinde parametrelere dikkat gerektirir. Aşağıdaki düşünceler, bir araştırma ortamında güvenilir yüksek dinamik aralığı elde etmek için çok önemlidir.

ENOB ve Gerçek Dünya Çözümü

Belirli bir giriş frekansında (ENOB) SNR ve SINAD (signal-to-noise-ve-distortion oranı) sayısal olarak belirlenen bir giriş frekansında ([Dörtüncü) bir ENOB ⁇ ADC, düşük frekanslarda bir ENOB kanallarını veya daha düşük fiyatlarda örnekleme yapan 16 bit veya daha düşük seviyeli bir diziye kadar indirgememektedir.

Termal Yönetim ve Drift

Sıcaklık varyasyonları, dengede değişikliklere neden olur, kazanır ve referans gerilimine yol açar - tüm bunlar dinamik bir aralıkta, açık bir radyo teleskopu veya endüstriyel spektrometrede, ortam sıcaklığı 20-30 °C ile değişebilir.Bir İZFLT kullanarak:0, sıcaklık-stable gerilim referansı) ve en yüksek çözünürlük deneyleri için MAX6126 ısıtılabilir.

Güç Kaynağı Gürültü ve

Yüksek dinamik aralık ADCs, düşük çözünürlükte lineer düzenleyiciler (örneğin, LT3042 veya ADP150) ile birlikte, analog tedarik demiryolu için filtre kullanımı yaygın bir uygulamadır. Dijital malzemeler, ferrite kullanan analog bölümlerden izole edilmelidir.

Scalability and Atariity

Bilimsel araştırmalar genellikle zaman içinde evrim geçirmek için bir sistem gerektirir - daha fazla kanal, daha yüksek örnekleme oranları veya daha iyi bir karar gerektirir. modüler ADC ön uç, interchangeable PGA modülleri, değişken filtre bankaları ve yazılım kontrollü kazanç ayarları, tam bir yeniden tasarım olmadan yükseltilmeye olanak sağlar. Standart konektörler (örneğin, yüksek frekanslı girişler için SMA veya daha düşük frekanslar için farklı başlıklar) ek olarak, alan programlanabilir kapı dizileri (FPGA) giderek daha fazla şekilde dijital işleme (filtreme, decimasyon, kalibrasyon) uygulamanız için daha fazla kullanılır.

Ticaret-Resimler ve Pratik Pitfalls

Mühendisler genellikle mümkün olan en yüksek dinamik aralığı takip ederken çatışma gereksinimleriyle karşı karşıyadır. En yaygın ticaret-offlar şunları içerir:

• [FONT=0) Hız vs. kararı: [Dönetici: [Dönetici:0) Yüksek çözünürlükte ⁇ ADCs, radyo astronomisi için doğrudan RF sinyalleri örneği olarak, 12-16 bit SAR veya boru hattı ADCs tarafından geliştiriliyor ve dinamik bir aralığı dijital alt dönüşüm ve bir şekilde geliştiriliyor.
• [FONT=0)Power tüketimi vs. performans: [Dönetici: [Dönetici:0]Power tüketimler vs. performans:[Dönetici:0] [Dönetici:0)Işık tüketimi: 100 mW veya daha fazla.In batarya destekli alan aletlerinde, bu ciddi bir kısıtlamadır. Low-power SAR ADCs ile 16 bit güç ADCs ( AD7689) gibi bir denge sunabilir.
• [FONT:0]Cost vs. ihtiyaç:[Dönemli bütçeler genellikle sınırlı. entegre PGA ( AD7124-8 gibi) ile A24bit ADC, ayrı bir çözüm maliyetinin 140 dB dinamik aralığı sağlayabilir, birçok üniversite ve başlangıç araştırma projesi için ideal hale getirir.

Ortak bir pitfall:0)over-specing[Dönetici][Dönetici: ADC kararı, analog ön uçunu ihmal ederken dinamik bir aralığı her zaman 100 μV'nin gürültü katını geliştiremez veya gerilim referansı 50 ppm/°C’nin sürüklenirse; dinamik aralığı her zaman en zayıf bağlantı ile sınırlıdır.

Araştırmada Gerçek Dünya Örnekleri

Bu stratejilerin başarılı uygulamasını çeşitli alanlarda göstermektedir:

• [FONT=0) Radyo astronomisi: [DDDDDDDDDDDDDDDDD:0) 4 GHz örnekleme oranı ile birlikte, 2 GHz bant genişliğine göre 70 dB üzerinde titiz olmayan dinamik bir dizi elde etmek. Sistem atmosferik varyasyonlara karşı geniş bir şekilde kontrol ve gerçek zamanlı kalibrasyon kullanır.
• [FONT:0)Mass spectrometri: Modern dörtlü (Q-TOF) enstrümanlar, 2 GHz, 8-bit ADCs kullanarak sinyalleri sayısal olarak kullanarak sinyalleri sayısallaştırır, ancak sonra etkili bir dinamik 10 aralığı elde etmek için bir sinyal işleme çalışır (100 dB) Yüksek örnek oranı, onları yakından uzaylı m/z zirveleri çözmelerine olanak sağlar.
• [FONT:0)Biomedical Görüntüleme: [DDDDD:0]Diyodikal görüntüleme:[Dönetici:0)[D)))))))) Uygulamada, CDC'ye karşı optik koherensleri genellikle dönüştürücüyü kullanarak, dönüştürücünin sınırlı DR'sini kendi başına kullanarak.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

ADC tasarımlarında bilimsel araştırmalar için yüksek dinamik bir aralık, temel ticaret-offları anlamak ve burada belirtilen stratejileri uygulamak önemlidir; bu, dikkatli mimari seçimi, sağlam analog ön-end tasarım, gürültü minimizasyon ve adaptive kalibrasyonu entegre eden bir sistem seviyesidir; en güçlü veri akışlarının en güçlü performanslarının tam anlamıyla elde edilmesi, hassas filtrelerle ilgili sinyallerin doğrulanması ve doğrulanması için daha iyi bir şekilde optimize etmek için daha iyi bir şekilde tasarlanmıştır.

ADC performans özellikleri ve tasarım teknikleri hakkında daha fazla okuma için, başvuru notlarına bakın.(ISCAST:0)Analog Cihazları [Dönetici: 1) ve [[Döneticileri:2)Texas Instruments). IEEEEND Devreler ve Sistemler Üzerine Uluslararası Sempozyumu (ISCAS)) Ayrıca yüksek seviyeli veri dönüştürücü tasarımlarında düzenli olarak ilerlemeler yayınlar.