Sonraki Frontier: ADC Teknolojisi Dijital Dünyamızı Nasıl Yeniden Şekilliyor
Elektronik çağın sessiz çalışması, Analog-to-Dijital Converter (ADC), kritik bir inflection noktasında duruyor.Gelişdiğimiz ve dijital alanın inşa edilmesiyle birlikte, ADC performansı, ADC teknolojisindeki yörüngeden kuantum hesaplamaya kadar mümkün olan alanları anlamamız, bu bileşenlerin talepleri dramatik bir şekilde yoğunlaşacak.
İlk Sürücüler ADC Mimarisini Yeniden Şekillendirmek
ADC evrimini şekillendiren güçler birden fazla yoldan çıkıyor.Bir tarafta, kablosuz iletişimde bant genişliği için uygun olmayan iştahlar örnekleme oranlarına doğru on giga-samples in Second (GSPS) Diğerinde, çok sayıdaki bilimsel araçlama ve tıbbi görüntüleme için gerekli olan hassas bir miktar, temel termal gürültü sınırlarına karşı iten küçük miktarlardaki yüksek çözünürlükte bir miktar talep ediyor.
Karar-Speed Trade-off: Engeli Yok
Tarihsel olarak, temel bir ticaret-off ADC tasarımı yönetiyor: yüksek çözünürlük, daha düşük örnekleme hızına ve tersine gelir. endüstri standardı, Walden değeri (FOM), bu dengeyi ölçmek için on yıl boyunca kullanılmış, son mimari yenilikler bu eğriyi bükmeye başlıyor.
Süreç Teknolojisi Scaling ve Onun hoşnutsuzlukları
Gelişmiş CMOS düğümleri için geçiş (7 nm, 5 nm ve ötesinde) hem ADC tasarımı için fırsatlar hem de zorluklar sunuyor. FinFET ve kapı-tüm-Grup A) transistörler daha yüksek verimsiz kazanç ve daha düşük parasitik kapasitanslar sunar, ki bu doğrudan analog önyükleme teknikleri - genellikle 0,0'ın altında, yüksek sinyal-dönüşümlülükteki hataları telafi etmek için bu doğrulama işlemi telafi etmek için daha zor hale getirir.
Önlem Biri: Yazılım Tanımlanmış ADC
Sonraki on yıl için en dönüştürücü tahminlerden biri, "yumuşak yazılım tanımlı ADC" terimini ne ifade edebilirdi. Bu konsept, yazılım tanımlı radyonun prensiplerini tek bir uygulama için optimize edilmiş bir mimari yerine, gelecekte ADCs yeniden yapılandırılabilir yükseltilebilir bina blokları içerecektir - değişken yükselteçler, programlanabilir filtre bankaları ve dijital olarak kontrol edilen önyargılar - bu konsept, performans profiline uçarak girişini sağlar.
Çok fazla sayıda iletişim alıcısına dağıtılan tek bir ADC düşünün. Düşük bir süre boyunca, dönüştürücüler, maksimum hassasiyet için yeniden yapılandırılabilir, hızlı bir şekilde dönüştürücü parametreleri belirlemektedir. yüksek kodlu veriler patlamaya devam edebilir, aynı ADC, tek amaçlı donanımdan daha yüksek bir algılama oranına geçiş yapabilir.[T: 1) Bu sistemdeki sinyal sistemleri izlemek ve gerçek zamanlı olarak dönüştürücü parametreleri optimize edebilir.
Önlem İki: Pervasive Digital Calibration ve Self-Healing
İkinci büyük tahmin, kendi kendine özgü ADC sistemlerinin maturasyonudur. Bugün, kalibrasyon genellikle üretim sırasında veya sistem başlangıçlarında yapılır.
Arka plan Kalibrasyon Teknikleri
Arka plan kalibrasyon normal dönüşüm sürecini kesmek olmadan çalışır. Bilinen bir referans sinyali (bir piçin gürültü dizisi kullanarak) dönüştürücü yol ve çıktı ile ilişkilendirerek, hataların dijital alanda tahmin edilebilir ve düzeltilmesi mümkündür. Gelişmiş uygulamalar, bu tür olmayan sistemler için doğrulanabilir. Örneğin, bir boru hattı ADC, aynı anda birden fazla paralellik süresine sahip bir dizi sabitleme için, 90 dB'den daha iyi bir dinamik aralığı (SFDR) ile aynı anda çok boyutlu bir şekilde genişletilebilir.
Prognostic Health Watch
Daha ileri bakmak, ADCs prognostic sağlık yönetimi yeteneklerini içerecektir. İç önyargılarda sürüklenme, referans gerilimleri ve koarator eşleri, sistemin bir sonraki nesilde, bir başarısızlık meydana gelmeden önce mevcut faydalı bir şekilde yapılandırılabilir.Bu özellik özellikle de havacılıkta kritik, savunmada ve donanıma erişimin sınırlı veya imkansız olduğu derin deniz araştırma uygulamalarıdır.
Üç Önlem: Aşırılarda Enerji Verimliliği
Enerji verimliliği her zaman ADCs için birincil bir tasarım olmuştur, ancak önümüzdeki on yıl boyunca büyük verileri önemli ölçüde bütçeye karşı zorlayarak işlemekte olan dönüştürücüler gerekir.
Sub-pJ /Convers-Step Targets
Endüstri yol haritası, orta çözünürlüklü uygulamalar için dönüşüm adımını (CPS) kullanan ADC'ler için daha az elde eden hedeflerdir.Bu, minimum üst düzeye kadar dinamik devre tekniklerin agresif kullanımı gerektirir.En az ► Comparators[FLT] Aşağıdaki 1 fJ / geri yükleme SAR mimarisinin altında .Bu kullanım minimum üst düzeye kadar agresif diziler. Başarıyla ilgili olarak.
Yakın-Threshold ve Sub-Threshold
Mümkün olan en düşük enerji tüketimi elde etmek için, araştırmacılar ADC'leri tedarik gerilimi ile çalışan veya hatta transistör eş geriliminin altında çalışır. Bu yaklaşım dinamik güç dörtlülüğü azaltır, ancak işlem varyasyonunu ciddi ölçüde azaltır ve düşük tedarik gerilimleri ile artan hassasiyetle ortaya koyarlar, örneğin ADC) Bu zaman tabanlı ADC), analog sinyalleri dijital kapılar kullanarak ölçebilecek zaman aralıkları azaltır.
Key Industries üzerinde Etkisi
ADC teknolojisinin evrimi yarı iletken veri tabloları ile sınırlı olmayacak. Ekonomide yeni yeteneklere sahip olacak.
Sağlık ve Biyomedikal Görüntüleme
Tıbbi görüntülemede, daha yüksek çözünürlük ve daha hızlı satın alma süreleri için talep sürekli olarak reddedilir. Sonraki nesil ADCs, düşük güç kanallarına sahip yüzlerce yüksek seviyeli dönüşüm (DDD) ADC entegrasyonunda, bu sistemlerin kart-boyutlu güvene sahip olması, radyasyon doz ve tanınabilmesine izin verir.In ultrason sistemleri, büyük transdüserlerin kanallarının yüzlerce düşük seviyeli dönüşümleri, gerçek zamanlı 3D görüntüleri oluşturmak için.ADC entegrasyonunda ilerlemeler, bu sistemler arasında ayrımı azaltmak için, bu sistemlere izin verir.
Özerk Sistemler ve Otomotiv
Özerk araçlar, yüksek bant genişliğine (proformasyon, kamera ve ultrasonik) bağlı olarak - her biri kendi veri dönüştürme yolundan yoksundur. Lidar sistemleri, özellikle ADCs için yüksek bant genişliği (proformasyon kısası) ve yüksek dinamik aralıkları (ADC'lerin düşük yankıları tespit ederken) ve yüksek dinamik aralıkları (ADC'lerde (ADC'ler) için yapılan güvenilir ve kendini teşhis edilebilir özellikler için talep eder.
Telekomünikasyon ve 6G
5G'den 6G'ye geçiş, 2030'a kadar beklenen, bant genişliği gerekliliklerini 100 GHz'de yeni uçlara taşıyacaktır. Alt kanalda 300 GHz aralığındaki taşıyıcı frekansları, 100 GSPS'nin düşük boyutlu özelliklerini birleştiren ADC'ler gerektirecektir.
Kalan Teknik Meydanlar
Dikkatli ilerlemeye rağmen, önümüzdeki on yıl boyunca mühendisler ve araştırmacılar işgal etmeye devam edecek.
Termal Gürültü: Inesible Floor
Örnekleme hızı ve hesaplama cihazı girişte ısı gürültü, yüksek hızlarda 20bit çözünürlükte zor bir limit oluşturur, tasarımcılara verilen bir güç bütçesi ve bant genişliği için oran % 0,3'ü ısıttır.[Dönetici/C gürültü kısıtlaması) Frekans cihazının temel kT/C gürültü kısıtlamasını azaltır.Bu yöntemler karmaşıklığını azaltır ve diğer hata kaynaklarını tanıtmak için dikkatli bir şekilde ayarlanmalıdır.[Dönetici:0)
Jitter: The Emerging Şişeneck
Örnekleme oranları çok-GSPS aralığında tırmanırken, saat jitter, özellikle yüksek frekanslı giriş sinyalleri için baskın performans limiti haline gelir. kök-mean-square jitter, enjeksiyon açmalı osilatörler için etkili bir kararla sınırlı kalabilir. Future sistemleri is requireFLT:0)-çiçek saatli devreler için)
Ambalaj ve Interconnects
Veri oranları şimdi o kadar yüksek ki geleneksel telbond ambalajı kabul edilemez parasitik indükleme ve sinyal bozulmasına izin veriyor. 03.3D heterojen entegrasyon) ve [[Dönetici:2}[DDDDDDDDDDüz ekranları ile ilgili olarak, yüksek performanslı ADC modülleri için standart hale geliyor, dönüştürücünün doğrudan bağlantı kurmasını sağlıyor.Bu ambalaj devrimi, sonraki nesil sistemlerle birlikte ölmenin son derece önemli.
ADC Design'da Makine Öğrenmesinin Rolü
Makine öğrenimi sadece ADC verilerinin bir kullanıcısı değildir; ADC tasarımının kendisi için giderek bir araç haline gelir. Neural ağlar, analog devrelerin boyutlarını optimize etmek için eğitilmiştir, süreç varyasyonlarının etkilerini tahmin eder ve hatta sınırlı sayıda ölçümden performans tahmin edebilir. Araştırma gruplarından elde edilen düzeltme algoritmaların kullanımını da araştırır.
Sonuç: Convergence'in Bir On Yılı
Sonraki on yıl ADC teknolojisindeki tek, monolithic bir ilerlemeye tanık olmayacak. Bunun yerine, birden fazla trendin bir araya gelmesiyle birlikte, dijital kalibrasyon ve kendini kınayan bir şekilde, ADC'lerin sürekli entegrasyonunu yeniden yapılandıracağız.Bu gelişmeler yarı zamanlı teknolojide yatırımla, yenilikçi devre mimarisine ve her iki tasarım ve operasyona yönelik olarak devam edecek.
Mühendisler ve sistem mimarları için mesaj açıktır: ADC, bir katalogdan seçilebilecek pasif bir bileşen değildir. Sistem mimarisinin programlanabilir, uyarlanabilir ve kendini takdir eden bir unsur haline gelir.)Bu gelişen teknolojiyi anlamak için yatırım yapanlar, 2035'in ötesindeki bir sonraki nesil dönüştürücü ürün yelpazesini inşa etmek için en iyi konumda olacaklar.