Multi-servis Analog-to- Digital Converters (ADCs) modern veri satın alma sistemlerinin arka kemiğidir, onlarca veya hatta yüzlerce sensörden gelen örneklemeler ve iletişim altyapısına ve bilimsel enstrümantasyona yönelik tıbbi görüntülemeden dolayı, bu cihazlar tüm kanallarda yüksek doğruluk sağlamalıdır. Ancak, kanal kesintiye uğrama ve yayılmaz, iki ilgili fenomenler -) Bu efekt ve uygulama sistemleri üzerinde ayrıntılı olarak değerlendirilir.
Crosstalk ve Coupling
Genellikle, geçici olarak, çapraztalk ve darbe, farklı mekanizmalara atıfta bulunur.ETHFLT:0)Crosstalk), bir sinyal yolundan (birçok agresif sistemlerde) enerji aktarımının istenmeyen transferidir (birkaç kişi), bir boşluğa veya aktif bir kanala bağlı olarak ortaya çıkar.
Capacitive (Elektrik) Coupling
Capacitive coupling, kurban kanalına göre, özellikle yüksek frekanslarda ve yüksek hacimli devrelerde, ADC'nin giriş aşaması gibi bir gerilim değişikliği olduğunda, bir şarj kanalıyla, bir kapasitance ile birlikte 1 V hızdaki bir akışta, özellikle de yüksek frekanslarda ve yüksek hacimli devrelerde, ADC'nin giriş aşaması gibi yüksek frekanslılar tarafından telaffuz edilebilir. Örneğin, 1 V hıza sahip bir yüklenebilir.
Inductive (Magnetic) Coupling
İndüktif darbe, bir iletkendeki değişen bir akım, yakınlardaki bir iletkende bir gerilime yol açıyor.Bu mekanizma düşük uçlu, yüksek zamanlı yollarda ve büyük bir döngü alanları tarafından kötüleşti.ADC sistemleri, ADC'nin kendi örnekleme akım aksakları veya dijital geçiş faaliyetlerine birkaç hassas analog girişlere hükmedebilir.
Davranışlı Coupling
Davranışçı darbe, bir kanal tarafından görülen referans geriliminin doğrudan transferidir, en yaygın olarak zemin uçak veya güç tedarik demiryoludur. Birden fazla kanal veya dijital devreler aynı geri dönüş yolunu paylaşırsa, bir kanaldaki mevcut referans gerilimi bir başka kanal tarafından değiştirilebilir.Bu genellikle kanal içi izolasyon bozulması ve genellikle sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık hafife alınır.
Radiative Coupling
Çok yüksek frekanslarda (birkaç yüzölçümü) elektromanyetik radyasyon, bağlantılı olmayan iletkenler arasında birkaç enerji olabilir.
Multi-channel ADC Performansı Üzerine Etkisi
Pasif ve darbeli cascade'nin sinyal zinciri aracılığıyla sonuçları, sonuçta sayısal verilerin kalitesini yükseltin. En acil ve ölçülebilir etkiler şunlardır:
- [FONT=0)Redük Signal-to-Noise Oran (SNR):[Dönetici: [Döntilmiş gürültü, sistemin SNR'sini daha düşük hale getirir. yüksek çözünürlüklü ADCs (16 bit ve yukarıda), birkaç mikro voltluk bile, birazcık bile geçişin etkili sayısını azaltabilir (ENOB).
- Degraded Channel-to-Channel Isolation: Anahtar veri tablosu parametresi, bir girişteki tam ölçekli bir sinyalin bir bitişik kanalda çiftleştirilmiş bir sinyale oranı olarak belirtilebilir. Zavallı izolasyon (e.g., < 80 dB) kanal kanamasına neden olabilir, bir girişte güçlü bir sinyal başka bir sinyalde yanlış bir sinyal olarak görünür.
- [FONT:0) Intermodulation Distortion:[Dönetici: 0 ) Farklı frekansların iki veya daha fazla sinyalleri aynı kanala girdiğinde, frekans spektrumunu bozuyorlar ve frekans spektrumunu bozuyorlar. Bu özellikle titreşim analizi veya iletişim gibi uygulamalarda sıkıntı yaratıyorlar.
- [FONT=0)Timing Hatalar ve Aperture Uncertainty:[Dönder: 1) Örnek saat veya referans gerilimi üzerinde çift gürültü, ADC’nin örnekleme anında, kanalların çeşitli örnek gecikmelerine yol açabilir. Bu degradlar, fazı bilgilendirme veya fazlı-array sistemleri için gerekli olan.
Elektrokardiyogram (ECG) izleme gibi yüksek orandaki uygulamalar, sinyal amplitüdünün 1 mV kadar düşük olabileceği, hatta -80 dB 1 V demiryolundan geçilmesi fizyolojik sinyalini artırabilir. Benzer şekilde, endüstriyel multi-channel PLCs, analog giriş kanalları arasındaki geçişin yanlış seyahat alarmlarına veya yanlış okumalara yol açabilir, pahalıya kadar süreyi azaltır.
Crosstalk'un tipik Multi-channel ADC Systems'deki kaynakları
Sınırtalkun özel kaynaklarını tanımlamak, çok kanallı ADC sisteminde en yaygın suçlular şunlardır:
PCB Layout ve Trace Proximity
Uzun paralel analog giriş izlerinin, özellikle yüksek seviyeli yönetim kurullarında, karşılıklı kapasite ve indükleme yaratır. Routing Analog izler yüksek hızlı dijital otobüslere yakın (SPI, I2C, paralel veri hatları) agresif dijital geçiş gürültülerini hassas girişlere davet eder.
Power Supply Gürültü ve Paylaşım
Birden çok ADC kanalları genellikle tek bir analog tedarik veya referans gerilimi paylaşır. Dijital mantıktan veya ADC'nin kendi örnek devrelerinden çiftleri tedarik engelleyicisi aracılığıyla devreler.Inadequate decoupling veya yüksek girişli güç ağı bu gürültüyü giriş sinyalini modülize etmesine izin verir.
Referans Gerilim
Frekans referansı ADC sisteminde en kritik düğümdür. Referans çizgisine doğrudan geçiş yapan herhangi bir haç doğrudan dijital çıktıda orantılı bir hataya tercüme edilir. Multi-channel sistemlerinde, tek bir dış referans birden fazla kanala kadar tamponlanabilir, ancak buffer çıktısı kesinti ve iz kesintiye uğrayabilir, özellikle de aynı anda örnekleme sırasında.
Dijital Geri Bildirim Yolu
Dönüşümten sonra, dijital çıktı verileri kapalı aktarılmalıdır. Dijital çizgiler analog girişlere yakın çalışırsa (Farklı katmanlarda bile), hızlı kenar oranları giriş aşamasına kadar kapasiteye sahip olabilir.Bu, başarı ile ilgili olarak bilinen bir konudur.
Mitigation Strategies
Tek bir teknik tamamen haçı ortadan kaldırır; düzeni kuralları, bileşen seçimi ve devre tekniklerinin bir araya getirilmesi için bütünsel bir tasarım yaklaşımı gereklidir. Aşağıdaki stratejiler temel fiziksel uygulamalardan ileri aktif yöntemlere yönelik olarak düzenlenir.
Fiziksel Ayrılık ve Muhafızlar
En basit ve en etkili mitigation, analog kanallar arasında yayılmaya devam ediyor. mesafeyi azaltıcı darbeyi yarı yarıya azaltıyor (kesinlikle çevreleme için orantılı).Ana Sayfadaki ADC girişinin etrafında bir bekçi halkası, yüzey sızıntılarını ve kapasitif darbeyi azaltabiliyor.
Yerleşme ve Plan Yönetimi
Katı, düşük katlı bir zemin uçağı gereklidir. Tüm ADC analog girişleri için özel bir analog zemin uçağı kullanın, referanslar ve analog devreleri desteklemek, dijital zemine bağlı olarak, zemin uçaklarını hassas izler altında bölmekten kaçının; yerine, alanı en aza indirmek için süreklilik sağlayın.Döntebilirsiniz[Döneticileri ile]).
Shielding and Isolation
Faraday kafesleri veya metal muhafazaları dış elektromanyetik alanları engelleyebilir. PCB'de, koruyucu analog giriş konektörleri (örneğin, BNC, tek bir ADC paketi ile birlikte, bazı cihazlar sinyal bütünlüğünü korur.Son derece yüksek izolasyon gereksinimleri için, galvanic izolasyonu dijital izoperatörler (örneğin, kapasitif veya manyetik çiftler) dijital arka uçları dijital arka uçları ayrı tutar.
Filtreleme ve Decoupling
Düşük frekanslı filtreler her analog girişte yüksek frekanslı geçiş bileşenleri ADC'ye ulaşmadan önce gerçekleşir.For DC veya düşük frekanslı sinyaller için, numune oranı altında bir kesimle basit bir RC filtre etkilidir. ancak, 10 μF, 0.1 μF ve ADC'nin girişine etkileyebilmek için ADC'nin girişine etkilenebilir; kaynağı yüklemek için bu kadar düşük frekanslı bir yol kullanın.
Diferansiyel İşaretleme ve Ortak-Mode Rejeksiyon
Tek uçlu erişimler yerine dibinasyonları kullanarak, ortak noktalı sinyallerin algılanması, hem hatlarda eşit görünür ve ADC'nin diferansiyel yükselteçleri tarafından reddedilir. Gerçek diferansiyel ADC'lerin diğer izlerinin ortak noktası (CMRR) 80 dB veya daha fazla. Tek taraflı sinyallerin kullanılması, hassas bir referansla girişin kullanılması gürültüyü reddedebilir.
Layout Optimizasyon ve Bitirme Yeri
PCB düzeni sırasında, bu kuralları takip edin: Yol analog girişleri kısa, doğrudan dijital hatlardan uzak izler; keskin 90 derece köşe veya arklar yerine, sabit bir referans sağlamak için, ADC'yi en kısa sürede takip etmek için mümkün olduğunca yakın bir yere takip edin; ve dilsel otobüslerin paralel olarak izlenmelerini izlemek için yönlendirilmesini sağlayın.
Gelişmiş Teknikler: Aktif İptal ve Adaptif Filtreleme
Derin-submikron karışık-signal ICs, aktif bir iptal devreleri, saldırgan kanallardan darbe hissedebilir ve hesaplamalı bir sinyal enjekte eder.Bu teknikler, pratik olarak yüksek performanslı ADC tasarımları ile ilgili olarak bulunur.In digital domain, after sample, adaptive filter or partition., but this add latency and computational load. For most design, the previousing pasif measure are enough if applied Feily.
Crosstalks ve Karakterizasyonu
Makulluk etkinliğini doğrulamak için mühendisler haçı sayısal olarak ölçmek zorundadır. Standart yöntem, kurbanın kanalına ortaya çıkan bileşene tam ölçekli bir frekansta, kurbanın kanalını terk ederken veya bilinen 100 kHz veya 1 MHz ile birlikte kontrol edilir ve çapraz bağlantı noktası olarak hesaplanır.
Multi-channel ADC Crosstalk Yönetimi
Sistem tasarımcıları daha yüksek kanal sayılarına (örneğin, 64, 128 veya ultrason kanalları ultrason veya LIDAR) ve daha küçük paketler, geleneksel düzen yaklaşımları yetersiz hale gelir.
- [FONT:0)Integrated Hybrid ADCs:, oversampling delta-sigma modüllators ile SAR dönüştürücüler, reddedilme için hassaslığı azaltabilir, baskıya karşı duyarlılık azaltılabilir.
- [FONT:0)Through-Silicon Vias (TSV): [D-stacked cipsde, TSV'ler, yatay izlerinin uzunluğu ve ilişkili darbelerin en aza indirilmesini sağlayan kısa, dikey bağlantıları sağlar.
- [FONT=0)Intelligent Channel Scheduling:) Birden çok sistemlerde, atlama veya arka ayarlama dönüşüm dizileri, dönüşüm sırasındaki bitişik kanallardan güçlü sinyalleri engelleyebilir.
- [FONT:0]Makine-Learning Calibration:) Transtalk kalıpları öğrenmek ve kanal başına dijital denge / geri dönüş yapmak gelecekteki karma imza platformları için araştırmalıdır.
Bu gelişmiş yaklaşımlar hakkında daha fazla okuma için, [[0]IEEE kağıdı "Multi-Channel Converter Datas Using Adaptive Filtering" ) akademik bir bakış açısı sağlar.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Crosstalk ve darbe çok kanallı ADC sistemlerinde kaçınılmazdır, ancak etkileri disipline edilmiş tasarım uygulamaları aracılığıyla etkin bir şekilde yönetilebilir. Fiziksel mekanizmaları anlamak - dayanıklılıklı, kanal dışı izolasyonlu ve radiative -mühendisler teknoloji geliştikçe, entegrasyon ve algoritmaların temel ilkelerinizin sınırlarını zorlamaya devam edecektir.