Analog-enerji dönüştürücüleri (ADCs) modern bilimsel enstrümantasyonun linchpini, fiziksel fenomenlerin sürekli analog dünyasını tanımlayan ve veri işlemenin ayrık dijital domaini arasında yer alan bir dizi hatanın gerçek zamanlı olarak kullanılmasıdır. Yüksek enerjili fizik dedektörlerinden tıbbi görüntüleme sistemleri ve çevresel izleme platformları için, analog sinyallerin güvenilirliğini doğrudan doğrulayan bu makale, doğrulayıcı olmayan uygulamaları doğrulayan, doğru olmayan bir şekilde tanımlayan performans ölçümlerin gerçek zamanlı olarak algılanması.

ADC'lerde Linearity'yi Anlamak

Linearity, ADC'nin çıktı kodunın tam giriş aralığındaki analog girdi gerilimine karşılık geldiğini ifade eder. İdeal ADC'de, doğru bir çizgi, giriş gerilimi ve dijital çıktı kodu arasındaki ilişkiyi mükemmel bir şekilde temsil edebilir.Bu ideal transfer fonksiyonu tek bir adım boyutu vardır - her zaman önemli bir miktar (LSB) analog girişteki aynı artışla aynı oranda aynı oranda değişir.Gerçek ADCs, bu ideal amplifiğe ve sayısal olmayan sapmalar nedeniyle bu ideal sapmalar ile ilgili olarak adlandırılır.

Yüksek hassas talep eden bilimsel ölçümler için - bu hataları anlamak veya azaltmak gibi, güvenebileceğiniz, çoğaltılabilir ve modelleri doğrulayabilir.

Linearity Hatalarının Türleri

Integral Non-Linearity (INL)

ADC'nin gerçek transfer fonksiyonunu tam ölçekli aralığın son noktası arasında çizilen ideal düz bir çizgiden (veya daha titiz, en iyi bir şekilde) faydalanıyorum.In applications like digital oscilloskops. A high INL effects that the ADC's print approach steps are significantly the endpoints of the full-scale range (veya, which can reasonscill.In applications like digital oscilloskops used for high- speed signaling, INL effects as the ideal lineer response, which can reason scala the correctbiy the correctbiy the correctbis.

INL, son noktaya INL'ye daha fazla kategorize edilebilir (ilk ve son kodlarla düz çizgiyi kullanarak) ve en iyi INL (geçmiş hatayı transfer işlevindeki en aza indirmek için bir çizgiye tıklayın). Referans hattı seçimi, bildirilen INL değerini etkiler ve hatanın kalibrasyon şemalarıyla nasıl etkileşime girebileceğini etkileyebilir.

Diferansiyel Olmayanlık (DNL)

Diferansiyel olmayanlık, gerçek adım boyutunun varyasyonunu asla ortaya koyar, çünkü +1 LSB bazı kodların, kodun geçişine yol açan, DNL hatalarının ortaya çıkmasını sağlar - ADC eksik kodları sunar - bazı sonuçlar hiçbir zaman görünür çünkü adım büyüklüğü sıfır veya negatiftir. DNL, + DNL, bazı kodların sabit olmayan bölgelerden daha geniş bir analog giriş aralığına kapsadığı anlamına gelir.

DNL özellikle de, yüksek performanslı veri satın alma sistemleri için anahtar özellikler olan çok seviyeli eşlerin (SNR) ve titiz olmayan dinamik aralıklara güvenen uygulamalar için kritiktir.

Diğer İlgili Olmayanlık Metrikleri

INL ve DNL'nin ötesinde, bazı standartlar (örneğin, IEEE Std 1241-2010, "Standart for Terminology and Test Yöntemleri, özellikle dinamik ölçümler gibi ek ölçümler tanımlamaktadır (ENOB), ADC'nin statik doğrusal özelliklerini içeren. Total harmonik dereksiyon (THD) ve SFDR.

Bilimsel ölçümlerdeki doğrusal olmayanlığın etkisi

Bilimsel araçlar ADC'lere amplitüdlerde birçok boyut ve frekansın boyutlarını ele alabilecek sinyalleri yakalamaya güvenmektedir. Lineer olmayanlığın sonuçları uygulama tarafından değişebilir, ancak ortak konu, gerçek fenomenlerin girişleridir. Aşağıdaki bölümlerde, birkaç temsilci bilimsel alan, lineerliğin neden sıkı olduğunu göstermektedir.

Spectroskop ve Analytical Kimya

Optik spektroskopda, ADC belirli dalgalarda ışık yoğunluğunu ölçmektedir. algılama zincirinde doğrusal olmayanlık, yanlış toplayıcılar veya gerçekleri bastırmak için arka plandaki sabit olmayan bir diziye yol açabilir.Örneğin, Raman spektroskopi, zayıf sinyaller genellikle güçlü bir arka plan üzerinde ortaya çıkmaktadır; herhangi bir lineer olmayan bir değer, yanlış toplayıcı olmayan hataların bölgeye sızmasına yol açabilir.

Parçacık Fiziği ve Nükleer Araçlama

Büyük Hadron Collider'tekiler gibi yüksek enerji deneyleri, parçacık kütlelerini ve enerjilerini yeniden inşa etmek için binlerce ADC'yi kullanabilir ve ölçümler için her iki nadir yüksek enerjili olayı tespit etmek için mükemmel doğrusallığı sağlamalıdır. Örneğin, ATLAS dedektörlerinin sıvı argonu ölçümlerini 12DC'ye kadar zorlayan ölçümler için gerekli olan ölçümler için gerekli olan sabit ölçümler için gerekli olan sabit sistemlere ihtiyaç duyar.

Tıbbi Görüntüleme ve Tanılar

Hesaplamalı tomografi (CT) ve manyetik rezonans görüntüleme (MRI), ADCs, sayısal algılama ve veri ayrımına doğru doğru doğrulayıcı olmayan, doğrudan görüntü kalitesi ve sayısal doğruluk gibi görüntü eserler üretir.

Çevresel İzleme ve Metroloji

Uzun vadeli çevresel izleme, veri loggerları sıcaklık, nem, pH ve gaz konsantrasyonları gibi parametreleri ölçmek için ADC'leri kullanıyor. Zaman içinde istikrarlı olan doğrusal olmayan hatalar, ancak sıcaklık veya yaşlanma ile kaymak daha sorunlu. Yüksek hacimli meteorolojik araçlar ADC'ler iklim değişkenlerinde dakika eğilimleri tespit etmek için mükemmel bir integral gerektirir. Ulusal metroloji enstitüleri (örneğin, NIST) birkaç ppm ile özel ADC'ler kullanır.

Achieving ve Validating Linearity

Lineerliğin kritik rolü göz önüne alındığında, ADC üreticileri ve sistem tasarımcıları tarafından doğrusal olmayanlığı en aza indirmek için önemli bir çaba yatırım yapılır. yaklaşımlar mimari seçimlere, kalibrasyon tekniklerine ve dijital post-işlemlere yol açabilir.

ADC Architectures and Linearity

Farklı ADC mimarileri doğal olarak hız, çözünürlük ve lineerlik. Başarıcı taytma kaydı (SAR) ADC'ler orta derece çözünürlük için yaygın olarak kullanılmaktadır (12-18 bit) uygulamalar çünkü 16-bit cihazlar için mükemmel lineer dijital-d-analog dönüştürücü (DAC) yüksek analog hızlarda sabit olmayan modüller için mükemmel bir doğrusallaştırma sağlarlar, ancak genellikle 20-bit cihazlar için sabit bir şekilde sabitlenirler.

Kalibrasyon ve Açıklama Teknikleri

Üreticiler genellikle fabrikada veya güç sırasında INL ve DNL hataları için ölçü ve doğru olan tel kalibrasyon motorlarını içerir. Bu kalibrasyonlar bilinen referans gerilimlerini ve ayarlama sistemlerini içerir, kazanır ve transfer-işlev şekillendirmek için.For applications require extreme lineity, such as sensitive metrology, users- level calibration using a high-accuracy stim and software-correction tables.

Dijital Düzeltme ve Bak-Up Tabloları

Dijitalleşmeden sonra, dijital sinyal işleme (DSP) daha doğru doğrusal olmayanlığı düzeltebilir.Sürücü olmayan tablolar (LUTs) her bir ham kodu daha önceden ölçülebilen bir transfer işlevi kullanarak düzelten bir değere göre haritada bulunur.Bu yaklaşım, özellikle de hataların sürekli olarak sıcaklık ve yaşlanmayan parametrelerini ayarlayan yüksek hızlı ADCs için etkili olabilir.

Ticaret-Offs and System Design Thinkations

Yüksek lineerlik arzulanırken, genellikle hız, güç tüketimi veya karmaşıklığı pahasına gelir.Bir tasarımcı, uygulamanın gereksinimlerine karşı bu faktörleri dengelemelidir. Örneğin, sistemdeki sinyal özelliklerini anlamadan 24bit ⁇ ADC, düşük frekanslı sensör sinyalleri için mükemmel bir lineerlik sunabilir, ancak faiz oranıyla sınırlıysa, 12 bitlik bir boru hattı ile çalışırsa, yüksek çözünürlükte birkaç LSB’nin siparişinde daha iyi bir ölçüye sahip olabilir.

Sıcaklık, tedarik gerilimi ve referans üzerindeki gürültü gibi dış faktörler de lineerliği etkiler. Hassasiyet referans tamponları ve termal yönetimi genellikle ADC'nin doğrusallığını işletme ortamında korumak için gereklidir.Yer ve düzen, kod bağımlı hatalarına neden olabilecek parasitik geri bildirim yollarını en aza indirmek zorundadır.

Standartlar ve Test

Endüstri standartları ADC lineerliğini belirtmek ve test etmek için ortak bir dil sağlar. IEEE Std 1241-2010, sonuçları için kesin bir belgedir, bu standartlar INL ve DNL ölçme yöntemleri dahil olmak üzere, doğrusallık özelliklerini ölçmek için yöntemler dahil olmak üzere, birçok bilimsel istek karakterizasyonu verileri ADC tedarikçilerinden nasıl seçilir, örneğin DNL ve DNL arsaları doğrulayabilir.

Üçüncü taraf değerlendirme kitleri ve otomatik test sistemleri (örneğin, Keysight'ın B2910 serisi veya Analog Cihazların hassas ADC değerlendirme kurulları) laboratuvar karakterizasyonunu kolaylaştırmaktadır.Son derece düşük doğrusal olmayan seviyeler için (sub-ppm), sine- dalga eğrisi yöntemi veya Josephson-junction tabanlı dizi karşılaştırmaları ulusal metroloji enstitülerinde kullanılır.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Linearity, bu performansı ölçen temel ölçümler ve etkileri, yüksek doğrusallıkta dikkatli bir şekilde ADC mimarisi, titiz kalibrasyon ve genellikle dijital post-işlemleme sistemleri seçmeden önce, daha yüksek hassasiyete, daha geniş dinamik aralıklara ve etkililiğe kadar uzanan çeşitli disiplinlere yol açıyor.

Daha fazla okuma için, önde gelen ADC üreticilerinden referans materyalleri lineerlik test ve geliştirme teknikleri hakkında ayrıntılı başvuru notları sağlar.Ana Sayfalar INL ve DNL ölçümlerini kullanarak algDDD:0Convaluation using Sine-Wave Sources).