Analog-dijik dönüştürücüler (ADCs), bu tür bir foton analog dünya ile modern fotoğraf ve görüntüleme sistemlerindeki dijital piksel domaini arasındaki kritik köprü olarak hizmet eder.Bir CMOS veya CCD sensörü tarafından yakalanan her görüntü, ışık yoğunluğunu temsil eden sürekli bir analog gerilim olarak başlar; ADC performansa bağlı olarak bunu, işlenebilir, depolanabilir ve görüntüleyici bir şekilde görüntüleyici bir şekilde görüntü oluşturabilir.

Görüntüleme ADCs'lerde kritik özellikler

Çözüm ve Bit Derin Derin Derinlik

Karar, biraz ifade, ADC'nin temsil edebileceği ayrı seviye sayısını tanımlar. 14-bit ADC verim 16,384,536. Bir fotoğrafçı için, biraz derinlik doğrudan tonal gradasyon - dönüştürücüler veya ciltler yeterli karar aldığında görünür hale gelir. Bilimsel ve tıbbi görüntüleme genellikle 16, 18, 18 veya 20 bit bir doku yoğunluğunda ince varyasyonları yakalamak için.

Biraz derinlik ve dinamik aralığı arasındaki ilişki temeldir: Her bir ek bit ADC'nin dinamik aralığının yaklaşık 6 dB'ye katkıda bulunur.A 14-bit ADC yaklaşık 84 dB sunar, ancak 16 bit 96 dB'ye ulaşırken, sensörün kendi gürültü zemini ve tam da kapasitesi ADC'nin biraz boşanması veya klipten kaçınmak için bir aralığına katkıda bulunmalıdır.

Sampling Rate ve Nyquist Thinkations

Sampling oranı, analog sinyalin birim zamanında nasıl ölçüldiğini belirler. Hala fotoğrafçılık için, orta oran yeterli (örneğin 10-50 megalipli sensörler için 10-50 megapampüller için 10-mode ekran), ancak video ve patlama-mode yakalama ikinci olarak yüzlerce megasamples gerektirir; ADC hız, daha yüksek frekans bileşeni olmalıdır - Daha sonra ölçümleme hızlarını artırmak için - Nyquist-Shannon theorem.

Gürültü Performansı: Decidve Faktör

Gürültü yüksek çözünürlüklü görüntüleme ADCs'de son limittir. Her gürültü kaynağı –term (Johnson-Nyquist), atış, flicker (1/f), ve niceleştirme - bu otobüslerin düşük ışık gölgelerinde detayların azaldığı toplam gürültü zeminine katkıda bulunur.

  • MinimizingFL:0)termal gürültü[[Dönetici: 0/C gürültü) ve ön sonunda düşük yükselteçli yükselteçler.
  • Prodüksiyonu azaltmak:0)flicker gürültü[Dönetici:0) chopper stabilizasyon veya CMOS görüntü sensörlerinde ortak olan çift örnekleme (CDS) teknikleri ile ilişkili.
  • Kontrollülük:0)küresel gürültü [Dönetici: 1) Yüksek çözünürlüklü mimarileri kullanarak ve uygulanabilir olduğunda dithering.
  • Dijital geçiş gürültüsünden hassas analog düğümler, on-çik mantık ve saat tamponları tarafından katkıda bulundu.

Genellikle göz ardı edilen parametre ADC'nin DÜŞÜNÜ:0)signal-to-noise oranı (SNR))[Dörtücüler tek bir frekansta zirve SNR’yi işaret ediyor, ancak gerçek görüntüleme sinyalleri genişliyor.

Low-Noise Performansı için Kalibrating

Modern yüksek performanslı ADCs, işlem için telafi etmek için dijital kalibrasyonu, gerilim ve sıcaklık varyasyonları için sürekli olarak veri dönüştürmesi olmadan çalışır, hesaplayıcı dengelemek için sabit tutar ve 1 ppm /°C sürüklenme - mutlak doğruluğa dikkat çekmek için.ADS1262 ailesi, hassas bir referans kullanır ve yüksek çözünürlükte 0.02% kazanç elde etmek için dijital filtre kullanır.

Linearity and Distortion

Linearity, ADC'nin dijital çıktısının tam ölçekdeki analog girişi nasıl iyi olduğunu açıklar. İki anahtar ölçüm: 0:0)) Tamamlanan veya düzgün olmayan bir şekilde yeniden üretime izin veren, düzgün olmayan kodlara (DNL) [DNL) neden eksik kodlar - hiçbir zaman üretilemeyen sayısal devletler [DNL) [DNL) [DNLT:3).

Lineerliği sağlamak için tasarım teknikleri şunları içerir:

  • Hata ile ikili ağırlıklı kapasitör diziler.
  • En önemli bitlerin büyük atlardan kaçınmak için termometre kodlamasını kullandığı üstolojiler.
  • Bilinen referans gerilimlerini enjekte ederek ölçü ve doğru doğrusal olmayanlığı ölçen öz-kalibrasyon döngüleri.
  • Yüksek doğrusallık iç referansları kullanın - düşük histeriler ve sıcaklık sürüklenmesi zorunlu.

Hıza Sahiplik-Power Trade-offs in ADC Architectures

Tek ADC mimarisi tüm görüntüleme ihtiyaçlarını karşılamıyor. Seçim örnekleme oranını, çözümü, gücü ve alanı dengelemeyi içeriyor.

Başarılı Approximation Register (SAR) ADCs

SAR ADCs, yüksek çözünürlükte görüntü sensörlerinin çalışmalarındandır ve 1-20 MSPS'den örnekleme oranlarında 12-18 bitleri sunar.DAC kapasitörler ile ikili arama algoritması kullanır, ancak gelişmiş kalibrasyon (örneğin, çift katlı düzeltme) INL'yi aşağıdan 10 fJ / geri yükleme işlemine alır.

Sigma-Delta ( ⁇ ) ADCs

Sigma-delta dönüştürücüler, yüksek çözünürlükte (24 bit) elde etmek için çok yüksek çözünürlükte (daha düşük 10 MHz) kullanılarak ses ve düşük frekanslı cihazlar için idealdir, ancak geç modülasyon filtre yanıtları gerçek zamanlı görüntülemede eserlere neden olabilir. Ancak, gruppass ⁇ ADCs doğrudan RF-sampling için yazılım tanımlı kameralar için ortaya çıkıyor.

Boru Hattı ADCs

Boru mimarisi en yüksek örnekleme oranları sunar (çok-GSPS'ye MSPS'nin ayak basılması) karmaşık ve enerji pahasına.Onlar boru hattında lineerliği sürdürmektir; her aşamadan hatalar dijital reddetme ile sabitlenir. Boru ADCs yüksek hızlı video uygulamaları (örneğin, 4K/8K yayınları, yüksek hızlı bilimsel kameralarda kullanılır).

Hibrit ve Gelişen Topolojiler

Gürültü-shaping SAR ADCs, SAR'ın düşük enerji avantajlarını bir sonraki nesil mobil görüntü sensörleriyle birleştirir.Bir başka eğilim, zaman zaman içinde 16 bitin ötesinde etkili bir karar elde eder[Döndericiler için ihtiyaç olmadan 16 bitlerin ötesinde etkili bir çözüm elde etmek gerekir.Bu hibritler (sonrası, zaman zaman zaman içinde aynı sinyal) tekrarlanabilir veya yeniden inşa edilmelidir.

Güç tüketimi ve ısı Yönetimi

Yüksek uçlu DSLR veya sinema kamerasında, ADC alt sistemi 1-3 watt tüketebilir - toplam kamera gücünün toplam ısısının toplam kesimini alır. ADC'den ısı, daha karanlık gerilim ve gürültüyü artırırken (DVFS) ADC güç ölçeklendirmesini gerektirir (örneğin, 28nm veya 16nm CMOS dijital yardım için, ancak analog teknikler genellikle 65nm veya 180nm'yi daha iyi intrinsic cihazdan daha iyi kullanarak kullanır.

Dış Kalibrasyon ve Sistem-Level Optimizasyonu

İyi tasarlanmış ADC sadece sistemin bir parçası. analog ön uç -sensor piksel çıktı, sütun yükseltici, düşük gürültü ile ilişkili olarak (örneğin, LTZ1000) bir hata yapmak için kullanılır.Bazı kamera işlemciler uygulamaktadır.

Gelişen Teknolojiler ve Gelecek Trendleri

Sensör ve Süreçor ile Derin entegrasyon

Üç boyutlu sensör yığını, ADC ve işlemci, ayrı bir mantıkla ölenler aracılığıyla ölür, 12.360'da 48-mega video şifrelemesini azaltır ve ADC'yi biraz daha fazla entegre eder.[Dönetici).[Dönetici:0)

Yüksek Bit Derinlikler ve Yeni Sayılama Schemes

Araştırma prototipleri, bu tür kararlarda 20bit ve hatta 24bit ADC'leri bilimsel görüntüleme için göstermiştir, sigma-delta modulation ile çok yüksek aşırı aşırılık oranları (örneğin 256×) insan görsel sistemiyle eşleştirebilir, ancak bu tür çözünürlüklerdeki piksel gürültü zemini, mevcut sensör teknolojisi ile zorlanmalıdır.

AI-Assisted Kalibrasyon ve Düzeltme

Makine öğrenme algoritmaları kamera çıktısını iyi analog tasarım için algılamayı ve düzeltmeyi analiz edebilir, AI-assisted kalibrasyonu, aksi takdirde pahalı kesme veya daha büyük ölü alan ADC'lerin uygulanabilir performansını genişletebilir. Örneğin,Analog Cihazları AI- temelli bir düzeltmeyi göstermiştir.

Adaptif Sampling ve Power Management

Future Image ADCs, örnekleme oranını ve kararlarını gerçek zamanlı olarak sahne içeriğine göre ayarlar. Video kamerada, a statik arka plan daha düşük yenileme oranında yakalayabilirken, hareket alanları sahnelenebilir ADC kontrol kullanarak prototip görüntü sensörlerinde% 40'a kadar tasarruf sağlar.

Gerçek Dünya Uygulama Örnekleri

[FONT=0] aracı-format dijital geri dönüşler [Dönder: 1 ). (e.g., Faz One IQ4 150MP), her pikselli kamera ([DNT ADC) tarafından yaklaşık 10 MSPS'de çalıştırılan 16-bit SAR ADC, ADC'nin tüm sensörü bir saniye içinde okumak için 256 paralel ADC'yi kullanması gerekir.

Ultra-High-Resolution Video

60 fps ile 12bit renk derinliği ile 8K video, sensör ADC serisinden yaklaşık 48 Gbps'nin ham veri oranını gerektirir.Bunu başarmak için, kamera tasarımcıları bu talep edilen uygulamalar için 4× veya 8× zaman ayarlı ADC'ye başvurmaktadır.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Yüksek çözünürlüklü fotoğraf ve görüntüleme için ADC'ler, analog devre tasarımı, sinyal işleme ve sistem mühendisliğinin her uygulama ihtiyaçlarını karşılayamaz - Tasarımcının her uygulama alanında dikkatli bir şekilde karar vermesi gerekir, hız, lineerity platformun kısıtlamaları içinde ve güç, yarı iletken entegrasyon, kalibrasyon teknikleri ve AI-assisted optimizasyonlar dünyayı en yüksek manzaraya sokmaya devam eder.ADC, en parlak manzaralardan elde etmek için odak noktası olarak kalır.