Analog to digital converters - Taksun
گروه صنعتی تکسان
FPGA,ZYNQ,SoC,VIVADO,VHDL,HLS,System Generator, ISE,XILINX,ARM,STM32, آموزش، طراحی، الکترونیک، ساخت، مشاوره
1553
rtl,post-template-default,single,single-post,postid-1553,single-format-standard,locale-fa-ir,mkd-core-1.1,woocommerce-no-js,ajax_updown_fade,page_not_loaded,,burst-ver-1.7, vertical_menu_with_scroll,smooth_scroll,grid_1300,woocommerce_installed,blog_installed,wpb-js-composer js-comp-ver-5.5.4,vc_responsive
 

Analog to digital converters

انواع مبدل آنالوگ به دیجیتال

 

در زمان طراحی یک سیستم Mixed-Signal، یکی از نکات مهمی که باید در نظر گرفته شود، انتخاب یک ADC و/یا DAC برای تبدیل سیگنال های دیجیتال و آنالوگ است. مانند بسیاری از اجزا، این قطعات دارای طیف وسیعی از مشخصات هستند که برای اطمینان از دستیابی به اهداف عملکرد سیستم، باید بهینه انتخاب شوند. هنگامی که به دنبال یک ADC برای کاربردی خاص هستید، جستجو بر اساس مشخصات ADC رایج است، اما اجزای با مشخصات مشترک معمولاً به عنوان انواع مختلف ADC دسته بندی می شوند.

اگر در حال خواندن یک data sheet برای یک میکروکنترلر، آی سی ADC یا یک ماژول با ADC هستید، احتمالا تنها اطلاعات ارائه شده وضوح، پهنای باند و نوع ADC است. در حالی که اندازه‌ گیری‌های دقیق معمولاً نیاز به بکارگیری بیشتر قابلیت‌های مدار ADC دارند، مهم است که بدانیم این قطعات چگونه برای استفاده در سیستم‌های Mixed-Signal طبقه‌بندی می‌شوند. در این مقاله، نحوه طبقه‌بندی انواع ADCها از نظر قابلیت نمونه‌برداری و همچنین معماری داخلی این اجزا را بررسی خواهیم کرد.

انواع ADC ها و ویژگی های آنها

به طور کلی پنج نوع ADC وجود دارد که به عنوان مدارهای مجتمع برای استفاده در سیستم های الکترونیکی بسته بندی شده اند:

۱٫ Sigma-delta
۲٫ Successive approximation (SAR)
۳٫ Pipelined
۴٫ Dual-slope
۵٫ Flash
این ADC ها همگی عملکرد یکسانی دارند اما با معماری های مختلف و قابلیت های متفاوت ساخته می شوند. دو مورد از قابلیت‌های اصلی که این نوع ADCها با هم تفاوت دارند، در نرخ نمونه برداری (sample rate) و وضوح (resolution)آنها است که به دلیل مدارهای تبدیل متفاوت مورد استفاده در این قطعات ایجاد می‌شود. جدول زیر قابلیت های اصلی این انواع مختلف ADC ها را خلاصه می کند.

ADC type

Sample rate

Typical resolution

Sigma-delta Low (~1 MHz) Highest (reaching 32 bits)
Successive approximation Moderate (~100 MHz) Moderate
Pipelined Fast (~1 GHz) Low
Dual-slope Lowest (<1 kHz) High
Flash Fastest (~10 GHz) Lowest

از نظر بسته بندی (package) و استفاده در PCB، تفاوت های بسیار جزئی بین این نوع ADC ها وجود دارد. همه آنها در انواع بسته بندی استاندارد موجود هستند، و از دستورالعمل های چیدمان PCB Mixed Signal مشابه پیروی می کنند (از جمله بهترین روش ها برای اتصال زمین Mixed Signal)، آنها از رابط های سریال یا موازی برای ارائه یک خروجی دیجیتال استفاده می کنند و ممکن است ADC های چند کاناله باشند. که می تواند برای سیگنال های آنالوگ ورودی چندگانه استفاده شود.

Sigma-Delta

ما با این نوع ADC شروع می کنیم زیرا مسلماً رایج ترین هستند. این معماری معمولا در فرکانس پایین کار می کند و از معماری Summer-integrator-comparator با منبع ولتاژ مرجع برای تولید یک output bitstream استفاده می کند.

comparator در بلوک شکل بالا، بیت ها را بر اساس اینکه خروجی های متوالی integrator بالاتر یا کمتر از مقدار خروجی مرحله زمانی قبلی هستند، تولید می کند. در واقع، این مدارها به طور کامل توسط Comparator محدود می شوند، که باید با تغییر ورودی ها اشباع شود. بنابراین، این سیستم ها می توانند در مقایسه با معماری های دیگر که خروجی را از طریق شمارنده یا از طریق چندین Comparator به صورت موازی تولید می کنند، تا حدودی کند تر باشند.

Successive Approximation register (SAR)

این نیز یکی از رایج ترین انواع ADC است. microcontroller یا پردازنده‌ های پیشرفته‌ تر ممکن است یک SAR ADC را در چیپ خود داشته باشند، به‌ ویژه در Microcontroller هایی که به عنوان SoC های Mixed-Signal به بازار عرضه می‌ شوند. معماری SAR ADC در زیر نشان داده شده است.

بخش ورودی از مدار sample-and-hold (SAH) برای ردیابی سیگنال ورودی در هرClock پالس استفاده می کند. سپس comparator زمان افزایش ورودی را ردیابی می کند وقتی که ورودی بیشتر می شود و آن را به بلوک Control ارسال می کند. از یک سری مقایسه N بیتی به صورت موازی برای تعیین یک عدد N بیتی در خروجی استفاده می شود. بنابراین، یک ADC SAR برای تبدیل ورودی آنالوگ به مقدار دیجیتال به حداقل (N + 1) clock cycle نیاز دارد. خروجی می تواند به صورت serial bitstream یا در یک گذرگاه موازی با تأخیر یک Clock cycle ارائه شود.

Pipelined ADC

این ADC ها در تجهیزات اندازه گیری دقیقی استفاده می شوند که نیاز به پاسخ یکنواخت در پهنای باند وسیع دارند، مانند oscilloscope و واحدهای DAQ با پهنای باند بالا. اگرچه آنها از وضوح نسبتا کمی برخوردار هستند، اما به هر حال اندازه گیری های بسیار دقیقی را در SNR های بالا ارائه می دهند. ، با نرخ نمونه برداری ۱ گیگاهرتز، دقت ۱۶ بیتی یک دقت معمول است. معماری این ADC ها می توانند بسیار پیچیده باشند به دلیل اینکه ممکن است شامل چندین مرحله با بلوک های sub-ADC و DAC به صورت موازی باشند. معماری موازی باعث می شود که این ADC ها بسیار سریع و با تأخیر تنها چند clock cycle انجام شوند.

Flash ADC

این ADC ها ارتقا یافته Pipelined هستند و اغلب برای اندازه گیری RF و کاربردهای تبدیل مستقیم استفاده می شوند. از معایب این نوع از ADC می توان به Resolution پایین تر و دسترسی به تنها ۱۰-۱۲ بیت از bit depth ها اشاره کرد. Flash ADC ها از بانک های موازی Comparator با پهنای باند بالا به همراه پیش تقویت کننده تشکیل شده است. ساختار موازی این ADCها در ورودی آنالوگ حتی سرعت بالاتری را نسبت به ADC Pipelined دارند و سرعت آنها به Clock cycle 1 می رسد.

Dual-Slope ADC

این ADC ها نرخ نمونه پایینی دارند، اما ساختاری ساده با وضوح بالا دارند. با تنظیم ولتاژ مرجع ، نوسانگر در مدار کنترل و زمان بندی داخلی، بازخوانی بسیار دقیقی از سطوح ولتاژ DC یا سیگنال های آنالوگ فرکانس پایین ارائه می دهند (به شکل زیر مراجعه کنید). اگرچه این ADC ها سرعت و نرخ نمونه پایینی دارند، اما وضوح بالایی ارائه می دهند که با یک مقایسه کننده محدود به آنالوگ ورودی در feedback loop پیاده سازی شده است. در گذشته این نوع ADC پیشرفتی چشمگیر برای استفاده در مولتی مترهای دیجیتال بود.

 

برچسب ها ارسال:
بدون ديدگاه

نظر بدهید