Communiqué de presse. Conversion analogique-numérique pour les systèmes d'acquisition de données et les microconvertisseurs débutants

Dans une conception CAN à pondération directe, si les comparateurs sont remplacés par des amplificateurs linéaires et que les tensions de sortie de chacun sont comparées à l'aide d'une série de comparateurs avec plusieurs tensions de référence, l'impédance d'entrée peut être augmentée. Certes, le nombre de comparateurs et de portes logiques dans le circuit de décodage ne diminuera pas.

Hewlett-Packard a breveté une nouvelle méthode appelée décodage analogique, permettant théoriquement la conversion analogique-numérique de N bits d'utiliser uniquement N comparateurs, verrous et portes XOR.

La méthode repose sur l'utilisation de circuits de décodage analogiques fonctionnant à plusieurs niveaux, contrairement aux comparateurs classiques fonctionnant à un seul.

2.4. Codage de sortie

Dans un CAN à pesée directe, les sorties des comparateurs dont les tensions de référence sont inférieures au signal d'entrée sont à l'état 1, et celles dont les tensions de référence sont supérieures au signal d'entrée sont à l'état 0. Par analogie avec un thermomètre à mercure, une telle sortie le code est appelé thermométrique. Lorsque le signal d'entrée change, l'état d'un seul comparateur change à un moment donné. Cependant, les instants de fonctionnement de ces derniers et l'arrivée des impulsions d'horloge des bascules-loquets sont indépendants, ce qui, à certains rapports des retards de ces éléments, peut conduire à l'apparition d'une instabilité du code de sortie du CAN , appelé « code étincelant ». Une façon de lutter contre ce phénomène consiste à construire un dispositif de décodage utilisant un code Gray, dans lequel l'état d'un seul bit peut changer à la fois.

2.5. Fonction de détection de pic

Afin d'enregistrer un fragment important d'un signal dans la mémoire limitée disponible dans l'appareil, la fréquence d'échantillonnage doit être réduite par rapport au maximum possible. Dans ce cas, de courts pics de signal peuvent être manqués. Pour éviter ce phénomène, vous pouvez utiliser la technique suivante. Le taux d'échantillonnage est toujours maximum. Le résultat de chaque Nième échantillon est stocké pour stockage, N étant le facteur de division de fréquence d'échantillonnage. Pour mettre en évidence la tension positive maximale dans l'intervalle entre les enregistrements, la valeur de l'échantillon actuel est constamment comparée à la précédente et la plus grande est stockée. De même, la tension négative maximale est mise en évidence. De tels dispositifs « intelligents » utilisant l'algorithme récursif décrit sont intégrés à certains nouveaux oscilloscopes numériques. Par exemple, l'oscilloscope Hewlett-Packard HP54800 peut stocker des impulsions allant jusqu'à 500 ps, ​​ce qui correspond à une fréquence d'échantillonnage de 2 GHz.

Riz. 1. Schéma fonctionnel d’un CAN à pesée directe « classique »

Riz. 2. Structure d'interpolation de l'ADC de pesée directe

Avec l'algorithme décrit, la durée minimale de l'impulsion allouée est limitée par le temps du cycle complet de conversion ADC, dont une partie importante est consacrée à la conversion du code de sortie de la ligne de comparaison en un signal de sortie à l'aide d'un circuit logique à plusieurs étages. En changeant le circuit logique de l'ADC, le retard de ce dernier peut être réduit au retard d'un déclencheur de verrouillage. La structure d'un tel détecteur de crête numérique TDC1035 de Raytheon est illustrée à la Fig. 3. Il diffère du "classique" (Fig. 1) en ce qu'au lieu de déclencheurs D déclenchés, on utilise ici des déclencheurs RS, qui sont déclenchés immédiatement après l'arrivée du signal comparateur correspondant et restent dans cet état jusqu'à l'arrivée de l'impulsion de réinitialisation. Le code de sortie « thermométrique » de la barre de bascule RS représente le code de valeur crête du signal. Le moment de sa transformation en une forme standard n'a plus de restrictions strictes. Cet ADC est fabriqué à l'aide d'une technologie assez ancienne et a une durée d'impulsion garantie mesurée avec une précision totale sur 8 bits de 30 ns.

Riz. 3. Schéma fonctionnel d'un détecteur de crête avec pesée directe ADC Raytheon TDC1035

3. CAN de pipeline

Comme mentionné ci-dessus, la largeur de bit maximale d'un CAN à pesée directe est de 10. Pour augmenter la résolution, il est nécessaire d'utiliser d'autres structures. De nombreux CAN à grande vitesse actuels sont constitués de nœuds qui traitent séquentiellement le signal sur plusieurs cycles d'horloge d'échantillonnage. Dans ce cas, la fréquence d'apparition des codes de sortie est égale à la fréquence du signal d'échantillonnage. Ils sont appelés CAN de type pipeline.

3.1. ADC à courant brut pour pipeline (subranging)

Dans ce cas, qui est désormais la méthode la plus courante, un groupe de bits de poids fort est d'abord converti sous forme numérique (conversion grossière). À l'aide d'un DAC, le code reçu est converti en un signal analogique, qui est soustrait de l'entrée. La tension différentielle est amplifiée et fournie à l'ADC, qui convertit un groupe de bits de poids faible (conversion précise). Le nombre de telles transformations clarifiantes, et donc de cascades, peut être assez important. Les CAN d'ordre faible et élevé fonctionnent simultanément, traitant séquentiellement les échantillons entrants. L'appareil peut utiliser des CAN internes construits sur différents principes : pesée directe ou, par exemple, MagAmps, discutés ci-dessous.

En figue. La figure 4 montre la structure du CAN Subranging 12 bits avancé AD9042 d'Analog Devices, disponible dans des versions avec des taux d'échantillonnage de 60 et 41 MHz. Le premier circuit échantillonneur-bloqueur, SHA1, stocke l'échantillon de signal de la manière habituelle pendant la durée de la conversion. Son signal de sortie est converti par un ADC dont le code de sortie est stocké dans un registre tampon et est également utilisé pour contrôler le DAC. Le circuit échantillonneur-bloqueur SHA2 est utilisé pour empêcher le fonctionnement du premier CAN d'affecter la précision de la partie suivante de l'appareil. Le signal DAC est soustrait de son signal de sortie. La tension différentielle est amplifiée et stockée par le circuit échantillonneur-bloqueur SHA3 pendant le temps nécessaire au fonctionnement du deuxième CAN. Si le premier ADC fonctionne correctement, son erreur ne dépassera pas un sur le bit le moins significatif. Le nombre de bits du deuxième convertisseur est sélectionné de telle sorte que le nombre de bits du premier et du deuxième CAN soit supérieur d'un à la capacité en bits du CAN dans son ensemble. Le bit excédentaire est utilisé pour corriger l'erreur de conversion du premier ADC. Pour ce faire, le DAC doit avoir une précision au moins égale à celle de l'ADC dans son ensemble, c'est-à-dire dans ce cas 12 bits, et l'amplificateur sommateur doit avoir un gain tel que le poids du bit le plus significatif de le deuxième ADC n'est rien de moins que le bit le moins significatif du premier. Dans ce cas, le circuit logique correcteur, qui est un additionneur complet, pourra réduire l'erreur de conversion à une valeur correspondant à un nombre donné de bits du CAN. Une particularité est l'utilisation d'un ADC de type MagAmps, bien développé par l'entreprise, et pour obtenir une linéarité et des performances élevées, un DAC à 63 sources de courant dont le coefficient de pondération de chacune correspond à un code spécifique. Les idées techniques contenues dans cette structure sont utilisées dans un certain nombre d'autres produits Analog Devices.

Riz. 4. Schéma fonctionnel d'un CAN pipeline avec logique de correction Analog Devices AD9042

L'ADC ADS807 a une structure similaire, utilisée par Burr-Brown dans toutes les séries d'ADC haute vitesse : ADS80X 12 bits (ADS807 le plus rapide - 53 MHz), ADS82X et ADS90X 10 bits (ADS824 le plus rapide - 70 MHz), 8- bit ADS83X et ADS93X (ADS831 le plus rapide - 80 MHz).

Tous les CAN haute vitesse de Texas Instruments sont également basés sur cette méthode. Parce qu'ils utilisent des ADC internes à pondération directe (Flash), la société appelle sa structure Samiflash. À l'exception du TLC876, ils sont tous 8 bits et utilisent deux ADC internes 4 bits. Le plus rapide d'entre eux est le TLV5580 (8 bits, 80 MHz, le temps de retard pour l'apparition du code de sortie est de 4,5 cycles d'horloge), le plus précis est le TLC876 (10 bits, 20 MHz, utilise 5 CAN internes à deux bits).

3.2. Multi-étages avec CAN à un seul bit

L'une des premières versions d'un ADC pipeline (ondulation) se composait d'étages identiques connectés en série. Chaque étage contenait un amplificateur, un DAC un bit et un comparateur [X]. Le signal d'entrée a été stocké par un circuit échantillonneur-bloqueur, introduit dans le premier comparateur, lorsqu'il a été déclenché, le signal DAC d'un bit a été soustrait du signal d'entrée, amplifié 2 fois par l'amplificateur (pour obtenir le même sensibilité à tous les étages) et transmis à l'étage suivant sous forme de signal différentiel. Ainsi, chacune des étapes effectuait une conversion analogique-numérique sur un seul bit. L'ensemble des signaux provenant des sorties de tous les comparateurs représentait le résultat de la transformation, qui était recodé par la logique de sortie sous une forme standard. Le temps de conversion était principalement déterminé par le temps nécessaire au signal pour traverser toutes les étapes.

Riz. 5. Schéma fonctionnel d'un ADC MagAmp à un bit - un élément d'un ADC pipeline

Une structure de pipeline améliorée construite à partir d'ADC à un seul bit est appelée Magnitude Amplifiers, ou MagAmps en abrégé, car elle utilise des amplificateurs de la valeur absolue du signal. D'autres noms sont également utilisés. Le circuit en cascade équivalent d'un tel CAN est illustré sur la figure. 5. Le comparateur détermine le signe de la tension d'entrée selon lequel il produit un bit de sortie. En même temps, il contrôle le signe du gain avec lequel le signal entre dans l'étape suivante : +2 ou –2. La tension de référence VR est additionnée à la tension à la sortie du commutateur, formant un signal de différence qui passe à l'étage suivant. Contrairement à la variante décrite ci-dessus (ondulation), cette dépendance présente uniquement des sauts dans la dérivée, mais ne présente pas de sauts brusques d'amplitude, ce qui permet d'atteindre une vitesse de conversion élevée. Le principal facteur permettant d'atteindre des vitesses de conversion élevées était la possibilité de mettre en œuvre des étages différentiels à grande vitesse avec une faible distorsion et une précision atteignant 8 bits sans utiliser de rétroaction dans les nouvelles structures de circuits intégrés analogiques à courant contrôlé. En raison de la forme de la dépendance, cet ADC est également appelé plié, et pour le codage de sortie sous la forme d'un code Gray, il est également appelé ADC Gray série. En raison de leur fabricabilité, ces structures sont souvent utilisées pour construire des CAN à faible coût et offrant de bonnes performances. Par exemple, Analog Devices dans ses CAN AD9042 12 bits, la série AD922X avec une fréquence d'échantillonnage allant jusqu'à 10 MHz, le double AD9059 8 bits avec une fréquence d'échantillonnage de 60 MHz (5 MSB) et l'AD9054 8 bits avec une fréquence d'échantillonnage de 200 MHz. taux ( 4 chiffres supérieurs).

4. À propos de l'utilisation de l'échantillonnage multiphase

Lorsque les signaux d'échantillonnage sont instables, ce qui se manifeste généralement sous la forme de leur gigue de phase, sur des signaux de fréquence proportionnelle à la fréquence d'échantillonnage, on observe l'apparition de distorsions non linéaires caractéristiques, d'autant plus grande que le taux de variation du signal est élevé. . Des mesures spéciales sont prises pour améliorer la stabilité temporelle des générateurs d'horloge, par exemple, les nouveaux oscilloscopes Hewlett-Packard utilisent un circuit de mise en forme de boucle à verrouillage de phase, qui fournit un signal d'horloge très stable.

Souvent, dans les CAN à grande vitesse construits sur divers principes, afin d'augmenter la fréquence d'échantillonnage équivalente de l'appareil dans son ensemble, plusieurs CAN sont utilisés en parallèle sur les entrées et les échantillons avec un décalage temporel les uns par rapport aux autres. Cette méthode, appelée échantillonnage multiphase, offre des avantages significatifs en termes de vitesse de conversion si le temps d'enregistrement (d'échantillonnage) d'un signal dans une cellule de stockage physique est nettement inférieur au temps écoulé entre l'arrivée du signal d'échantillonnage et son apparition sur l'ADC. sortir. Par exemple, dans l'AD9059 mentionné ci-dessus, le temps d'échantillonnage du circuit échantillonneur-bloqueur sur puce est de 1 ns et l'intervalle minimum entre les signaux d'échantillonnage est de 16,7 ns. Toutefois, cette opportunité doit être utilisée avec prudence. Les limitations causées par la stabilité insuffisante des signaux d'échantillonnage et la différence de temps de conversion pour les ADC inclus dans l'appareil conduisent au fait que l'on utilise désormais le plus souvent soit l'entrelacement de seulement deux ADC implémentés sur une puce, comme l'AD9058, soit cette possibilité est totalement abandonnée, comme dans les nouveaux oscilloscopes de Hewlett-Packard.

Littérature

1. Catalogue Tektronix, 1988.
2. Denbnovetsky S.V. et al., Oscilloscopes à stockage cathodique. Moscou, « Radio et communications », 1990.
3. La multiplication de l'horloge 20X déplace le taux de numérisation des oscilloscopes portables vers Hiperdrive. Richard B. Rudloff, Hewlett-Packard Corp.
4. Enregistreur de signal d'impulsion numérique AFI-1700. Description technique et mode d'emploi. Institut de physique nucléaire, branche sibérienne de l'Académie des sciences de l'URSS, 1994.
5. CAN Flash 8 bits 500 Mps/s, Guide de conception analogique, 7e édition, Maxim Integrated Products, Inc.
6. Walt Kester. Échantillonnage à grande vitesse et ADC à grande vitesse. Techniques de conception à grande vitesse, Analog Devices Inc.
7. Hiver 1999 Manuel de référence du concepteur, CD, Analog Devices Inc.
8. 1997 Data Book, CD, Raytheon Electronics Semiconductor Division.
9. Catalogue sur CD-ROM 1999, Burr-Brown Corporation.
10. Guide du concepteur et livre de données.

Examinons le principal éventail de problèmes pouvant être attribués aux principes de fonctionnement de différents types. Comptage séquentiel, équilibrage au niveau des bits - que se cache-t-il derrière ces mots ? Quel est le principe de fonctionnement d’un ADC à microcontrôleur ? Nous examinerons ces questions, ainsi qu'un certain nombre d'autres, dans le cadre de l'article. Nous consacrerons les trois premières parties à la théorie générale, et à partir du quatrième sous-titre nous étudierons le principe de leur fonctionnement. Vous pouvez rencontrer les termes ADC et DAC dans diverses publications. Le fonctionnement de ces appareils est légèrement différent, alors ne les confondez pas. Ainsi, l'article passera de la forme analogique à la forme numérique, tandis que le DAC fonctionne à l'envers.

Définition

Avant d’aborder le principe de fonctionnement d’un ADC, découvrons de quel type d’appareil il s’agit. Les convertisseurs analogique-numérique sont des appareils qui convertissent une quantité physique en une représentation numérique correspondante. Le paramètre initial peut être presque n'importe quoi : courant, tension, capacité, résistance, angle de rotation de l'arbre, fréquence d'impulsion, etc. Mais bien sûr, nous ne travaillerons qu’avec une seule transformation. C'est le "code de tension". Le choix de ce format de travail n'est pas accidentel. Après tout, l'ADC (le principe de fonctionnement de cet appareil) et ses caractéristiques dépendent en grande partie du concept de mesure utilisé. Il s'agit du processus de comparaison d'une certaine valeur avec une norme préalablement établie.

Caractéristiques du CAN

Les principaux sont la profondeur de bits et la fréquence de conversion. Le premier est exprimé en bits et le second en coups par seconde. Les convertisseurs analogique-numérique modernes peuvent avoir une résolution de 24 bits ou des vitesses de conversion qui atteignent les unités GSPS. Veuillez noter que l'ADC ne peut vous fournir qu'une seule caractéristique à la fois. Plus leurs indicateurs sont élevés, plus il est difficile de travailler avec l'appareil et l'appareil lui-même coûte plus cher. Mais heureusement, vous pouvez obtenir les indicateurs de profondeur de bits nécessaires en sacrifiant la vitesse de l'appareil.

Types d'ADC

Le principe de fonctionnement varie selon les différents groupes d'appareils. Nous examinerons les types suivants :

1. Avec conversion directe.
2. Avec approximations successives.
3. Avec conversion parallèle.
4. Convertisseur analogique-numérique avec équilibrage de charge (delta-sigma).
5. Intégration des ADC.

Il existe de nombreux autres types de convoyeurs et de combinaisons qui ont leurs propres caractéristiques particulières et des architectures différentes. Mais les échantillons qui seront considérés dans le cadre de l'article sont intéressants du fait qu'ils jouent un rôle indicatif dans leur niche d'appareils de cette spécificité. Étudions donc le principe de fonctionnement de l'ADC, ainsi que sa dépendance vis-à-vis du périphérique physique.

Convertisseurs analogique-numérique directs

Ils sont devenus très populaires dans les années 60 et 70 du siècle dernier. Ils sont produits sous cette forme depuis les années 80. Ce sont des appareils très simples, voire primitifs, qui ne peuvent se vanter de performances significatives. Leur largeur de bits est généralement de 6 à 8 bits et leur vitesse dépasse rarement 1 GSPS.

Le principe de fonctionnement de ce type d'ADC est le suivant : les entrées positives des comparateurs reçoivent simultanément un signal d'entrée. Une tension d'une certaine amplitude est appliquée aux bornes négatives. Et puis l'appareil détermine son mode de fonctionnement. Cela se fait grâce à la tension de référence. Disons que nous avons un appareil avec 8 comparateurs. Lorsque ½ tension de référence est appliquée, seuls 4 d’entre eux seront activés. L'encodeur prioritaire sera généré et enregistré dans le registre de sortie. Concernant les avantages et les inconvénients, on peut dire que le travail permet de créer des appareils à haut débit. Mais pour obtenir la profondeur de bits requise, vous devez travailler dur.

La formule générale pour le nombre de comparateurs ressemble à ceci : 2^N. Sous N, vous devez mettre le nombre de chiffres. L'exemple évoqué précédemment peut être réutilisé : 2^3=8. Au total, pour obtenir le troisième chiffre, 8 comparateurs sont nécessaires. C’est le principe de fonctionnement des ADC qui ont été créés en premier. Ce n’est pas très pratique, donc d’autres architectures sont apparues par la suite.

Convertisseurs analogique-numérique à approximations successives

Cela utilise un algorithme de « pondération ». En bref, les appareils fonctionnant à l’aide de cette technique sont simplement appelés CAN à comptage en série. Le principe de fonctionnement est le suivant : l'appareil mesure la valeur du signal d'entrée, puis il est comparé aux nombres générés à l'aide d'une certaine méthode :

1. La moitié de la tension de référence possible est réglée.
2. Si le signal a dépassé la valeur limite du point n°1, il est comparé au nombre qui se situe au milieu entre la valeur restante. Donc, dans notre cas, ce sera les ¾ de la tension de référence. Si le signal de référence n'atteint pas cet indicateur, alors une comparaison sera faite avec une autre partie de l'intervalle selon le même principe. Dans cet exemple, il s’agit de ¼ de tension de référence.
3. L’étape 2 doit être répétée N fois, ce qui nous donnera N bits du résultat. Cela est dû à la réalisation d’un nombre N de comparaisons.

Ce principe de fonctionnement permet d'obtenir des dispositifs à vitesse de conversion relativement élevée, qui sont des CAN à approximations successives. Le principe de fonctionnement, comme vous pouvez le constater, est simple et ces appareils sont parfaits pour divers cas.

Convertisseurs A/D parallèles

Ils fonctionnent de la même manière que les appareils série. La formule de calcul est (2^H)-1. Pour le cas considéré précédemment, nous aurons besoin de (2^3)-1 comparateurs. Pour fonctionner, un ensemble spécifique de ces appareils est utilisé, chacun pouvant comparer la tension d'entrée et la tension de référence individuelle. Les convertisseurs analogique-numérique parallèles sont des appareils assez rapides. Mais le principe de conception de ces appareils est tel qu’une puissance importante est nécessaire pour maintenir leur fonctionnalité. Il est donc déconseillé de les utiliser sur batterie.

Convertisseur analogique-numérique avec équilibrage des bits

Il fonctionne selon un schéma similaire à celui de l'appareil précédent. Par conséquent, afin d'expliquer le fonctionnement d'un CAN d'équilibrage au niveau du bit, le principe de fonctionnement pour les débutants sera abordé littéralement en un coup d'œil. Ces dispositifs reposent sur le phénomène de dichotomie. En d'autres termes, une comparaison séquentielle de la valeur mesurée avec une certaine partie de la valeur maximale est effectuée. Des valeurs de ½, 1/8, 1/16 et ainsi de suite peuvent être prises. Par conséquent, un convertisseur analogique-numérique peut réaliser l’ensemble du processus en N itérations (étapes successives). De plus, H est égal à la capacité en bits de l'ADC (regardez les formules données précédemment). Ainsi, on a un gain de temps important, si la rapidité de l'équipement est particulièrement importante. Malgré leur vitesse considérable, ces appareils se caractérisent également par une faible erreur statique.

Convertisseurs analogique-numérique avec équilibrage de charge (delta-sigma)

Il s’agit du type d’appareil le plus intéressant, notamment en raison de son principe de fonctionnement. Elle consiste à comparer la tension d'entrée avec ce qui a été accumulé par l'intégrateur. Des impulsions de polarité négative ou positive sont fournies à l'entrée (tout dépend du résultat de l'opération précédente). Ainsi, on peut dire qu'un tel convertisseur analogique-numérique est un simple système de suivi. Mais ce n'est qu'un exemple de comparaison afin que vous puissiez comprendre l'ADC. Le principe de fonctionnement est systémique, mais pour un fonctionnement efficace de ce convertisseur analogique-numérique, cela ne suffit pas. Le résultat final est un flux infini de uns et de zéros qui traverse le filtre passe-bas numérique. Une certaine séquence de bits en est formée. Une distinction est faite entre les convertisseurs CAN du premier et du deuxième ordre.

Intégration de convertisseurs analogique-numérique

C’est le dernier cas particulier qui sera considéré dans l’article. Nous décrirons ensuite le principe de fonctionnement de ces appareils, mais à un niveau général. Cet ADC est un convertisseur analogique-numérique avec intégration push-pull. Vous pouvez trouver un appareil similaire dans un multimètre numérique. Et ce n’est pas surprenant, car ils offrent une grande précision tout en supprimant bien les interférences.

Concentrons-nous maintenant sur son principe de fonctionnement. Cela consiste dans le fait que le signal d'entrée charge le condensateur pendant un temps déterminé. En règle générale, cette période est une unité de fréquence du réseau qui alimente l'appareil (50 Hz ou 60 Hz). Il peut aussi être multiple. Ainsi, les interférences haute fréquence sont supprimées. Dans le même temps, l'influence de la tension instable de la source d'électricité du réseau sur la précision du résultat est neutralisée.

Lorsque le temps de charge du convertisseur analogique-numérique se termine, le condensateur commence à se décharger à un certain rythme fixe. Le compteur interne de l'appareil compte le nombre d'impulsions d'horloge générées au cours de ce processus. Ainsi, plus la période est longue, plus les indicateurs sont significatifs.

Les CAN à intégration push-pull sont très précis et, de ce fait, ainsi que d'une structure de construction relativement simple, ils sont conçus comme des microcircuits. Le principal inconvénient de ce principe de fonctionnement est sa dépendance à l'indicateur du réseau. N'oubliez pas que ses capacités sont liées à la durée de la période de fréquence de la source d'alimentation.

C’est ainsi que fonctionne un ADC à double intégration. Bien que le principe de fonctionnement de cet appareil soit assez complexe, il fournit des indicateurs de qualité. Dans certains cas, cela est simplement nécessaire.

Nous choisissons un APC avec le principe de fonctionnement dont nous avons besoin

Disons que nous sommes confrontés à une certaine tâche. Quel appareil choisir pour qu’il puisse satisfaire tous nos besoins ? Parlons d’abord de résolution et de précision. Très souvent, ils sont confondus, même si en pratique ils dépendent très faiblement les uns des autres. N'oubliez pas qu'un convertisseur A/D 12 bits peut avoir moins de précision qu'un convertisseur A/D 8 bits. Dans ce cas, la résolution est une mesure du nombre de segments pouvant être extraits de la plage d’entrée du signal mesuré. Ainsi, les CAN 8 bits ont 2 8 = 256 de ces unités.

La précision est l'écart total du résultat de conversion résultant par rapport à la valeur idéale qui devrait être à une tension d'entrée donnée. Autrement dit, le premier paramètre caractérise les capacités potentielles de l'ADC et le second montre ce que nous avons dans la pratique. Par conséquent, un type plus simple (par exemple, des convertisseurs analogique-numérique directs) peut nous convenir, ce qui satisfera les besoins dus à une grande précision.

Pour avoir une idée de ce qui est nécessaire, vous devez d'abord calculer les paramètres physiques et construire une formule mathématique pour l'interaction. Les erreurs statiques et dynamiques y sont importantes, car lors de l'utilisation de différents composants et principes de construction d'un appareil, elles auront des effets différents sur ses caractéristiques. Des informations plus détaillées peuvent être trouvées dans la documentation technique proposée par le fabricant de chaque appareil spécifique.

Exemple

Jetons un coup d'œil à l'ADC SC9711. Le principe de fonctionnement de cet appareil est complexe de par sa taille et ses capacités. D'ailleurs, en parlant de ces derniers, il convient de noter qu'ils sont vraiment diversifiés. Ainsi, par exemple, la fréquence de fonctionnement possible varie de 10 Hz à 10 MHz. En d’autres termes, il peut prélever 10 millions d’échantillons par seconde ! Et l'appareil lui-même n'est pas quelque chose de solide, mais a une structure modulaire. Mais il est généralement utilisé dans des technologies complexes, où il est nécessaire de travailler avec un grand nombre de signaux.

Conclusion

Comme vous pouvez le constater, les ADC reposent sur différents principes de fonctionnement. Cela nous permet de sélectionner les appareils qui répondront à vos besoins, tout en vous permettant de gérer judicieusement les fonds disponibles.

65 nanomètres est le prochain objectif de l'usine Angstrem-T de Zelenograd, qui coûtera entre 300 et 350 millions d'euros. L'entreprise a déjà soumis une demande de prêt préférentiel pour la modernisation des technologies de production à la Vnesheconombank (VEB), a rapporté cette semaine Vedomosti en référence au président du conseil d'administration de l'usine, Leonid Reiman. Angstrem-T s'apprête désormais à lancer une ligne de production de microcircuits avec une topologie de 90 nm. Les remboursements du précédent prêt VEB, pour lequel il a été acheté, débuteront à la mi-2017.

Pékin fait chuter Wall Street

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Le premier processeur grand public russe Baïkal-T1, au prix de 60 dollars, est lancé dans la production de masse

La société Baikal Electronics promet de lancer la production industrielle du processeur russe Baikal-T1, d'un coût d'environ 60 dollars, début 2016. Ces appareils seront demandés si le gouvernement crée cette demande, affirment les acteurs du marché.

MTS et Ericsson développeront et mettront en œuvre conjointement la 5G en Russie

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09/12/2013 - Norwood, Massachusetts, États-Unis

Appareils analogiques, Inc. (NASDAQ : ADI) a présenté la famille PulSAR® 18 bits de convertisseurs analogique-numérique (CAN) avec un débit de 5 millions d'échantillons par seconde (MSPS), soit deux fois la vitesse de n'importe quel registre d'approximations successives disponible aujourd'hui (SAR). Avec son débit de pointe, son bruit de fond de premier ordre et sa linéarité élevée, le CAN PulSAR AD7960 est idéal pour les applications multiplexées à faible consommation telles que la radiographie numérique et les applications suréchantillonnées, notamment la spectroscopie et le contrôle de gradient. et analyse chromatographique des gaz.

Contrairement aux autres CAN 18 bits où des fréquences d'échantillonnage plus élevées se font au détriment d'une consommation d'énergie accrue et d'une précision réduite, l'AD7960 consomme 39 mW à 5 MSPS et est optimisé pour maintenir une excellente linéarité en mode statique (+/- 0,8 LSB de non-linéarité intégrale) et caractéristiques dynamiques élevées (rapport signal/bruit 99 dB) même à vitesse maximale. Ce nouveau convertisseur présente également le meilleur rapport bruit de fond/pleine échelle de 22,4 nV/√Hz de sa catégorie. Les petites dimensions du boîtier aident les concepteurs à répondre aux exigences strictes en matière de taille, de température et de puissance qui accompagnent les systèmes à grand nombre de canaux.

Analog Devices a également présenté la famille de CAN PulSAR AD7961 16 bits, qui prend en charge un excellent rapport signal/bruit (95,5 dB) et une non-linéarité intégrale (+/- 0,2 LSB) à 5 MSPS.

• Téléchargez la fiche technique, regardez la vidéo, commandez des échantillons et des cartes d'évaluation :
• Circuits issus de la conception d'échantillons du laboratoire : chaîne de signaux 18 bits de précision, faible consommation pour système d'acquisition de données 5 MSPS
• Connectez-vous avec d'autres développeurs et experts produits d'Analog Devices dans la communauté d'assistance en ligne EngineerZone™ :

Les CAN PulSAR AD7960 et AD7691 sont destinés aux systèmes d'acquisition de données

Les CAN PulSAR AD7961 et AD7960 compatibles broches permettent des systèmes d'acquisition de données 16/18 bits faciles à modifier pour les applications industrielles et de santé. Ils disposent d'une interface LVDS (signalisation différentielle basse tension) configurable et à faible bruit qui permet de recevoir des données du convertisseur à des vitesses allant jusqu'à 300 MHz.

Prix ​​et disponibilité pour la commande

Produit	Disponibilité des échantillons / Production en série	Autorisation	SNR (typ.)	Rythme. gamme	Prix ​​par pièce pour une commande de 1000 pièces	Cadre
AD7960	Maintenant	18 bits		-40°C à 85°C	$31.00	LFCSP 32 broches
AD7961	Maintenant	16 bits	95,5 dB	-40°C à 85°C	$21.00	LFCSP 32 broches

L'AD7960 peut être utilisé avec l'amplificateur rail-à-rail basse consommation ADA4897, l'amplificateur rail-à-rail AD8031 et les sources de tension de référence ADR4540 ou ADR4550 pour créer une chaîne de signaux de précision complète, de faible puissance.

• À propos des appareils analogiques
• • L'innovation, l'excellence des performances et la qualité inégalée des produits sont les fondements fondamentaux qui ont permis à Analog Devices d'être l'une des entreprises les plus prospères financièrement sur le marché des composants électroniques depuis de nombreuses années. Leader mondial des technologies de traitement du signal et de conversion de données, Analog Devices sert plus de 60 000 clients dans pratiquement tous les secteurs de l’industrie électronique. Analog Devices a son siège à Norwood, dans le Massachusetts, aux États-Unis, et possède des centres de conception et des sites de fabrication dans le monde entier. Analog Devices fait partie de l'indice boursier S&P 500.

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L’expansion des réseaux de données sans fil utilisant des fréquences porteuses et des débits de données de plus en plus élevés pose des défis de plus en plus urgents pour améliorer la numérisation des signaux. Cela signifie que la demande de convertisseurs analogique-numérique (CAN) plus avancés augmente. Pour répondre aux exigences modernes, des convertisseurs analogique-numérique avec des taux d'échantillonnage supérieurs à 1 GHz ont vu le jour. Cet article discutera de l'utilisation d'ADC plus rapides lors du développement de nouvelles applications, ainsi que lors de la mise à niveau des anciennes.

Rappelez-vous la règle de Nyquist

Lors de la sélection d'un convertisseur analogique-numérique pour un appareil haute fréquence, n'oubliez pas que le taux d'échantillonnage de l'ADC doit être au moins deux fois supérieur à la bande passante du signal à numériser. Ce taux d'échantillonnage est appelé fréquence de Nyquist. Notez que le terme « bande passante » est utilisé et non « fréquence ». Si le signal d’entrée est différent d’une onde sinusoïdale, il est alors considéré comme complexe. Par exemple, une impulsion composée d'une sinusoïde principale et de plusieurs harmoniques conformément au théorème de Fourier. Les signaux modulés contiennent également une large gamme de fréquences qui doivent être prises en compte lors du choix de la fréquence d'échantillonnage.

Considérons une onde carrée composée de la fréquence fondamentale d'une onde sinusoïdale et d'un nombre infini d'harmoniques impaires. Pour un signal carré de 300 MHz, la fréquence d'échantillonnage du CAN doit être au moins deux fois supérieure à la cinquième fréquence harmonique, soit 3 GHz. Les signaux plus complexes, tels que les signaux radar ou modulés, nécessitent des taux de traitement tout aussi élevés pour capturer avec précision tous les détails du signal.

Un exemple est le récepteur des stations de traitement de signal LTE Advanced, qui utilisent l'agrégation de médias pour un débit plus élevé et des taux de transfert de données accrus. Plusieurs canaux LTE standard de 20 MHz sont regroupés pour fournir une bande passante de 40, 80 et 160 MHz afin d'offrir un débit OFDM plus élevé.

Application d'ADC haute vitesse dans divers systèmes

Les principales applications des CAN haute vitesse concernent les appareils radio définis par logiciel (SDR). La plupart des SDR modernes utilisent une architecture à conversion directe (zéro IF), dans laquelle le signal d'entrée est numérisé directement après filtrage et amplification. Lorsque vous travaillez avec des signaux UHF ou haute fréquence (UHF ou micro-ondes), le convertisseur analogique-numérique doit avoir une fréquence d'échantillonnage élevée. Un exemple est un récepteur de station de base cellulaire.

En outre, les CAN à grande vitesse peuvent être utilisés dans d'autres systèmes, tels que les systèmes de guerre électronique (guerre électronique), les systèmes d'enregistrement RF et les équipements radar. Très souvent, des convertisseurs analogique-numérique à grande vitesse sont utilisés dans les équipements de technologie de mesure et de réflectométrie (OTDR). C'est un élément important des récepteurs numériques à prédistorsion utilisés dans les amplificateurs de puissance RF linéaires.

Vous trouverez ci-dessous le schéma fonctionnel du Texas Instruments ADC32RF45 utilisé dans les récepteurs SDR à conversion directe :

Le filtre passe-bande d'entrée sélectionne le signal souhaité, l'amplificateur à faible bruit l'amplifie et le signal est envoyé à un amplificateur numérique à gain variable, qui fournit le niveau de signal d'entrée approprié au convertisseur analogique-numérique. Les filtres hors bande empêchent l'alias. L'ADC fonctionne avec un synthétiseur PLL externe et un nettoyeur de gigue. Il se connecte au processeur DSP via l'interface JESD2048.

Les produits qui utilisent l'ADC32RF45 incluent les modules radio logiciels FlexorSet de Pentek. Ces modules sont conçus pour aider les ingénieurs à concevoir des équipements de communication personnalisés et à expérimenter divers équipements SDR. Les modules offrent deux canaux ADC et deux canaux DAC (). Le FPGA Xilinx doté d'un logiciel interne pour l'acquisition de données et la génération de signaux DAC facilite l'expérimentation.

Exigences de conception

L'étape de conception la plus importante de l'ADC32RF45 sera la sélection correcte des éléments du circuit d'entrée. En particulier, les filtres de lissage hors bande doivent correspondre à l'impédance d'entrée du CAN. Ceci est essentiel pour garantir une planéité maximale dans la bande du filtre et de préférence en dehors de la zone de rejet.

Pour simplifier la conception, il est recommandé d’utiliser les paramètres S (paramètres de dispersion). Les paramètres S dans le domaine fréquentiel sont liés à des quantités qui simulent le comportement des circuits et composants radiofréquence. Ces valeurs complexes sont généralement représentées sous forme matricielle qui peut être manipulée pour illustrer le comportement et les performances des circuits et des composants. Ils sont préférés lors de la conception de systèmes associés aux lignes de transmission, aux filtres et autres dispositifs haute fréquence.

De plus, une conception de référence complète avec module d'évaluation (EVM) contribuera à accélérer et à simplifier le processus de conception.