Comunicato stampa. Conversione da analogico a digitale per sistemi di acquisizione dati e microconvertitori per principianti

In un progetto ADC a ponderazione diretta, se i comparatori vengono sostituiti da amplificatori lineari e le tensioni di uscita di ciascuno vengono confrontate utilizzando una serie di comparatori con tensioni di riferimento multiple, l'impedenza di ingresso può essere aumentata. È vero, il numero di comparatori e porte logiche nel circuito di decodifica non diminuirà.

Hewlett-Packard ha brevettato un nuovo metodo chiamato decodifica analogica, che teoricamente consente la conversione da analogico a digitale a N bit per utilizzare solo N comparatori, latch e porte XOR.

Il metodo si basa sull'uso di circuiti di decodifica analogici che operano a più livelli, a differenza dei comparatori convenzionali che operano su uno solo.

2.4. Codifica dell'uscita

In un ADC a pesatura diretta, le uscite dei comparatori le cui tensioni di riferimento sono inferiori al segnale di ingresso sono nello stato 1 e quelle le cui tensioni di riferimento sono maggiori del segnale di ingresso sono nello stato 0. Per analogia con un termometro a mercurio, tale uscita il codice è detto termometrico. Quando il segnale di ingresso cambia, lo stato di un solo comparatore cambia in un dato momento. Tuttavia, i momenti di funzionamento di quest'ultimo e l'arrivo degli impulsi di clock dei flip-flop-latch sono indipendenti, il che, con certi rapporti tra i ritardi di questi elementi, può portare alla comparsa di instabilità del codice di uscita dell'ADC , denominato “codice scintillante”. Un modo per combattere questo fenomeno è costruire un dispositivo di decodifica utilizzando un codice Gray, in cui lo stato di un solo bit alla volta può cambiare.

2.5. Funzione di rilevamento del picco

Per poter registrare un frammento di segnale di grandi dimensioni nella memoria limitata disponibile nel dispositivo, la frequenza di campionamento deve essere ridotta rispetto alla massima possibile. In questo caso, brevi picchi di segnale potrebbero non essere rilevati. Per prevenire questo fenomeno, è possibile utilizzare la seguente tecnica. La frequenza di campionamento è sempre massima. Il risultato di ciascun N-esimo campione viene memorizzato per la memorizzazione, dove N è il fattore di divisione della frequenza di campionamento. Per evidenziare la massima tensione positiva nell'intervallo tra le registrazioni, il valore del campione corrente viene costantemente confrontato con quello precedente e viene memorizzato quello maggiore. Allo stesso modo, viene evidenziata la tensione negativa massima. Tali dispositivi "intelligenti" che utilizzano l'algoritmo ricorsivo descritto sono integrati in alcuni nuovi oscilloscopi digitali. Ad esempio, l'oscilloscopio Hewlett-Packard HP54800 può memorizzare impulsi fino a 500 ps, ​​che corrisponde ad una frequenza di campionamento di 2 GHz.

Riso. 1. Schema a blocchi di un ADC a pesatura diretta “classico”.

Riso. 2. Struttura interpolante dell'ADC a pesatura diretta

Con l'algoritmo descritto, la durata minima dell'impulso allocato è limitata dal tempo dell'intero ciclo di conversione ADC, una parte significativa del quale viene spesa per convertire il codice di uscita della linea del comparatore in un segnale di uscita utilizzando un circuito logico multistadio. Modificando il circuito logico dell'ADC, il ritardo di quest'ultimo può essere ridotto al ritardo di un latch trigger. La struttura di tale rilevatore di picco digitale TDC1035 di Raytheon è mostrata in Fig. 3. Si differenzia da quello "classico" (Fig. 1) in quanto al posto dei D-trigger con gate, qui vengono utilizzati i trigger RS, che vengono attivati ​​immediatamente dopo l'arrivo del segnale del comparatore corrispondente e rimangono in questo stato fino all'arrivo di l'impulso di ripristino. Il codice di uscita "termometrico" della barra flip-flop RS rappresenta il codice del valore di picco del segnale. Il tempo per la sua trasformazione in una forma standard non ha più rigide restrizioni. Questo ADC è realizzato utilizzando una tecnologia piuttosto vecchia e ha una durata dell'impulso garantita misurata con una precisione completa di 8 bit di 30 ns.

Riso. 3. Schema a blocchi di un rilevatore di picco con pesatura diretta ADC Raytheon TDC1035

3. ADC della pipeline

Come accennato in precedenza, la larghezza massima di bit di un ADC a pesatura diretta è 10. Per aumentare la risoluzione è necessario utilizzare altre strutture. Molti degli attuali ADC ad alta velocità sono costituiti da nodi che elaborano sequenzialmente il segnale su diversi cicli di clock campione. In questo caso, la frequenza di comparsa dei codici di uscita è uguale alla frequenza del segnale di campionamento. Sono chiamati ADC di tipo pipeline.

3.1. ADC a corrente approssimativa di pipeline (Subranging)

In questo caso, oggi il metodo più comune, un gruppo di bit di ordine superiore viene prima convertito in forma digitale (conversione approssimativa). Utilizzando un DAC, il codice ricevuto viene convertito in un segnale analogico, che viene sottratto dall'ingresso. La differenza di tensione viene amplificata e fornita all'ADC, che converte un gruppo di bit di ordine basso (conversione precisa). Il numero di tali trasformazioni chiarificatrici, e quindi di cascate, può essere piuttosto elevato. Gli ADC di ordine basso e alto funzionano simultaneamente, elaborando in sequenza i campioni in arrivo. Il dispositivo può utilizzare ADC interni basati su principi diversi: pesatura diretta o, ad esempio, MagAmp, discussi di seguito.

Nella fig. La Figura 4 mostra la struttura dell'avanzato ADC Subranging AD9042 a 12 bit di Analog Devices, disponibile nelle versioni con frequenze di campionamento di 60 e 41 MHz. Il primo circuito sample-and-hold, SHA1, memorizza il campione del segnale nel modo consueto per la durata della conversione. Il suo segnale di uscita viene convertito da un ADC, il cui codice di uscita è memorizzato in un registro buffer e viene utilizzato anche per controllare il DAC. Il circuito sample-and-hold SHA2 viene utilizzato per impedire che il funzionamento del primo ADC influisca sulla precisione della parte successiva del dispositivo. Il segnale DAC viene sottratto dal suo segnale di uscita. La differenza di tensione viene amplificata e memorizzata dal circuito di campionamento e mantenimento SHA3 per il tempo richiesto per far funzionare il secondo ADC. Se il primo ADC funziona correttamente, il suo errore non supererà uno nel bit meno significativo. Il numero di bit del secondo convertitore è selezionato in modo tale che il numero di bit del primo e del secondo ADC sia maggiore di uno rispetto alla capacità di bit dell'ADC nel suo complesso. Il bit in eccesso viene utilizzato per correggere l'errore di conversione del primo ADC. Per fare questo, il DAC deve avere una precisione non inferiore a quella dell’ADC nel suo insieme, cioè in questo caso 12 bit, e l’amplificatore sommatore deve avere un guadagno tale che il peso del bit più significativo di il secondo ADC non è altro che il bit meno significativo del primo. In questo caso il circuito logico correttore, che è un sommatore completo, sarà in grado di ridurre l'errore di conversione ad un valore corrispondente ad un dato numero di bit dell'ADC. Una particolarità è l'utilizzo di un ADC del tipo MagAmps, ben sviluppato dall'azienda, e per ottenere elevata linearità e prestazioni, un DAC con 63 sorgenti di corrente, il coefficiente di ponderazione di ciascuna delle quali corrisponde ad un codice specifico. Le idee tecniche contenute in questa struttura vengono utilizzate in numerosi altri prodotti Analog Devices.

Riso. 4. Schema a blocchi di un ADC a pipeline con logica di correzione Analog Devices AD9042

L'ADC ADS807 ha una struttura simile, utilizzata da Burr-Brown in tutte le serie di ADC ad alta velocità: ADS80X a 12 bit (ADS807 più veloce - 53 MHz), ADS82X e ADS90X a 10 bit (ADS824 più veloce - 70 MHz), 8- bit ADS83X e ADS93X (ADS831 più veloce - 80 MHz).

Anche tutti gli ADC ad alta velocità di Texas Instruments si basano su questo metodo. Poiché utilizzano ADC interni a ponderazione diretta (Flash), l'azienda chiama la loro struttura Samiflash. Ad eccezione del TLC876, sono tutti a 8 bit e utilizzano due ADC interni a 4 bit. Il più veloce di questi è TLV5580 (8 bit, 80 MHz, tempo di ritardo per la comparsa del codice di uscita è 4,5 cicli di clock), il più preciso è TLC876 (10 bit, 20 MHz, utilizza 5 ADC interni a due bit).

3.2. Multistadio con ADC a bit singolo

Una delle prime versioni di un ADC (ripple) in pipeline consisteva in stadi identici collegati in serie. Ciascuno stadio conteneva un amplificatore, un DAC a un bit e un comparatore [X]. Il segnale di ingresso veniva memorizzato da un circuito sample-and-hold, alimentato al primo comparatore, quando veniva attivato, il segnale DAC a un bit veniva sottratto dal segnale di ingresso, amplificato di 2 volte dall'amplificatore (per ottenere lo stesso sensibilità in tutti gli stadi) e fornito allo stadio successivo come segnale differenziale. Pertanto, ciascuno degli stadi ha effettuato una conversione analogico-digitale a bit singolo. L'insieme dei segnali provenienti dalle uscite di tutti i comparatori rappresentava il risultato della trasformazione, che veniva ricodificato dalla logica di uscita in una forma standard. Il tempo di conversione è stato determinato principalmente dal tempo impiegato dal segnale per attraversare tutte le fasi.

Riso. 5. Schema a blocchi di un ADC MagAmp a un bit: un elemento di un ADC a pipeline

Una struttura di pipeline migliorata costruita da ADC a bit singolo è chiamata Magnitude Amplifiers, o MagAmps in breve, poiché utilizza amplificatori del valore assoluto del segnale. Vengono utilizzati anche altri nomi. Il circuito in cascata equivalente di un tale ADC è mostrato in Fig. 5. Il comparatore determina il segno della tensione di ingresso, in base al quale produce un bit di uscita. Allo stesso tempo controlla il segno del guadagno con cui il segnale entra nello stadio successivo: +2 o –2. La tensione di riferimento VR viene sommata alla tensione all'uscita dell'interruttore, formando un segnale differenza che passa allo stadio successivo. A differenza della variante sopra descritta (ripple), questa dipendenza presenta salti solo nella derivata, ma non presenta salti bruschi in ampiezza, il che aiuta a raggiungere un'elevata velocità di conversione. Il fattore principale che ha consentito di ottenere velocità di conversione elevate è stata la capacità di implementare stadi differenziali ad alta velocità con bassa distorsione e precisione che raggiungono gli 8 bit senza l'uso del feedback nelle nuove strutture di circuiti integrati analogici controllati dalla corrente. A causa della forma della dipendenza, questo ADC è anche chiamato ripiegato e, per la codifica dell'uscita sotto forma di codice Gray, è anche chiamato ADC Gray seriale. Grazie alla loro producibilità, queste strutture vengono spesso utilizzate per costruire ADC a basso costo con buone prestazioni. Ad esempio, Analog Devices nei suoi ADC a 12 bit AD9042, la serie AD922X con frequenza di campionamento fino a 10 MHz, il doppio AD9059 a 8 bit con frequenza di campionamento di 60 MHz (5 MSB) e l'AD9054 a 8 bit con frequenza di campionamento di 200 MHz. tasso (4 cifre senior).

4. Informazioni sull'uso del campionamento multifase

Quando i segnali di campionamento sono instabili, che di solito si manifesta sotto forma di jitter di fase, su segnali con una frequenza commisurata alla frequenza di campionamento, si osserva la comparsa di caratteristiche distorsioni non lineari, tanto maggiori quanto maggiore è la velocità di variazione del segnale . Vengono adottate misure speciali per migliorare la stabilità temporale dei generatori di clock, ad esempio i nuovi oscilloscopi Hewlett-Packard utilizzano un circuito di modellazione del loop ad aggancio di fase, che fornisce un segnale di clock molto stabile.

Spesso negli ADC ad alta velocità costruiti secondo vari principi, al fine di aumentare la frequenza di campionamento equivalente del dispositivo nel suo insieme, diversi ADC vengono utilizzati in parallelo sugli ingressi e sui campioni con uno spostamento temporale l'uno rispetto all'altro. Questo metodo, chiamato campionamento multifase, offre vantaggi significativi in ​​termini di velocità di conversione se il tempo di registrazione (campionamento) di un segnale in una cella di memorizzazione fisica è significativamente inferiore al tempo che intercorre dall'arrivo del segnale di campionamento alla comparsa del segnale sull'ADC. produzione. Ad esempio, nell'AD9059 menzionato sopra, il tempo di campionamento del circuito sample-and-hold su chip è 1 ns e l'intervallo minimo tra i segnali di campionamento è 16,7 ns. Tuttavia, questa opportunità deve essere utilizzata con attenzione. Le limitazioni causate dall'insufficiente stabilità dei segnali di campionamento e dalla differenza nel tempo di conversione degli ADC inclusi nel dispositivo portano al fatto che ora molto spesso viene utilizzato l'interleaving di soli due ADC implementati su un chip, come l'AD9058, oppure questa possibilità viene del tutto abbandonata, come nei nuovi oscilloscopi di Hewlett-Packard.

Letteratura

1. Catalogo Tektronix, 1988.
2. Denbnovetsky S.V. et al., Oscilloscopi a memoria a raggi catodici. Mosca, “Radio e comunicazioni”, 1990.
3. La moltiplicazione dell'orologio 20X sposta la velocità di digitalizzazione degli oscilloscopi portatili su Hiperdrive. Richard B. Rudloff, Hewlett-Packard Corp.
4. Registratore digitale di segnali a impulsi AFI-1700. Descrizione tecnica e istruzioni per l'uso. Istituto di fisica nucleare, filiale siberiana dell'Accademia delle scienze dell'URSS, 1994.
5. ADC flash a 8 bit da 500 Mpsps, Guida alla progettazione analogica, 7a edizione, Maxim Integrated Products, Inc.
6. Walt Kester. Campionamento ad alta velocità e ADC ad alta velocità. Tecniche di progettazione ad alta velocità, Analog Devices Inc.
7. Inverno 1999 Manuale di riferimento del progettista, CD, Analog Devices Inc.
8. 1997 Libro dati, CD, Divisione Semiconduttori di Raytheon Electronics.
9. Catalogo su CD-ROM 1999, Burr-Brown Corporation.
10. Guida del progettista e libro dati.

Diamo un'occhiata alla gamma principale di problemi che possono essere attribuiti ai principi operativi di diverso tipo. Conteggio sequenziale, bilanciamento bit a bit: cosa si nasconde dietro queste parole? Qual è il principio di funzionamento di un ADC a microcontrollore? Considereremo queste, così come una serie di altre domande, nel quadro dell'articolo. Dedicheremo le prime tre parti alla teoria generale, e dal quarto sottotitolo studieremo il principio del loro funzionamento. Potresti incontrare i termini ADC e DAC in varia letteratura. Il modo in cui funzionano questi dispositivi è leggermente diverso, quindi non confonderli. Quindi, l'articolo esaminerà la forma da analogica a digitale, mentre il DAC funziona al contrario.

Definizione

Prima di considerare il principio di funzionamento di un ADC, scopriamo di che tipo di dispositivo si tratta. I convertitori analogico-digitali sono dispositivi che convertono una quantità fisica in una corrispondente rappresentazione numerica. Il parametro iniziale può essere praticamente qualsiasi cosa: corrente, tensione, capacità, resistenza, angolo di rotazione dell'albero, frequenza degli impulsi e così via. Ma per essere sicuri, lavoreremo solo con una trasformazione. Questo è il "codice tensione". La scelta di questo formato di lavoro non è casuale. Dopotutto, l'ADC (il principio di funzionamento di questo dispositivo) e le sue caratteristiche dipendono in gran parte dal concetto di misurazione utilizzato. Questo è inteso come il processo di confronto di un determinato valore con uno standard precedentemente stabilito.

Caratteristiche dell'ADC

I principali sono la profondità di bit e la frequenza di conversione. Il primo è espresso in bit e il secondo in conteggi al secondo. I moderni convertitori analogico-digitali possono avere una risoluzione di 24 bit o velocità di conversione che raggiungono le unità GSPS. Tieni presente che l'ADC può fornirti solo una caratteristica alla volta. Maggiori sono i loro indicatori, più difficile è lavorare con il dispositivo e il dispositivo stesso costa di più. Ma fortunatamente, puoi ottenere gli indicatori di profondità di bit necessari sacrificando la velocità del dispositivo.

Tipi di ADC

Il principio di funzionamento varia tra i diversi gruppi di dispositivi. Considereremo le seguenti tipologie:

1. Con conversione diretta.
2. Con approssimazione successiva.
3. Con conversione parallela.
4. Convertitore analogico-digitale con bilanciamento di carica (delta-sigma).
5. Integrazione degli ADC.

Esistono molti altri tipi di trasportatori e combinazioni che presentano caratteristiche speciali con architetture diverse. Ma quei campioni che verranno considerati nell'ambito dell'articolo sono interessanti perché svolgono un ruolo indicativo nella loro nicchia di dispositivi di questa specificità. Studiamo quindi il principio di funzionamento dell'ADC e la sua dipendenza dal dispositivo fisico.

Convertitori diretti analogico-digitali

Sono diventati molto popolari negli anni '60 e '70 del secolo scorso. Sono stati prodotti in questa forma dagli anni '80. Si tratta di dispositivi molto semplici, persino primitivi, che non possono vantare prestazioni significative. La loro larghezza in bit è solitamente di 6-8 bit e la velocità raramente supera 1 GSPS.

Il principio di funzionamento di questo tipo di ADC è il seguente: gli ingressi positivi dei comparatori ricevono contemporaneamente un segnale di ingresso. Ai terminali negativi viene applicata una tensione di una certa entità. E poi il dispositivo determina la sua modalità operativa. Questo avviene grazie alla tensione di riferimento. Diciamo che abbiamo un dispositivo con 8 comparatori. Quando viene applicata ½ tensione di riferimento, solo 4 di essi verranno accesi. L'encoder prioritario verrà generato e registrato nel registro di uscita. Per quanto riguarda i vantaggi e gli svantaggi, possiamo dire che il lavoro consente di creare dispositivi ad alta velocità. Ma per ottenere la profondità di bit richiesta bisogna lavorare sodo.

La formula generale per il numero di comparatori è simile a questa: 2^N. Sotto N devi inserire il numero di cifre. L'esempio discusso in precedenza può essere utilizzato nuovamente: 2^3=8. In totale, per ottenere la terza cifra, sono necessari 8 comparatori. Questo è il principio di funzionamento degli ADC creati per primi. Non è molto conveniente, quindi successivamente sono apparse altre architetture.

Convertitori analogico-digitali ad approssimazioni successive

Questo utilizza un algoritmo di "ponderazione". In breve, i dispositivi che utilizzano questa tecnica sono semplicemente chiamati ADC a conteggio seriale. Il principio di funzionamento è il seguente: il dispositivo misura il valore del segnale di ingresso e quindi lo confronta con i numeri generati utilizzando un determinato metodo:

1. Viene impostata la metà della possibile tensione di riferimento.
2. Se il segnale ha superato il valore limite dal punto n. 1, viene confrontato con il numero che si trova a metà tra il valore rimanente. Quindi nel nostro caso sarà pari a ¾ della tensione di riferimento. Se il segnale di riferimento non raggiunge questo indicatore, verrà effettuato un confronto con un'altra parte dell'intervallo secondo lo stesso principio. In questo esempio è ¼ della tensione di riferimento.
3. Il passaggio 2 deve essere ripetuto N volte, il che ci darà N bit del risultato. Ciò è dovuto all'esecuzione di un numero N di confronti.

Questo principio di funzionamento consente di ottenere dispositivi con una velocità di conversione relativamente elevata, che sono ADC ad approssimazioni successive. Il principio di funzionamento, come puoi vedere, è semplice e questi dispositivi sono perfetti per vari casi.

Convertitori A/D paralleli

Funzionano in modo simile ai dispositivi seriali. La formula di calcolo è (2^H)-1. Per il caso considerato in precedenza, avremo bisogno dei comparatori (2^3)-1. Per funzionare viene utilizzata una serie specifica di questi dispositivi, ciascuno dei quali può confrontare la tensione di ingresso e quella di riferimento individuale. I convertitori paralleli analogico-digitali sono dispositivi abbastanza veloci. Ma il principio di progettazione di questi dispositivi è tale che per mantenerne la funzionalità è necessaria una potenza significativa. Pertanto non è consigliabile utilizzarli con l'alimentazione a batteria.

Convertitore analogico-digitale con bilanciamento dei bit

Funziona secondo uno schema simile al dispositivo precedente. Pertanto, per spiegare il funzionamento di un ADC con bilanciamento bit a bit, il principio di funzionamento per i principianti verrà discusso letteralmente a colpo d'occhio. Questi dispositivi si basano sul fenomeno della dicotomia. In altre parole, viene effettuato un confronto sequenziale del valore misurato con una certa parte del valore massimo. Si possono assumere valori di ½, 1/8, 1/16 e così via. Pertanto, un convertitore analogico-digitale può completare l'intero processo in N iterazioni (passaggi successivi). Inoltre, H è uguale alla capacità in bit dell'ADC (guarda le formule fornite in precedenza). Pertanto, otteniamo un notevole guadagno di tempo, se la velocità dell'attrezzatura è particolarmente importante. Nonostante la loro notevole velocità, questi dispositivi sono caratterizzati anche da un basso errore statico.

Convertitori analogico-digitali con bilanciamento di carica (delta-sigma)

Questo è il tipo di dispositivo più interessante, anche per il suo principio di funzionamento. Consiste nel confrontare la tensione in ingresso con quella accumulata dall'integratore. All'ingresso vengono forniti impulsi con polarità negativa o positiva (tutto dipende dal risultato dell'operazione precedente). Pertanto, possiamo dire che un tale convertitore analogico-digitale è un semplice sistema di tracciamento. Ma questo è solo un esempio di confronto in modo che tu possa capire l'ADC. Il principio di funzionamento è sistemico, ma per il funzionamento efficace di questo convertitore analogico-digitale non è sufficiente. Il risultato finale è un flusso infinito di uno e zero che scorre attraverso il filtro passa-basso digitale. Da essi si forma una determinata sequenza di bit. Viene fatta una distinzione tra convertitori ADC del primo e del secondo ordine.

Integrazione di convertitori analogico-digitali

Questo è l'ultimo caso speciale che verrà considerato nell'articolo. Successivamente descriveremo il principio di funzionamento di questi dispositivi, ma a livello generale. Questo ADC è un convertitore analogico-digitale con integrazione push-pull. Puoi trovare un dispositivo simile in un multimetro digitale. E questo non è sorprendente, perché forniscono un'elevata precisione e allo stesso tempo sopprimono bene le interferenze.

Ora concentriamoci sul suo principio di funzionamento. Consiste nel fatto che il segnale in ingresso carica il condensatore per un tempo fisso. Di norma, questo periodo è un'unità della frequenza della rete che alimenta il dispositivo (50 Hz o 60 Hz). Può anche essere multiplo. In questo modo vengono soppresse le interferenze ad alta frequenza. Allo stesso tempo, l'influenza della tensione instabile della fonte di elettricità della rete sulla precisione del risultato viene neutralizzata.

Quando termina il tempo di carica del convertitore analogico-digitale, il condensatore inizia a scaricarsi ad una certa velocità fissa. Il contatore interno del dispositivo conta il numero di impulsi di clock generati durante questo processo. Pertanto, più lungo è il periodo di tempo, più significativi sono gli indicatori.

Gli ADC con integrazione push-pull sono estremamente accurati e per questo motivo, oltre a una struttura costruttiva relativamente semplice, sono progettati come microcircuiti. Lo svantaggio principale di questo principio di funzionamento è la sua dipendenza dall'indicatore di rete. Ricorda che le sue capacità sono legate alla durata del periodo di frequenza della fonte di alimentazione.

Ecco come funziona un ADC a doppia integrazione. Sebbene il principio di funzionamento di questo dispositivo sia piuttosto complesso, fornisce indicatori di qualità. In alcuni casi questo è semplicemente necessario.

Scegliamo un APC con il principio di funzionamento di cui abbiamo bisogno

Diciamo che ci troviamo di fronte a un certo compito. Quale dispositivo dovremmo scegliere affinché possa soddisfare tutte le nostre esigenze? Innanzitutto, parliamo di risoluzione e precisione. Molto spesso si confondono, anche se in pratica dipendono molto debolmente l'uno dall'altro. Ricordare che un convertitore A/D a 12 bit potrebbe avere una precisione inferiore rispetto a un convertitore A/D a 8 bit. In questo caso, la risoluzione è una misura di quanti segmenti possono essere estratti dall'intervallo di ingresso del segnale da misurare. Pertanto, gli ADC a 8 bit hanno 2 8 = 256 unità di questo tipo.

La precisione è la deviazione totale del risultato della conversione risultante dal valore ideale che dovrebbe trovarsi a una determinata tensione di ingresso. Cioè, il primo parametro caratterizza le potenziali capacità dell'ADC e il secondo mostra ciò che abbiamo nella pratica. Pertanto, per noi potrebbe essere adatto un tipo più semplice (ad esempio convertitori diretti da analogico a digitale), che soddisferà le esigenze grazie all'elevata precisione.

Per avere un'idea di ciò che è necessario, devi prima calcolare i parametri fisici e costruire una formula matematica per l'interazione. Gli errori statici e dinamici sono importanti in essi, perché quando si utilizzano componenti e principi diversi per costruire un dispositivo, avranno effetti diversi sulle sue caratteristiche. Informazioni più dettagliate sono reperibili nella documentazione tecnica offerta dal produttore di ogni specifico dispositivo.

Esempio

Diamo un'occhiata all'ADC SC9711. Il principio di funzionamento di questo dispositivo è complesso a causa delle sue dimensioni e capacità. A proposito, parlando di quest'ultimo, va notato che sono veramente diversi. Quindi, ad esempio, la frequenza di funzionamento possibile varia da 10 Hz a 10 MHz. In altre parole, possono essere necessari 10 milioni di campioni al secondo! E il dispositivo in sé non è qualcosa di solido, ma ha una struttura modulare. Ma viene utilizzato, di regola, in tecnologie complesse, dove è necessario lavorare con un gran numero di segnali.

Conclusione

Come puoi vedere, gli ADC si basano su principi operativi diversi. Questo ci permette di selezionare i dispositivi che soddisferanno le tue esigenze e allo stesso tempo ti permetteranno di gestire saggiamente i fondi disponibili.

65 nanometri è il prossimo obiettivo dell'impianto Angstrem-T di Zelenograd, che costerà 300-350 milioni di euro. L'azienda ha già presentato alla Vnesheconombank (VEB) una richiesta per un prestito agevolato per l'ammodernamento delle tecnologie di produzione, ha riferito questa settimana Vedomosti con riferimento al presidente del consiglio di amministrazione dello stabilimento, Leonid Reiman. Ora Angstrem-T si prepara a lanciare una linea di produzione di microcircuiti con topologia a 90 nm. I pagamenti del precedente prestito VEB, per il quale è stato acquistato, inizieranno a metà del 2017.

Pechino fa crollare Wall Street

I principali indici americani hanno segnato i primi giorni del nuovo anno con un calo record; il miliardario George Soros ha già avvertito che il mondo sta affrontando una ripetizione della crisi del 2008.

Il primo processore consumer russo Baikal-T1, al prezzo di 60 dollari, viene lanciato nella produzione di massa

L'azienda Baikal Electronics promette di lanciare nella produzione industriale il processore russo Baikal-T1 che costerà circa 60 dollari all'inizio del 2016. I dispositivi saranno richiesti se il governo creerà questa domanda, dicono gli operatori di mercato.

MTS ed Ericsson svilupperanno e implementeranno congiuntamente il 5G in Russia

Mobile TeleSystems PJSC ed Ericsson hanno stipulato accordi di cooperazione per lo sviluppo e l'implementazione della tecnologia 5G in Russia. Nei progetti pilota, anche durante la Coppa del Mondo 2018, MTS intende testare gli sviluppi del fornitore svedese. All'inizio del prossimo anno, l'operatore avvierà un dialogo con il Ministero delle Telecomunicazioni e delle Comunicazioni di massa sulla formazione dei requisiti tecnici per la quinta generazione di comunicazioni mobili.

Sergey Chemezov: Rostec è già una delle dieci società di ingegneria più grandi al mondo

Il capo di Rostec, Sergei Chemezov, in un'intervista a RBC, ha risposto a domande urgenti: sul sistema Platon, i problemi e le prospettive di AVTOVAZ, gli interessi della Corporazione statale nel settore farmaceutico, ha parlato di cooperazione internazionale nel contesto delle sanzioni pressione, sostituzione delle importazioni, riorganizzazione, strategia di sviluppo e nuove opportunità in tempi difficili.

Rostec si difende e invade gli allori di Samsung e General Electric

Il Consiglio di Sorveglianza di Rostec ha approvato la “Strategia di sviluppo fino al 2025”. Gli obiettivi principali sono aumentare la quota di prodotti civili ad alta tecnologia e raggiungere General Electric e Samsung negli indicatori finanziari chiave.

12/09/2013 - Norwood, Massachusetts, Stati Uniti

Dispositivi analogici, Inc. (NASDAQ: ADI) ha introdotto la famiglia di convertitori analogico-digitali (ADC) PulSAR® a 18 bit con un throughput di 5 milioni di campioni al secondo (MSPS), il doppio della velocità di qualsiasi registro ad approssimazioni successive oggi disponibile, SAR). Con il suo throughput leader del settore, il rumore di fondo migliore della categoria e l'elevata linearità, l'ADC PulSAR AD7960 è ideale per applicazioni multiplex a bassa potenza come la radiografia digitale e applicazioni sovracampionate tra cui spettroscopia e controllo del gradiente. e analisi cromatografica dei gas.

A differenza di altri ADC a 18 bit, dove frequenze di campionamento più elevate vanno a scapito di un maggiore consumo energetico e di una precisione ridotta, AD7960 consuma 39 mW a 5 MSPS ed è ottimizzato per mantenere un'eccellente linearità in modalità statica (+/- 0,8 LSB non linearità integrale) e elevate caratteristiche dinamiche (rapporto segnale-rumore 99 dB) anche alla massima velocità. Questo nuovo convertitore offre anche il miglior rapporto rumore di fondo/fondo scala di 22,4 nV/√Hz della sua categoria. Le dimensioni ridotte del package aiutano i progettisti a soddisfare i rigorosi requisiti di dimensioni, termici e di alimentazione associati ai sistemi con un numero elevato di canali.

Analog Devices ha inoltre introdotto la famiglia di ADC PulSAR AD7961 a 16 bit, che supporta un eccellente rapporto segnale/rumore (95,5 dB) e non linearità integrale (+/- 0,2 LSB) a 5 MSPS.

• Scarica la scheda tecnica, guarda il video, ordina campioni e schede di valutazione:
• Circuiti dal progetto di esempio del laboratorio: catena di segnale di precisione, a basso consumo, a 18 bit per un sistema di acquisizione dati da 5 MSPS
• Connettiti con altri sviluppatori ed esperti di prodotto di Analog Devices nella community di supporto online EngineerZone™:

Gli ADC PulSAR AD7960 e AD7691 sono destinati ai sistemi di acquisizione dati

Gli ADC PulSAR AD7961 e AD7960 compatibili con i pin consentono sistemi di acquisizione dati a 16/18 bit facili da modificare per applicazioni industriali e sanitarie. Sono dotati di un'interfaccia LVDS (segnalazione differenziale a bassa tensione) configurabile e a basso rumore che consente la ricezione dei dati dal convertitore a velocità fino a 300 MHz.

Prezzo e disponibilità per l'ordine

Prodotto	Disponibilità del campione/produzione in serie	Autorizzazione	SNR (tipico)	Ritmo. allineare	Prezzo per pezzo per ordini di 1000 pezzi	Telaio
AD7960	Ora	18 bit		Da -40°C a 85°C	$31.00	LFCSP a 32 pin
AD7961	Ora	16 bit	95,5 dB	Da -40°C a 85°C	$21.00	LFCSP a 32 pin

L'AD7960 può essere utilizzato con l'amplificatore rail-to-rail a bassa potenza ADA4897, l'amplificatore rail-to-rail AD8031 e le sorgenti di tensione di riferimento ADR4540 o ADR4550 per la realizzazione di catene di segnali di precisione complete, a bassa potenza.

• Informazioni sui dispositivi analogici
• • Innovazione, eccellenza delle prestazioni e qualità insuperabile dei prodotti sono le basi fondamentali che hanno permesso ad Analog Devices di essere per molti anni una delle aziende di maggior successo finanziario nel mercato dei componenti elettronici. Leader globale nelle tecnologie di elaborazione dei segnali e conversione dei dati, Analog Devices serve più di 60.000 clienti praticamente in ogni settore dell'industria elettronica. Analog Devices ha sede a Norwood, Massachusetts, USA, con centri di progettazione e siti di produzione in tutto il mondo. Analog Devices è inclusa nell'indice azionario S&P 500.

• Abbonati a , la rivista tecnica settimanale dell'ADI.

  PulSAR è un marchio registrato di Analog Devices, Inc.

Redattori - informazioni di contatto:

L’espansione delle reti dati wireless che utilizzano frequenze portanti e velocità di trasmissione dati sempre più elevate pone sfide sempre più urgenti al miglioramento della digitalizzazione del segnale. Ciò significa che la domanda di convertitori analogico-digitali (ADC) più avanzati è in aumento. Per soddisfare i requisiti moderni, sono emersi convertitori analogico-digitali con frequenze di campionamento superiori a 1 GHz. Questo articolo discuterà l'uso di ADC più veloci durante lo sviluppo di nuove applicazioni, nonché durante l'aggiornamento di quelle vecchie.

Ricorda la regola di Nyquist

Quando si seleziona un convertitore analogico-digitale per un dispositivo ad alta frequenza, ricordare che la frequenza di campionamento dell'ADC deve essere due o più volte la larghezza di banda del segnale da digitalizzare. Questa frequenza di campionamento è chiamata frequenza di Nyquist. Tieni presente che viene utilizzato il termine "larghezza di banda" e non "frequenza". Se il segnale in ingresso è diverso da un'onda sinusoidale, è considerato complesso. Ad esempio, un impulso costituito da una sinusoide principale e da più armoniche secondo il teorema di Fourier. I segnali modulati contengono anche un'ampia gamma di frequenze di cui occorre tenere conto nella scelta della frequenza di campionamento.

Consideriamo un'onda quadra costituita dalla frequenza fondamentale di un'onda sinusoidale e da un numero infinito di armoniche dispari. Per un segnale a onda quadra da 300 MHz, la frequenza di campionamento dell'ADC deve essere almeno il doppio della frequenza della quinta armonica, ovvero 3 GHz. Segnali più complessi, come quelli radar o modulati, richiedono velocità di elaborazione altrettanto elevate per acquisire con precisione tutti i dettagli del segnale.

Un esempio è il ricevitore delle stazioni di elaborazione del segnale LTE Advanced, che utilizzano l'aggregazione dei media per un throughput più elevato e una maggiore velocità di trasferimento dei dati. Diversi canali LTE standard da 20 MHz sono raggruppati per fornire una larghezza di banda di 40, 80 e 160 MHz per fornire un throughput OFDM più elevato.

Applicazione di ADC ad alta velocità in vari sistemi

Le principali applicazioni degli ADC ad alta velocità riguardano i dispositivi radio definiti dal software (SDR). La maggior parte degli SDR moderni utilizzano un'architettura a conversione diretta (zero IF), in cui il segnale di ingresso viene digitalizzato direttamente dopo il filtraggio e l'amplificazione. Quando si lavora con segnali UHF o ad alta frequenza (UHF o microonde), il convertitore analogico-digitale deve avere un'elevata frequenza di campionamento. Un esempio è il ricevitore di una stazione base cellulare.

Inoltre, gli ADC ad alta velocità possono essere utilizzati in altri sistemi, come sistemi di guerra elettronica (guerra elettronica), sistemi di registrazione RF e apparecchiature radar. Molto spesso, i convertitori analogico-digitali ad alta velocità vengono utilizzati nelle apparecchiature di tecnologia di misurazione e riflettometria (OTDR). È una parte importante dei ricevitori a predistorsione digitale utilizzati negli amplificatori di potenza RF lineari.

Di seguito è riportato lo schema a blocchi dell'ADC32RF45 di Texas Instruments utilizzato nei ricevitori SDR a conversione diretta:

Il filtro passa banda in ingresso seleziona il segnale desiderato, l'amplificatore a basso rumore lo amplifica e il segnale viene inviato a un amplificatore digitale a guadagno variabile, che fornisce il livello appropriato del segnale in ingresso al convertitore analogico-digitale. I filtri fuori banda impediscono l'aliasing. L'ADC funziona con un sintetizzatore PLL esterno e un pulitore jitter. Si collega al processore DSP utilizzando l'interfaccia JESD2048.

I prodotti che utilizzano ADC32RF45 includono i moduli radio software FlexorSet di Pentek. Questi moduli sono progettati per aiutare gli ingegneri a progettare apparecchiature di comunicazione personalizzate e a sperimentare varie apparecchiature SDR. I moduli offrono due canali ADC e due canali DAC (). L'FPGA Xilinx con software interno per l'acquisizione dei dati e la generazione di segnali DAC semplifica la sperimentazione.

Requisiti di progettazione

La fase di progettazione più importante con l'ADC32RF45 sarà la corretta selezione degli elementi del circuito di ingresso. In particolare, i filtri di livellamento fuori banda devono corrispondere all'impedenza di ingresso dell'ADC. Ciò è essenziale per garantire la massima planarità in banda del filtro e preferibilmente all'esterno della zona di rigetto.

Per semplificare la progettazione, si consiglia di utilizzare i parametri S (parametri di dispersione). I parametri S nel dominio della frequenza sono correlati a quantità che simulano il comportamento di circuiti e componenti a radiofrequenza. Questi valori complessi sono tipicamente rappresentati in una forma matriciale che può essere manipolata per illustrare il comportamento e le prestazioni di circuiti e componenti. Sono preferiti quando si progettano sistemi associati a linee di trasmissione, filtri e altri dispositivi ad alta frequenza.

Inoltre, un progetto di riferimento completo con modulo di valutazione (EVM) contribuirà ad accelerare e semplificare il processo di progettazione.