ตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิตอล

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
ข้ามไปที่การนำทาง ข้ามไปที่การค้นหา

สเตอริโอ 4 ช่อง Multiplexed อนาล็อกเป็นดิจิตอลแปลง WM8775SEDS ทำโดยวูลฟ์ไมโครอิเล็กทรอนิกส์วางบนX-Fi Fatal1ty Pro การ์ดเสียง
AD570 ตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิตอลประมาณ 8 บิตต่อเนื่องกัน
AD570/AD571 ซิลิกอนได
อินเตอร์ซิล ICL7107 ตัวแปลง A/D ชิปเดี่ยว 31/2 หลัก
แม่พิมพ์ซิลิกอน ICL7107

ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ตัวแปลงแอนะล็อกเป็นดิจิทัล ( ADC , A/DหรือA-to-D ) คือระบบที่แปลงสัญญาณแอนะล็อกเช่น เสียงที่รับมาจากไมโครโฟนหรือแสงที่เข้าสู่กล้องดิจิตอลไปเป็นสัญญาณดิจิตอล ADC อาจจัดให้มีการวัดแบบแยกได้ เช่นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่แปลงแรงดันไฟขาเข้าแบบแอนะล็อกหรือกระแสให้เป็นตัวเลขดิจิทัลที่แสดงขนาดของแรงดันหรือกระแส โดยทั่วไปแล้วเอาต์พุตดิจิตอลเป็นส่วนเสริมของสอง เลขฐานสองที่เป็นสัดส่วนกับอินพุต แต่มีความเป็นไปได้อื่นๆ

มี ADC หลายสถาปัตยกรรม เนื่องจากความซับซ้อนและความต้องการส่วนประกอบที่เข้าชุดกันอย่างแม่นยำทั้งหมดยกเว้น ADC ที่เชี่ยวชาญที่สุดจะถูกนำไปใช้เป็นวงจรรวม (IC) เหล่านี้มักจะอยู่ในรูปของโลหะออกไซด์เซมิคอนดักเตอร์ (MOS) สัญญาณผสมวงจรชิปที่รวมทั้งแบบอะนาล็อกและวงจรดิจิตอล

ตัวแปลงดิจิทัลเป็นแอนะล็อก (DAC) ทำหน้าที่ย้อนกลับ มันแปลงสัญญาณดิจิตอลเป็นสัญญาณแอนะล็อก

คำอธิบาย

ADC แปลงเป็นเวลาต่อเนื่องและต่อเนื่องกว้างสัญญาณอะนาล็อกไปสู่การต่อเนื่องทางเวลาและต่อเนื่องกว้างสัญญาณดิจิตอลการแปลงเกี่ยวข้องกับการหาปริมาณของอินพุต ดังนั้นจึงจำเป็นต้องแนะนำข้อผิดพลาดหรือสัญญาณรบกวนเล็กน้อย นอกจากนี้ แทนที่จะทำการแปลงอย่างต่อเนื่อง ADC จะทำการแปลงเป็นระยะ โดยสุ่มตัวอย่างอินพุต โดยจำกัดแบนด์วิดท์ที่อนุญาตของสัญญาณอินพุต

ประสิทธิภาพของ ADC นั้นมีลักษณะเด่นเป็นหลักโดยแบนด์วิดท์และอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน (SNR) แบนด์วิดธ์ของ ADC มีลักษณะเป็นหลักโดยของอัตราการสุ่มตัวอย่าง SNR ของ ADC ได้รับอิทธิพลจากปัจจัยหลายอย่างรวมทั้งความละเอียดเชิงเส้นและความถูกต้อง (วิธีการที่ดีในระดับควอนตรงกับสัญญาณอนาล็อกจริง), aliasingและกระวนกระวายใจ SNR ของ ADC มักจะถูกสรุปในแง่ของจำนวนบิตที่มีประสิทธิภาพ (ENOB) จำนวนบิตของการวัดแต่ละรายการที่ส่งคืนซึ่งเป็นค่าเฉลี่ยไม่ใช่สัญญาณรบกวน. ADC ในอุดมคติมี ENOB เท่ากับความละเอียด ADC ถูกเลือกให้ตรงกับแบนด์วิดท์และ SNR ที่จำเป็นของสัญญาณที่จะทำการแปลงเป็นดิจิทัล หาก ADC ทำงานที่อัตราการสุ่มตัวอย่างมากกว่าสองเท่าของแบนด์วิดท์ของสัญญาณ ดังนั้นตามทฤษฎีบทการสุ่มตัวอย่าง Nyquist–Shannon การสร้างใหม่ที่สมบูรณ์แบบก็เป็นไปได้ การมีอยู่ของข้อผิดพลาดในเชิงปริมาณจำกัด SNR ของแม้แต่ ADC ในอุดมคติ อย่างไรก็ตาม หาก SNR ของ ADC มีค่ามากกว่าสัญญาณอินพุต ผลกระทบของมันอาจถูกละเลยส่งผลให้การแสดงสัญญาณอินพุตแบบอะนาล็อกเป็นดิจิทัลที่สมบูรณ์แบบโดยพื้นฐานแล้ว

ความละเอียด

มะเดื่อ 1.รูปแบบการเข้ารหัส ADC 8 ระดับ

ความละเอียดของคอนเวอร์เตอร์ระบุจำนวนที่แตกต่างกัน กล่าวคือ ไม่ต่อเนื่อง ค่าที่สามารถสร้างได้ในช่วงค่าอินพุตแบบอะนาล็อกที่อนุญาต ดังนั้น ความละเอียดเฉพาะจะกำหนดขนาดของข้อผิดพลาดในการควอนตัมดังนั้น จึงกำหนดอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนสูงสุดที่เป็นไปได้ สำหรับ ADC ในอุดมคติโดยไม่ต้องใช้การสุ่มตัวอย่างเกิน ตัวอย่างการป้อนข้อมูลจะถูกเก็บไว้ด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ในไบนารีรูปแบบภายใน ADC ดังนั้นมติมักจะแสดงถึงความลึกบิตเสียงด้วยเหตุนี้ จำนวนค่าที่ไม่ต่อเนื่องที่มีมักจะเป็นยกกำลังสอง ตัวอย่างเช่น ADC ที่มีความละเอียด 8 บิตสามารถเข้ารหัสอินพุตแบบแอนะล็อกให้มีค่าเท่ากับหนึ่งใน 256 ระดับที่แตกต่างกัน (2 8 = 256) ค่าสามารถแสดงช่วงตั้งแต่ 0 ถึง 255 (เช่น เป็นจำนวนเต็มที่ไม่ได้ลงนาม) หรือจาก −128 ถึง 127 (เช่น เป็นจำนวนเต็มที่ลงนาม) ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับแอปพลิเคชัน

มติยังสามารถกำหนดได้ด้วยระบบไฟฟ้าและแสดงออกในโวลต์ การเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าที่จำเป็นในการรับประกันการเปลี่ยนแปลงในระดับรหัสเอาต์พุตเรียกว่าแรงดันไฟฟ้าบิตที่มีนัยสำคัญน้อยที่สุด (LSB) ความละเอียดQของ ADC เท่ากับแรงดัน LSB ความละเอียดแรงดันไฟฟ้าของ ADC เท่ากับช่วงการวัดแรงดันไฟฟ้าโดยรวมหารด้วยจำนวนช่วง:

โดยที่Mคือความละเอียดของ ADC ในหน่วยบิต และE FSRคือช่วงแรงดันไฟฟ้าแบบเต็มสเกล (เรียกอีกอย่างว่า 'สแปน') E FSRมอบให้โดย

โดยที่V RefHiและV RefLowเป็นจุดสูงสุดและต่ำสุดตามลำดับของแรงดันไฟฟ้าที่สามารถเข้ารหัสได้

โดยปกติจำนวนช่วงแรงดันไฟฟ้าจะได้รับโดย

โดยที่Mคือความละเอียดของ ADC เป็นบิต [1]

นั่นคือมีการกำหนดช่วงแรงดันไฟฟ้าหนึ่งช่วงระหว่างสองระดับรหัสที่ต่อเนื่องกัน

ตัวอย่าง:

  • รูปแบบการเข้ารหัสดังในรูปที่ 1
  • ช่วงการวัดเต็มสเกล = 0 ถึง 1 โวลต์
  • ความละเอียด ADC คือ 3 บิต: 2 3 = 8 ระดับการควอนไทซ์ (รหัส)
  • ความละเอียดแรงดันไฟฟ้า ADC, Q = 1 V / 8 = 0.125 V.

ในหลายกรณี ความละเอียดที่มีประโยชน์ของคอนเวอร์เตอร์ถูกจำกัดด้วยอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน (SNR) และข้อผิดพลาดอื่นๆ ในระบบโดยรวมที่แสดงเป็น ENOB

การเปรียบเทียบการหาปริมาณไซนูซอยด์กับระดับ 64 (6 บิต) และ 256 ระดับ (8 บิต) สัญญาณรบกวนเพิ่มเติมที่สร้างขึ้นโดยการควอนไทซ์แบบ 6 บิตนั้นมากกว่าเสียงที่เกิดจากการหาปริมาณแบบ 8 บิต 12 เดซิเบล เมื่อการกระจายสเปกตรัมเป็นแบบราบ ดังในตัวอย่างนี้ ความแตกต่าง 12 dB จะปรากฏเป็นความแตกต่างที่วัดได้ในพื้นเสียง

ข้อผิดพลาดในการนับ

การแปลงแอนะล็อกเป็นดิจิทัลดังแสดงในรูปที่ 1 และรูปที่ 2.

ข้อผิดพลาดในการหาปริมาณถูกนำมาใช้โดยการหาปริมาณที่มีอยู่ใน ADC ในอุดมคติ เป็นข้อผิดพลาดในการปัดเศษระหว่างแรงดันไฟฟ้าอินพุตแบบอะนาล็อกกับ ADC และค่าเอาต์พุตดิจิทัล ข้อผิดพลาดไม่เชิงเส้นและขึ้นอยู่กับสัญญาณ ใน ADC ในอุดมคติ ซึ่งข้อผิดพลาดในการหาปริมาณถูกกระจายอย่างสม่ำเสมอระหว่าง −1/2 LSB และ +1/2 LSB และสัญญาณมีการกระจายแบบสม่ำเสมอซึ่งครอบคลุมระดับการหาปริมาณทั้งหมดอัตราส่วนสัญญาณต่อปริมาณสัญญาณรบกวน (SQNR) คือ มอบให้โดย

[2]

โดยที่ Q คือจำนวนบิตควอนไทซ์ ตัวอย่างเช่น สำหรับADC แบบ 16 บิตข้อผิดพลาดในเชิงปริมาณคือ 96.3 dB ซึ่งต่ำกว่าระดับสูงสุด

ข้อผิดพลาด quantization มีการกระจายจาก DC เข้ากับความถี่ Nyquist ดังนั้น หากไม่ได้ใช้แบนด์วิดท์ส่วนหนึ่งของ ADC เช่นเดียวกับกรณีที่มีการสุ่มตัวอย่างเกินข้อผิดพลาดในเชิงปริมาณบางอย่างจะเกิดขึ้นนอกแบนด์ ปรับปรุง SQNR สำหรับแบนด์วิดท์ที่ใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในระบบที่สุ่มตัวอย่างมากเกินไป สามารถใช้การปรับรูปแบบเสียงเพื่อเพิ่ม SQNR เพิ่มเติมได้โดยการบังคับให้มีข้อผิดพลาดในการควอนไทซ์มากขึ้นจากย่านความถี่

ไดเทอร์

ใน ADCs ประสิทธิภาพการทำงานมักจะสามารถได้รับการปรับปรุงโดยใช้สองจิตสองใจนี่เป็นเสียงสุ่มจำนวนเล็กน้อย (เช่นwhite noise ) ซึ่งเพิ่มไปยังอินพุตก่อนการแปลง ผลของมันคือการสุ่มสถานะของ LSB ตามสัญญาณ แทนที่จะตัดสัญญาณโดยสิ้นเชิงที่ระดับต่ำ มันจะขยายช่วงสัญญาณที่มีประสิทธิภาพซึ่ง ADC สามารถแปลงได้โดยมีเสียงรบกวนเพิ่มขึ้นเล็กน้อย โปรดทราบว่า dither สามารถเพิ่มความละเอียดของตัวเก็บตัวอย่างเท่านั้น ไม่สามารถปรับปรุงความเป็นเส้นตรงได้ ดังนั้นความแม่นยำจึงไม่จำเป็นต้องปรับปรุง

การบิดเบือนของปริมาณในสัญญาณเสียงที่ระดับต่ำมากเมื่อเทียบกับความลึกบิตของ ADC มีความสัมพันธ์กับสัญญาณและเสียงที่บิดเบี้ยวและไม่เป็นที่พอใจ เมื่อใช้ Dithering ความบิดเบี้ยวจะเปลี่ยนเป็นสัญญาณรบกวน สัญญาณที่ไม่บิดเบี้ยวสามารถกู้คืนได้อย่างแม่นยำโดยการหาค่าเฉลี่ยเมื่อเวลาผ่านไป dithering ยังถูกใช้ในระบบการบูรณาการเช่นไฟฟ้าเมตรเนื่องจากค่าต่างๆ ถูกรวมเข้าด้วยกัน การดิเทอร์จึงให้ผลลัพธ์ที่แม่นยำกว่า LSB ของตัวแปลงแอนะล็อกเป็นดิจิทัล

สองจิตสองใจมักจะถูกนำไปใช้เมื่อ quantizing ภาพการถ่ายภาพเป็นจำนวนน้อยบิตต่อพิกเซลภาพจะกลายเป็นน่าดู แต่รูปลักษณ์ตาไกลสมจริงมากขึ้นกว่าภาพไทซึ่งมิฉะนั้นจะกลายเป็นสี กระบวนการที่คล้ายคลึงนี้อาจช่วยให้เห็นภาพผลกระทบของ dither กับสัญญาณเสียงแอนะล็อกที่แปลงเป็นดิจิทัล

ความแม่นยำ

ADC มีแหล่งที่มาของข้อผิดพลาดหลายประการ ข้อผิดพลาดในเชิงปริมาณและ (สมมติว่า ADC ตั้งใจให้เป็นเชิงเส้น) ความไม่เชิงเส้นตรงนั้นมีอยู่ในการแปลงแอนะล็อกเป็นดิจิทัล ข้อผิดพลาดเหล่านี้วัดเป็นหน่วยที่เรียกว่าบิตที่มีนัยสำคัญน้อยที่สุด (LSB) ในตัวอย่างข้างต้นของ ADC แปดบิต ข้อผิดพลาดของ LSB หนึ่งรายการคือ 1/256 ของช่วงสัญญาณเต็ม หรือประมาณ 0.4%

ความไม่เชิงเส้น

ADC ทั้งหมดประสบข้อผิดพลาดที่ไม่เป็นเชิงเส้นซึ่งเกิดจากความไม่สมบูรณ์ทางกายภาพ ทำให้เอาต์พุตเบี่ยงเบนจากฟังก์ชันเชิงเส้น (หรือฟังก์ชันอื่นๆ ในกรณีของ ADC ที่ไม่เป็นเชิงเส้นโดยเจตนา) ของอินพุต บางครั้งข้อผิดพลาดเหล่านี้สามารถบรรเทาได้ด้วยการสอบเทียบหรือป้องกันโดยการทดสอบ พารามิเตอร์ที่สำคัญสำหรับการเชิงเส้นเป็นเชิงเส้นหนึ่งและไม่เป็นเชิงเส้นค่า ความไม่เชิงเส้นเหล่านี้ทำให้เกิดการบิดเบือนที่สามารถลดประสิทธิภาพอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนของ ADC และทำให้ความละเอียดมีประสิทธิภาพลดลง

กระวนกระวายใจ

เมื่อแปลงคลื่นไซน์เป็นดิจิทัล การใช้นาฬิกาสุ่มตัวอย่างที่ไม่เหมาะจะส่งผลให้เกิดความไม่แน่นอนเมื่อบันทึกตัวอย่าง โดยมีเงื่อนไขว่าความไม่แน่นอนของเวลาสุ่มตัวอย่างที่เกิดขึ้นจริงเนื่องจากการกระวนกระวายใจของนาฬิกาคือข้อผิดพลาดที่เกิดจากปรากฏการณ์นี้สามารถประมาณได้เป็น . ซึ่งจะส่งผลให้มีการบันทึกสัญญาณรบกวนเพิ่มเติมซึ่งจะลดจำนวนบิตที่มีประสิทธิภาพ (ENOB) ต่ำกว่าที่คาดการณ์โดยข้อผิดพลาดเชิงปริมาณเพียงอย่างเดียว ข้อผิดพลาดเป็นศูนย์สำหรับ DC ซึ่งมีขนาดเล็กที่ความถี่ต่ำ แต่มีนัยสำคัญกับสัญญาณที่มีแอมพลิจูดสูงและความถี่สูง ผลกระทบของความกระวนกระวายใจต่อประสิทธิภาพสามารถเปรียบเทียบได้กับข้อผิดพลาดในเชิงปริมาณ:โดยที่ q คือจำนวนบิต ADC [ ต้องการการอ้างอิง ]

ขนาดเอาต์พุต
(บิต)
ความถี่สัญญาณ
1 Hz 1 kHz 10 kHz 1 เมกะเฮิรตซ์ 10 MHz 100 MHz 1 GHz
8 1,243 µs 1.24 µs 124 ns 1.24 ns 124 ps 12.4 ps 1.24 ps
10 311 ไมโครวินาที 311 ns 31.1 ns 311 ps 31.1 ps 3.11 ps 0.31 ps
12 77.7 ไมโครวินาที 77.7 ns 7.77 ns 77.7 ps 7.77 ps 0.78 ps 0.08 ps ("77.7fs")
14 19.4 ไมโครวินาที 19.4 ns 1.94 ns 19.4 ps 1.94 ps 0.19 ps 0.02 ps ("19.4fs")
16 4.86 µs 4.86 ns 486 ps 4.86 ps 0.49 ps 0.05 ps ("48.5 fs")
18 1.21 µs 1.21 น. 121 ps 1.21 ps 0.12 ps
20 304 ns 304 ps 30.4 ps 0.30 ps ("303.56 fs") 0.03 ps ("30.3 fs")
24 18.9 ns 18.9 ps 1.89 ps 0.019 ps ("18.9 fs") -

กระวนกระวายใจนาฬิกาที่เกิดจากเสียงเฟส [3] [4]ความละเอียดของ ADC ที่มีแบนด์วิดท์การแปลงเป็นดิจิทัลระหว่าง 1 MHz ถึง 1 GHz ถูกจำกัดด้วยความกระวนกระวายใจ [5]สำหรับการแปลงแบนด์วิดท์ที่ต่ำกว่า เช่น เมื่อสุ่มตัวอย่างสัญญาณเสียงที่ 44.1 kHz การกระวนกระวายใจของนาฬิกามีผลกระทบต่อประสิทธิภาพการทำงานน้อยลง [6]

อัตราการสุ่มตัวอย่าง

สัญญาณอนาล็อกเป็นอย่างต่อเนื่องในเวลาและมีความจำเป็นในการแปลงนี้ในการไหลของค่าดิจิตอล ดังนั้นจึงจำเป็นต้องกำหนดอัตราการสุ่มตัวอย่างค่าดิจิตอลใหม่จากสัญญาณแอนะล็อก อัตราของค่าใหม่เรียกว่าอัตราการสุ่มตัวอย่างหรือความถี่การสุ่มตัวอย่างของตัวแปลง สัญญาณ bandlimited ที่แตกต่างกันอย่างต่อเนื่องสามารถชิมแล้วสัญญาณเดิมสามารถทำซ้ำจากค่าต่อเนื่องทางเวลาโดยตัวกรองการฟื้นฟูทฤษฎีบทการสุ่มตัวอย่าง Nyquist–Shannon บอกเป็นนัยว่าการสร้างซ้ำของสัญญาณดั้งเดิมนั้นเป็นไปได้ก็ต่อเมื่ออัตราการสุ่มตัวอย่างสูงกว่าความถี่สูงสุดของสัญญาณสองเท่า

เนื่องจาก ADC ที่ใช้งานได้จริงไม่สามารถทำการแปลงแบบทันทีได้ ค่าอินพุตจะต้องคงที่ในช่วงเวลาที่ตัวแปลงทำการแปลง (เรียกว่าเวลาในการแปลง ) วงจรอินพุตที่เรียกว่าSample and Holdทำหน้าที่นี้ ในกรณีส่วนใหญ่โดยใช้ตัวเก็บประจุเพื่อเก็บแรงดันแอนะล็อกที่อินพุต และใช้สวิตช์อิเล็กทรอนิกส์หรือเกตเพื่อตัดการเชื่อมต่อตัวเก็บประจุจากอินพุต วงจรรวม ADC จำนวนมากรวมถึงตัวอย่างและเก็บระบบย่อยไว้ภายใน

นามแฝง

ADC ทำงานโดยการสุ่มตัวอย่างค่าของอินพุตในช่วงเวลาที่ไม่ต่อเนื่องกัน โดยมีเงื่อนไขว่าอินพุตถูกสุ่มตัวอย่างเหนืออัตรา Nyquistซึ่งกำหนดเป็นความถี่ดอกเบี้ยสูงสุดสองเท่า จากนั้นจึงสามารถสร้างความถี่ทั้งหมดในสัญญาณใหม่ได้ หากความถี่ที่สูงกว่าครึ่งหนึ่งของอัตรา Nyquist ถูกสุ่มตัวอย่าง จะถูกตรวจพบอย่างไม่ถูกต้องว่าเป็นความถี่ที่ต่ำกว่า กระบวนการที่เรียกว่านามแฝง นามแฝงเกิดขึ้นเนื่องจากการสุ่มตัวอย่างฟังก์ชันในทันทีที่สองครั้งหรือน้อยกว่าต่อรอบส่งผลให้รอบที่ไม่ได้รับ และทำให้ความถี่ต่ำลงอย่างไม่ถูกต้อง ตัวอย่างเช่น คลื่นไซน์ 2 kHz ที่สุ่มตัวอย่างที่ 1.5 kHz จะถูกสร้างขึ้นใหม่เป็นคลื่นไซน์ 500 Hz

เพื่อหลีกเลี่ยงการสร้างนามแฝง อินพุตที่ส่งไปยัง ADC จะต้องกรองความถี่ต่ำผ่านเพื่อขจัดความถี่ที่สูงกว่าอัตราการสุ่มตัวอย่างครึ่งหนึ่ง ตัวกรองนี้เรียกว่าตัวกรองป้องกันรอยหยักและจำเป็นสำหรับระบบ ADC ที่ใช้งานได้จริงซึ่งใช้กับสัญญาณแอนะล็อกที่มีเนื้อหาความถี่สูง ในการใช้งานที่จำเป็นต้องมีการป้องกันนามแฝง อาจใช้การสุ่มตัวอย่างมากเกินไปเพื่อลดหรือกำจัดมันได้อย่างมาก

แม้ว่า aliasing ในระบบส่วนใหญ่เป็นที่ไม่พึงประสงค์ก็สามารถนำมาใช้ประโยชน์เพื่อให้พร้อมกันลงผสมสัญญาณความถี่สูงวง จำกัด (ดูundersamplingและผสมความถี่ ) นามแฝงได้อย่างมีประสิทธิภาพที่ต่ำกว่าHeterodyneของสัญญาณความถี่และความถี่ในการสุ่มตัวอย่าง [7]

การสุ่มตัวอย่างเกิน

เพื่อความประหยัด สัญญาณมักจะถูกสุ่มตัวอย่างในอัตราขั้นต่ำที่ต้องการ ซึ่งส่งผลให้ข้อผิดพลาดในการหาปริมาณที่แนะนำคือสัญญาณรบกวนสีขาวที่กระจายไปทั่วแถบความถี่ทั้งหมดของตัวแปลง หากสัญญาณถูกสุ่มตัวอย่างในอัตราที่สูงกว่าอัตรา Nyquist มากจากนั้นกรองแบบดิจิทัลเพื่อจำกัดแบนด์วิดท์ของสัญญาณทำให้เกิดข้อดีดังต่อไปนี้:

  • การสุ่มตัวอย่างมากเกินไปช่วยให้รับรู้ตัวกรองการลบรอยหยักแบบแอนะล็อกได้ง่ายขึ้น
  • ปรับปรุงความลึกของบิตเสียง
  • ลดเสียงรบกวน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้การสร้างเสียงรบกวนนอกเหนือจากการสุ่มตัวอย่างเกิน

การสุ่มตัวอย่างมากเกินไปมักใช้ใน ADC ที่มีความถี่เสียง ซึ่งอัตราการสุ่มตัวอย่างที่ต้องการ (โดยทั่วไปคือ 44.1 หรือ 48 kHz) ต่ำมากเมื่อเทียบกับความเร็วสัญญาณนาฬิกาของวงจรทรานซิสเตอร์ทั่วไป (>1 MHz) ในกรณีนี้ ประสิทธิภาพของ ADC สามารถเพิ่มขึ้นอย่างมากโดยมีค่าใช้จ่ายเพียงเล็กน้อยหรือไม่มีเลย นอกจากนี้ เนื่องจากสัญญาณนามแฝงใดๆ มักจะอยู่นอกย่านความถี่ นามแฝงมักจะถูกกำจัดอย่างสมบูรณ์โดยใช้ตัวกรองต้นทุนต่ำมาก

ความเร็วสัมพัทธ์และความแม่นยำ

ความเร็วของ ADC แตกต่างกันไปตามประเภทวิลกินสัน ADCถูก จำกัด ด้วยอัตรานาฬิกาซึ่งเป็น processable โดยวงจรดิจิตอลในปัจจุบัน สำหรับการประมาณค่า ADC ที่ต่อเนื่องกันเวลาในการแปลงจะปรับตามลอการิทึมของความละเอียด กล่าวคือ จำนวนบิตFlash ADCเป็นประเภทที่เร็วที่สุดในสามประเภท การแปลงจะดำเนินการโดยทั่วไปในขั้นตอนคู่ขนาน

มีการแลกเปลี่ยนระหว่างความเร็วและความแม่นยำที่อาจเกิดขึ้น Flash ADC มีการเบี่ยงเบนและความไม่แน่นอนที่เกี่ยวข้องกับระดับตัวเปรียบเทียบส่งผลให้เกิดความเป็นเส้นตรงที่ไม่ดี ในระดับที่น้อยกว่า ความเป็นเส้นตรงที่ไม่ดีอาจเป็นปัญหาสำหรับ ADC ที่ประมาณค่าต่อเนื่องกัน ในที่นี้ ความไม่เป็นเชิงเส้นเกิดจากการสะสมข้อผิดพลาดจากกระบวนการลบ Wilkinson ADCs มีความเป็นเส้นตรงที่ดีที่สุดของทั้งสาม [8] [9]

หลักการสเกลเลื่อน

สามารถใช้สเกลเลื่อนหรือวิธีการสุ่มเพื่อปรับปรุงความเป็นเส้นตรงของ ADC ทุกประเภทได้อย่างมาก แต่โดยเฉพาะอย่างยิ่งประเภทการประมาณแบบแฟลชและการประมาณแบบต่อเนื่อง สำหรับ ADC ใด ๆ การแมปจากแรงดันไฟฟ้าอินพุตไปยังค่าเอาต์พุตดิจิตอลนั้นไม่ใช่ฟังก์ชันพื้นหรือเพดานอย่างที่ควรจะเป็น ภายใต้สภาวะปกติ พัลส์ของแอมพลิจูดเฉพาะจะถูกแปลงเป็นค่าดิจิตอลเดียวกันเสมอ ปัญหาอยู่ที่ช่วงของค่าแอนะล็อกสำหรับค่าดิจิทัลนั้นไม่มีความกว้างเท่ากันทั้งหมด และค่าความเป็นเส้นตรงที่แตกต่างกันลดลงตามสัดส่วนกับความแตกต่างจากความกว้างเฉลี่ย หลักการสเกลเลื่อนใช้เอฟเฟกต์เฉลี่ยเพื่อเอาชนะปรากฏการณ์นี้ แรงดันแอนะล็อกแบบสุ่มแต่รู้จักจะถูกเพิ่มเข้ากับแรงดันไฟฟ้าอินพุตตัวอย่าง จากนั้นจะถูกแปลงเป็นรูปแบบดิจิทัล และจำนวนดิจิทัลที่เท่ากันจะถูกลบ ดังนั้นจึงคืนค่าให้เป็นค่าเดิม ข้อดีคือการแปลงเกิดขึ้นที่จุดสุ่ม การกระจายทางสถิติของระดับสุดท้ายจะตัดสินโดยถัวเฉลี่ยถ่วงน้ำหนักบนขอบเขตของช่วงของ ADC สิ่งนี้จะลดความไวต่อความกว้างของระดับใดระดับหนึ่ง [10] [11]

ประเภท

นี่เป็นวิธีทั่วไปในการนำ ADC แบบอิเล็กทรอนิกส์ไปใช้

การแปลงโดยตรง

การแปลงโดยตรงหรือ ADC แบบแฟลชมีธนาคารของตัวเปรียบเทียบสุ่มตัวอย่างสัญญาณอินพุตแบบขนาน โดยแต่ละครั้งจะยิงสำหรับช่วงแรงดันไฟฟ้าเฉพาะ ธนาคารเปรียบเทียบจะป้อนวงจรลอจิกที่สร้างรหัสสำหรับแต่ละช่วงแรงดันไฟฟ้า

ADC ประเภทนี้มีขนาดแม่พิมพ์ขนาดใหญ่และมีการกระจายพลังงานสูง พวกเขามักจะใช้สำหรับวิดีโอ , wideband การสื่อสารหรือสัญญาณอื่น ๆ ได้อย่างรวดเร็วในแสงและการเก็บรักษาแม่เหล็ก

วงจรประกอบด้วยเครือข่ายตัวแบ่งตัวต้านทาน ชุดตัวเปรียบเทียบ op-amp และตัวเข้ารหัสลำดับความสำคัญ ฮิสเทรีซิสจำนวนเล็กน้อยถูกสร้างขึ้นในตัวเปรียบเทียบเพื่อแก้ไขปัญหาใดๆ ที่ขอบเขตแรงดันไฟฟ้า ที่แต่ละโหนดของตัวแบ่งตัวต้านทานจะมีแรงดันเปรียบเทียบ วัตถุประสงค์ของวงจรคือเพื่อเปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้าขาเข้าแบบแอนะล็อกกับแรงดันไฟฟ้าของโหนดแต่ละตัว

วงจรนี้มีข้อดีคือมีความเร็วสูงเนื่องจากการแปลงเกิดขึ้นพร้อมกันแทนที่จะทำตามลำดับ เวลาในการแปลงโดยทั่วไปคือ 100 ns หรือน้อยกว่า เวลาในการแปลงถูกจำกัดด้วยความเร็วของตัวเปรียบเทียบและตัวเข้ารหัสลำดับความสำคัญเท่านั้น ADC ประเภทนี้มีข้อเสียที่จำนวนเครื่องเปรียบเทียบต้องการเกือบสองเท่าสำหรับแต่ละบิตที่เพิ่มเข้ามา นอกจากนี้ ยิ่งค่าของ n มากเท่าใด ตัวเข้ารหัสลำดับความสำคัญก็จะยิ่งซับซ้อนมากขึ้นเท่านั้น

การประมาณต่อเนื่อง

ADC เนื่อง-ประมาณใช้เปรียบเทียบและค้นหา binaryที่จะต่อเนื่องหรือช่วงที่มีแรงดันไฟฟ้าอินพุต ในแต่ละขั้นตอนที่ต่อเนื่องกัน คอนเวอร์เตอร์จะเปรียบเทียบแรงดันไฟขาเข้ากับเอาท์พุตของตัวแปลงดิจิตอลภายในเป็นแอนะล็อกซึ่งในตอนแรกจะแทนจุดกึ่งกลางของช่วงแรงดันไฟฟ้าอินพุตที่อนุญาต ในแต่ละขั้นตอนของกระบวนการนี้ การประมาณจะถูกเก็บไว้ในรีจิสเตอร์การประมาณต่อเนื่อง (SAR) และเอาต์พุตของตัวแปลงดิจิทัลเป็นแอนะล็อกจะได้รับการอัปเดตสำหรับการเปรียบเทียบในช่วงที่แคบกว่า

ทางลาดเปรียบเทียบ

ADC ที่เปรียบเทียบทางลาดจะสร้างสัญญาณฟันเลื่อยที่ขึ้นหรือลง จากนั้นจะกลับสู่ศูนย์อย่างรวดเร็ว เมื่อทางลาดเริ่มต้น ตัวจับเวลาจะเริ่มนับ เมื่อแรงดันทางลาดตรงกับอินพุต เครื่องเปรียบเทียบจะเริ่มทำงาน และค่าของตัวจับเวลาจะถูกบันทึก แปลงทางลาดตั้งเวลาสามารถดำเนินการทางเศรษฐกิจ[เป็น]แต่เวลาทางลาดที่อาจจะมีความไวต่ออุณหภูมิเพราะวงจรการสร้างทางลาดมักจะเป็นที่เรียบง่ายแบบอะนาล็อกบูรณาการแปลงถูกต้องมากขึ้นใช้เคาน์เตอร์ clocked ขับDACข้อได้เปรียบพิเศษของระบบเปรียบเทียบทางลาดคือการแปลงสัญญาณที่สองต้องใช้ตัวเปรียบเทียบอื่นและการลงทะเบียนอื่นเพื่อเก็บค่าตัวจับเวลา เพื่อลดความไวต่อการเปลี่ยนแปลงอินพุตระหว่างการแปลง aตัวอย่างและถือสามารถชาร์จประจุที่มีแรงดันไฟฟ้าอินพุตทันทีและแปลงสามารถเวลาเวลาที่จะต้องปล่อยด้วยกระแสคงที่

วิลกินสัน

วิลกินสันเอดีซีได้รับการออกแบบโดยเดวิลกินสันในปี 1950 วิลกินสัน ADC จะขึ้นอยู่กับการเปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้าอินพุตกับที่ผลิตโดยตัวเก็บประจุชาร์จ ตัวเก็บประจุสามารถชาร์จได้จนกว่าเครื่องเปรียบเทียบจะพิจารณาว่าตรงกับแรงดันไฟฟ้าขาเข้า จากนั้นตัวเก็บประจุจะถูกคายประจุเป็นเส้นตรง เวลาที่ใช้ในการคายประจุตัวเก็บประจุจะแปรผันตามแอมพลิจูดของแรงดันไฟขาเข้า ในขณะที่ตัวเก็บประจุกำลังคายประจุ พัลส์จากนาฬิกาออสซิลเลเตอร์ความถี่สูงจะถูกนับโดยรีจิสเตอร์ จำนวนพัลส์นาฬิกาที่บันทึกในรีจิสเตอร์ยังเป็นสัดส่วนกับแรงดันไฟฟ้าขาเข้าด้วย [13] [14]

บูรณาการ

ADC การบูรณาการ (ยังเป็นแบบ dual-ลาดชันหรือหลายลาด ADC) ใช้แรงดันไฟฟ้าที่ไม่รู้จักที่จะใส่ของนั้นบูรณาการและยอมให้แรงดันไฟฟ้าเพิ่มเป็นช่วงระยะเวลาคงที่ (ช่วงรันอัพ) จากนั้นแรงดันอ้างอิงที่ทราบของขั้วตรงข้ามจะถูกนำไปใช้กับผู้รวมและได้รับอนุญาตให้เพิ่มทางลาดจนกว่าเอาท์พุตของตัวรวมจะกลับสู่ศูนย์ (ช่วงการหยุดทำงาน) แรงดันไฟฟ้าขาเข้าคำนวณเป็นฟังก์ชันของแรงดันอ้างอิง ช่วงเวลาการรันอัพคงที่ และช่วงเวลาการหยุดทำงานที่วัดได้ การวัดเวลารัน-ดาวน์มักจะทำในหน่วยของนาฬิกาของคอนเวอร์เตอร์ ดังนั้นเวลาในการรวมที่นานขึ้นจึงทำให้ได้ความละเอียดที่สูงขึ้น ในทำนองเดียวกัน ความเร็วของตัวแปลงสามารถปรับปรุงได้ด้วยการเสียสละความละเอียด ตัวแปลงประเภทนี้ (หรือรูปแบบต่างๆ ของแนวคิด) ใช้ในโวลต์มิเตอร์แบบดิจิตอลส่วนใหญ่สำหรับความเป็นเส้นตรงและความยืดหยุ่น

การชาร์จสมดุล ADC
หลักการของค่าใช้จ่ายสมดุล ADC คือการแปลงแรกสัญญาณความถี่โดยใช้แปลงแรงดันไฟฟ้าเพื่อความถี่ ความถี่นี้จะถูกวัดโดยตัวนับและแปลงเป็นรหัสเอาต์พุตตามสัดส่วนกับอินพุตแบบอะนาล็อก ข้อได้เปรียบหลักของตัวแปลงเหล่านี้คือสามารถส่งความถี่ได้แม้ในสภาพแวดล้อมที่มีเสียงดังหรือในรูปแบบแยก อย่างไรก็ตาม ข้อจำกัดของวงจรนี้คือเอาต์พุตของตัวแปลงแรงดันไฟฟ้าเป็นความถี่ขึ้นอยู่กับผลิตภัณฑ์ RC ที่ไม่สามารถรักษาค่าได้อย่างแม่นยำตลอดอุณหภูมิและเวลา
ADC . ทางลาดคู่
ส่วนแอนะล็อกของวงจรประกอบด้วยบัฟเฟอร์อิมพีแดนซ์อินพุตสูง ตัวรวมความแม่นยำ และตัวเปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้า ตัวแปลงจะรวมสัญญาณอินพุตแบบแอนะล็อกไว้สำหรับช่วงระยะเวลาคงที่ก่อน จากนั้นจึงรวมแรงดันอ้างอิงภายในของขั้วตรงข้ามจนกระทั่งเอาท์พุตของตัวรวมเป็นศูนย์ ข้อเสียเปรียบหลักของวงจรนี้คือระยะเวลานาน พวกเขาจะเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการวัดที่ถูกต้องของสัญญาณที่แตกต่างกันอย่างช้า ๆ เช่นเทอร์โมและเครื่องชั่งน้ำหนัก

เดลต้าเข้ารหัส

เดลต้าเข้ารหัสหรือเคาน์เตอร์ลาด ADC มีขึ้นลงนับว่าฟีดดิจิตอลเพื่อแปลงอนาล็อก (DAC) สัญญาณอินพุตและ DAC ทั้งคู่ไปที่ตัวเปรียบเทียบ ตัวเปรียบเทียบควบคุมตัวนับ วงจรใช้การป้อนกลับเชิงลบจากตัวเปรียบเทียบเพื่อปรับตัวนับจนกระทั่งเอาต์พุตของ DAC ตรงกับสัญญาณอินพุตและอ่านตัวเลขจากตัวนับ ตัวแปลงเดลต้ามีช่วงกว้างมากและมีความละเอียดสูง แต่เวลาในการแปลงจะขึ้นอยู่กับพฤติกรรมของสัญญาณอินพุต แม้ว่าจะมีการรับประกันกรณีที่แย่ที่สุดเสมอ ตัวแปลงเดลต้ามักเป็นตัวเลือกที่ดีมากในการอ่านสัญญาณในโลกแห่งความเป็นจริง เนื่องจากสัญญาณส่วนใหญ่จากระบบทางกายภาพจะไม่เปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหัน ตัวแปลงบางตัวรวมเดลต้าและวิธีการประมาณที่ต่อเนื่องกัน วิธีนี้ใช้ได้ผลดีโดยเฉพาะเมื่อทราบว่าส่วนประกอบความถี่สูงของสัญญาณอินพุตมีขนาดเล็ก

ไปป์ไลน์

ADC ไปป์ไลน์ (เรียกว่าsubranging quantizer ) ใช้สองคนหรือมากกว่าขั้นตอนการแปลง ขั้นแรกให้ทำการแปลงแบบหยาบ ในขั้นตอนที่สอง ความแตกต่างของสัญญาณอินพุตจะถูกกำหนดด้วยตัวแปลงดิจิทัลเป็นแอนะล็อก (DAC) ความแตกต่างนี้จะถูกแปลงอย่างแม่นยำยิ่งขึ้น และผลลัพธ์จะถูกรวมในขั้นตอนสุดท้าย นี่ถือได้ว่าเป็นการปรับแต่งของ ADC โดยประมาณที่ต่อเนื่องกัน โดยที่สัญญาณอ้างอิงป้อนกลับประกอบด้วยการแปลงช่วงระหว่างเวลาของบิตทั้งหมด (เช่น สี่บิต) แทนที่จะเป็นเพียงบิตที่มีนัยสำคัญลำดับถัดไป ด้วยการรวมข้อดีของการประมาณที่ต่อเนื่องกันและ ADC แบบแฟลช ประเภทนี้จึงรวดเร็ว มีความละเอียดสูง และสามารถใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ซิกมาเดลต้า

ADC ซิกเดลต้า (ยังเป็นที่รู้จักADC เดลต้าซิก ) oversamples สัญญาณเข้ามาโดยเป็นปัจจัยใหญ่ใช้ขนาดเล็กจำนวนของบิตกว่าที่จำเป็นจะถูกแปลงโดยใช้ ADC แฟลชและกรองวงสัญญาณที่ต้องการ สัญญาณที่เกิดขึ้นพร้อมกับข้อผิดพลาดที่เกิดจากระดับแฟลชที่ไม่ต่อเนื่องจะถูกป้อนกลับและลบออกจากอินพุตไปยังฟิลเตอร์ ข้อเสนอแนะเชิงลบนี้มีผลต่อการสร้างสัญญาณรบกวนข้อผิดพลาดในเชิงปริมาณที่ไม่ปรากฏในความถี่สัญญาณที่ต้องการ ตัวกรองดิจิทัล (ตัวกรองการสลาย) ตาม ADC ซึ่งช่วยลดอัตราการสุ่มตัวอย่าง กรองสัญญาณรบกวนที่ไม่ต้องการ และเพิ่มความละเอียดของเอาต์พุต

คั่นเวลา

เวลาอัด ADCใช้ M ADCs ขนานที่ข้อมูลแต่ละตัวอย่าง ADC ทุก M: วงจรของนาฬิกากลุ่มตัวอย่างที่มีประสิทธิภาพ TH ผลที่ได้คืออัตราการสุ่มตัวอย่างเพิ่มขึ้น M เท่าเมื่อเทียบกับสิ่งที่ ADC แต่ละรายการสามารถจัดการได้ ในทางปฏิบัติ ความแตกต่างแต่ละรายการระหว่าง M ADC ทำให้ประสิทธิภาพโดยรวมลดลง โดยลดช่วงไดนามิกที่ปราศจากการปลอมแปลง (SFDR) [15]อย่างไรก็ตาม มีเทคนิคในการแก้ไขข้อผิดพลาดที่ไม่ตรงกันระหว่างเวลาเหล่านี้ [16]

เวที FM ระดับกลาง

ADC กับเวที FM กลาง ครั้งแรกที่ใช้แปลงแรงดันไฟฟ้าให้ความถี่ในการแปลงสัญญาณที่ต้องการเป็นสัญญาณสั่นด้วยสัดส่วนความถี่แรงดันไฟฟ้าของสัญญาณที่ต้องการแล้วใช้เคาน์เตอร์ความถี่ในการแปลงความถี่ที่เป็นนับดิจิตอล ได้สัดส่วนกับแรงดันสัญญาณที่ต้องการ เวลารวมที่นานขึ้นช่วยให้มีความละเอียดสูงขึ้น ในทำนองเดียวกัน ความเร็วของตัวแปลงสามารถปรับปรุงได้ด้วยการเสียสละความละเอียด ทั้งสองส่วนของ ADC อาจแยกจากกันอย่างกว้างขวาง โดยสัญญาณความถี่ส่งผ่านออปโต-ไอโซเลเตอร์หรือส่งแบบไร้สาย บาง ADCs เช่นใช้คลื่นไซน์หรือคลื่นสี่เหลี่ยมความถี่วิทยุ ; คนอื่นใช้การปรับความถี่พัลส์. ADC ดังกล่าวเคยเป็นวิธีที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในการแสดงสถานะเซ็นเซอร์แอนะล็อกระยะไกลแบบดิจิทัล [17] [18] [19] [20] [21]

ประเภทอื่นๆ

อาจมี ADC อื่นๆ ที่ใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และเทคโนโลยีอื่นๆร่วมกัน อนาล็อกเป็นดิจิตอลแปลงเวลายืด (TS-ADC) digitizes สัญญาณอะนาล็อกกว้างมากแบนด์วิดธ์ที่ไม่สามารถแปลงเป็นข้อมูลดิจิทัลโดย ADC อิเล็กทรอนิกส์ทั่วไปตามเวลายืดสัญญาณก่อนที่จะแปลง โดยทั่วไปจะใช้ส่วนหน้าของตัวประมวลผลล่วงหน้าของโฟโตนิก เพื่อยืดเวลาของสัญญาณ ซึ่งจะทำให้สัญญาณช้าลงอย่างมีประสิทธิภาพและบีบอัดแบนด์วิดท์ เป็นผลให้แบ็กเอนด์อิเล็กทรอนิกส์ ADC ที่อาจช้าเกินไปที่จะจับสัญญาณต้นฉบับ ตอนนี้สามารถจับสัญญาณที่ชะลอตัวนี้ได้ สำหรับการจับสัญญาณอย่างต่อเนื่อง ส่วนหน้ายังแบ่งสัญญาณออกเป็นหลายส่วน นอกเหนือจากการยืดเวลา แต่ละส่วนจะถูกแปลงเป็นดิจิทัลโดย ADC อิเล็กทรอนิกส์แยกต่างหาก สุดท้ายโปรเซสเซอร์สัญญาณดิจิทัลจะจัดเรียงตัวอย่างใหม่และขจัดความผิดเพี้ยนที่เพิ่มโดยฟรอนท์เอนด์ เพื่อให้ได้ข้อมูลไบนารีที่เป็นตัวแทนดิจิทัลของสัญญาณแอนะล็อกดั้งเดิม

เชิงพาณิชย์

ADCs พาณิชย์มักจะถูกนำมาใช้เป็นวงจรรวมตัวแปลงส่วนใหญ่สุ่มตัวอย่างด้วยความละเอียด 6 ถึง 24 บิตและสร้างตัวอย่างน้อยกว่า 1 เมกะต่อวินาทีสัญญาณรบกวนจากความร้อนที่เกิดจากส่วนประกอบแบบพาสซีฟ เช่น ตัวต้านทานจะปิดบังการวัดเมื่อต้องการความละเอียดสูงกว่า สำหรับการใช้งานเสียงและอุณหภูมิในห้องเสียงดังกล่าวมักจะเป็นเพียงเล็กน้อยน้อยกว่า1 μV (microvolt) ของเสียงสีขาวหากสอดคล้อง MSB กับมาตรฐาน 2 Vของสัญญาณนี้แปลว่าจะมีประสิทธิภาพการทำงานที่เสียง จำกัด ที่น้อยกว่า 20 ~ 21 บิตและขจัดความจำเป็นในการใด ๆditheringต้องใช้ตัวแปลงตัวอย่างขนาดใหญ่ในรูปแบบดิจิทัลกล้องวิดีโอ , การ์ดจับภาพวิดีโอและการ์ดทีวีจูนเนอร์ในการแปลงวิดีโอแบบอะนาล็อกความเร็วแบบเต็มรูปแบบไฟล์วิดีโอดิจิตอล

ในหลายกรณี ส่วนที่แพงที่สุดของวงจรรวมคือพิน เพราะมันทำให้แพ็คเกจใหญ่ขึ้น และแต่ละพินจะต้องเชื่อมต่อกับซิลิกอนของวงจรรวม ในการบันทึกพิน เป็นเรื่องปกติที่ ADC จะส่งข้อมูลทีละบิตผ่านอินเทอร์เฟซแบบอนุกรมไปยังคอมพิวเตอร์ โดยบิตถัดไปจะออกมาเมื่อสัญญาณนาฬิกาเปลี่ยนสถานะ นี้ช่วยประหยัดค่อนข้างไม่กี่หมุดบนแพคเกจ ADC และในหลายกรณีก็ไม่ได้ทำให้การออกแบบโดยรวมใด ๆ ที่ซับซ้อนมากขึ้น (แม้ไมโครโปรเซสเซอร์ที่ใช้หน่วยความจำที่แมป I / Oจะต้องไม่กี่บิตของพอร์ตที่จะใช้รถบัสอนุกรมไป ADC)

ADCs พาณิชย์มักจะมีหลายปัจจัยที่กินแปลงเดียวกันมักจะผ่านอนาล็อกMultiplexer รูปแบบที่แตกต่างกันของ ADC อาจรวมถึงตัวอย่างและถือวงจรวัดแอมป์หรือค่าปัจจัยการผลิตที่ปริมาณที่วัดได้คือความแตกต่างระหว่างสองแรงดันไฟฟ้า

แอปพลิเคชัน

บันทึกเสียงเพลง

แปลงอนาล็อกเป็นดิจิตอลเป็นส่วนหนึ่งของยุค 2000 ยุคเทคโนโลยีเสียงดนตรีและเวิร์กสเตชันเสียงดิจิตอลชั่นการบันทึกเสียงผู้คนมักผลิตเพลงบนคอมพิวเตอร์โดยใช้การบันทึกแบบแอนะล็อก ดังนั้นจึงต้องมีตัวแปลงแอนะล็อกเป็นดิจิทัลเพื่อสร้างสตรีมข้อมูลแบบพัลส์โค้ด (PCM) ที่ไปยังคอมแพคดิสก์และไฟล์เพลงดิจิทัล พืชปัจจุบันอนาล็อกเป็นดิจิตอลแปลงที่ใช้ในเพลงจะได้ลิ้มลองในอัตราที่สูงถึง 192 กิโลเฮิรตซ์มีวรรณกรรมมากมายเกี่ยวกับเรื่องนี้ แต่การพิจารณาทางการค้ามักมีบทบาทสำคัญ สตูดิโอบันทึกเสียงหลายแห่งบันทึกด้วยความถี่ 24 บิต/96 kHz (หรือสูงกว่า) การมอดูเลตรหัสพัลส์ (PCM) หรือDirect Stream Digital(DSD) แล้วลดขนาดหรือลดสัญญาณสำหรับการผลิตเสียงดิจิทัลแบบคอมแพคดิสก์ (44.1 kHz) หรือเป็น 48 kHz สำหรับแอปพลิเคชันการออกอากาศทางวิทยุและโทรทัศน์ทั่วไปเนื่องจากความถี่ Nyquistและช่วงการได้ยินของมนุษย์

การประมวลผลสัญญาณดิจิตอล

ADC จำเป็นในการประมวลผล จัดเก็บ หรือขนส่งสัญญาณแอนะล็อกในรูปแบบดิจิทัล การ์ดจูนเนอร์ทีวีตัวอย่างเช่น ใช้ตัวแปลงแอนะล็อกเป็นดิจิทัลวิดีโอที่รวดเร็ว ช้าบนชิป 8, 10, 12, หรือ 16 บิตแบบอะนาล็อกเป็นดิจิตอลแปลงเป็นเรื่องธรรมดาในไมโครคอนโทรลเลอร์ ออสซิลโลสโคปแบบดิจิตอลต้องการตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิตอลที่รวดเร็วมาก ซึ่งจำเป็นสำหรับวิทยุที่กำหนดโดยซอฟต์แวร์และการใช้งานใหม่

เครื่องมือวิทยาศาสตร์

การถ่ายภาพดิจิตอลระบบมักใช้ตัวแปลงสัญญาณอนาล็อกเป็นดิจิตอลในการแปลงเป็นดิจิทัล พิกเซลบางเรดาร์ระบบมักใช้อนาล็อกเป็นดิจิตอลแปลงการแปลงความแรงของสัญญาณเป็นค่าดิจิตอลสำหรับภายหลังการประมวลผลสัญญาณระบบตรวจจับระยะไกลในแหล่งกำเนิดและระบบตรวจจับระยะไกลอื่นๆ มักใช้เทคโนโลยีที่คล้ายคลึงกัน จำนวนบิตไบนารีในส่งผลให้ค่าตัวเลขดิจิทัลที่สะท้อนให้เห็นถึงความละเอียดจำนวนของระดับที่ไม่ต่อเนื่องที่เป็นเอกลักษณ์ของควอน (การประมวลผลสัญญาณ) ความสอดคล้องระหว่างสัญญาณแอนะล็อกและสัญญาณดิจิตอลขึ้นอยู่กับข้อผิดพลาดเชิงปริมาณ. กระบวนการหาปริมาณต้องเกิดขึ้นที่ความเร็วที่เพียงพอ ซึ่งเป็นข้อจำกัดที่อาจจำกัดความละเอียดของสัญญาณดิจิทัล เซ็นเซอร์จำนวนมากในเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์สร้างสัญญาณแอนะล็อก อุณหภูมิ , ความดัน , ค่า pH , ความเข้มของแสงฯลฯ สัญญาณทั้งหมดเหล่านี้สามารถขยายและเลี้ยงไปยัง ADC ในการผลิตจำนวนดิจิตอลสัดส่วนการสัญญาณอินพุต

ตัวเข้ารหัสแบบหมุน

อุปกรณ์ที่ไม่ใช่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เพียงบางส่วน เช่นเครื่องเข้ารหัสแบบโรตารี่สามารถถือเป็น ADC ได้เช่นกัน โดยทั่วไปแล้ว เอาต์พุตดิจิทัลของ ADC จะเป็นเลขฐานสองเสริมของสองตัวที่เป็นสัดส่วนกับอินพุต เข้ารหัสอาจส่งออกรหัสสีเทา

กำลังแสดง

จอแบนดิจิตอลโดยเนื้อแท้และต้อง ADC ในการประมวลผลสัญญาณอนาล็อกเช่นคอมโพสิตหรือVGA

สัญลักษณ์ไฟฟ้า

ADC Symbol.svg

การทดสอบ

การทดสอบตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิทัลต้องใช้แหล่งอินพุตแบบอะนาล็อกและฮาร์ดแวร์เพื่อส่งสัญญาณควบคุมและจับเอาท์พุตข้อมูลดิจิทัล ADC บางตัวยังต้องการแหล่งสัญญาณอ้างอิงที่แม่นยำอีกด้วย

พารามิเตอร์หลักในการทดสอบ ADC คือ:

  1. ข้อผิดพลาดออฟเซ็ต DC
  2. DC ได้รับข้อผิดพลาด
  3. อัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน (SNR)
  4. ความผิดเพี้ยนของฮาร์มอนิกทั้งหมด (THD)
  5. ความไม่เชิงเส้นเชิงปริพันธ์ (INL)
  6. ความไม่เชิงเส้นเชิงอนุพันธ์ (DNL)
  7. ช่วงไดนามิกฟรีปลอม
  8. การกระจายพลังงาน

ดูเพิ่มเติม

หมายเหตุ

  1. ^ ตัวแปลงทางลาด (ไม่เชิงเส้น) ที่ง่ายมากสามารถใช้กับไมโครคอนโทรลเลอร์และตัวต้านทานและตัวเก็บประจุหนึ่งตัว (12)

อ้างอิง

  1. ^ "หลักการของการจัดเก็บข้อมูลและการแปลง" (PDF) เท็กซัส อินสทรูเมนท์ส. เมษายน 2558 . สืบค้นเมื่อ18 ตุลาคม 2559 .
  2. ^ Lathi, BP (1998). ระบบการสื่อสารดิจิทัลและอนาล็อกสมัยใหม่ (ฉบับที่ 3) สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยอ็อกซ์ฟอร์ด.
  3. ^ "Maxim App 800: ออกแบบนาฬิกา Low-Jitter สำหรับตัวแปลงข้อมูลความเร็วสูง" , maxim-ic.com , 17 กรกฎาคม 2545
  4. ^ "ผลกระทบอัดฉีดบนอนาล็อกเป็นดิจิตอลและแปลงอนาล็อกเป็นดิจิตอล" (PDF) สืบค้นเมื่อ19 สิงหาคม 2555 .
  5. ^ Löhning ไมเคิล; เฟตต์ไวส์, เกอร์ฮาร์ด (2007). "ผลกระทบของการกระวนกระวายใจของรูรับแสงและการกระวนกระวายใจของนาฬิกาใน ADC แบบวงกว้าง" คอมพิวเตอร์และการเชื่อมต่อมาตรฐานเอกสารเก่า 29 (1): 11–18. CiteSeerX 10.1.1.3.9217 . ดอย : 10.1016/j.csi.2005.12.005 . 
  6. ^ Redmayne ดีเร็ค; Steer, Alison (8 ธันวาคม 2008), "การทำความเข้าใจผลกระทบของนาฬิกาที่กระวนกระวายใจใน ADC ความเร็วสูง" , eetimes.com
  7. ^ "RF-การชักตัวอย่างและโรงแยกก๊าซฯ ADCs - Breakthrough ADCs ปฏิวัติวิทยุสถาปัตยกรรม" (PDF) เท็กซัส อินสทรูเมนท์ส. สืบค้นเมื่อ4 พฤศจิกายน 2556 .
  8. ^ นอล ล์ (1989 , pp. 664–665)
  9. นิโคลสัน (1974 , pp. 313–315)
  10. ^ โนล (1989 , pp. 665–666)
  11. ^ นิโคลสัน (1974 , PP. 315-316)
  12. ^ "Atmel หมายเหตุโปรแกรม AVR400: ต้นทุนต่ำ A / D Converter" (PDF) แอทเมล .คอม
  13. ^ โนล (1989 , pp. 663–664)
  14. ^ นิโคลสัน (1974 , PP. 309-310)
  15. ^ Vogel, คริสเตียน (2005) "ผลกระทบของเอฟเฟกต์ช่องสัญญาณที่ไม่ตรงกันใน ADCs แบบสลับเวลา" ธุรกรรมอีอีอีเครื่องมือวัดและการวัด 55 (1): 415–427. CiteSeerX 10.1.1.212.7539 . ดอย : 10.1109/TIM.2004.834046 . S2CID 15038020 .  
  16. ^ Gabriele Manganaro; David H. Robertson (กรกฎาคม 2015), Interleaving ADCs: Unraveling the Mysteries , Analog Devices , ดึงข้อมูลเมื่อ 7 ตุลาคม 2021
  17. ^ บทช่วยสอน Analog Devices MT-028: "ตัวแปลงแรงดันไฟฟ้าเป็นความถี่"โดย Walt Kester และ James Bryant 2009 ซึ่งดัดแปลงมาจาก Kester, Walter Allan (2005)คู่มือการแปลงข้อมูล , Newnes, p. 274, ISBN 0750678410 .  
  18. ^ Microchip AN795 "แรงดันไฟฟ้าเป็นความถี่ / ความถี่เป็นตัวแปลงแรงดันไฟฟ้า" p. 4: "ตัวแปลง A/D 13 บิต"
  19. ^ Carr, Joseph J. (1996)องค์ประกอบของเครื่องมือวัดและการวัดทางอิเล็กทรอนิกส์ , Prentice Hall, p. 402, ISBN 0133416860 . 
  20. ^ "แรงดันไฟฟ้าเพื่อความถี่สัญญาณอนาล็อกเป็นดิจิตอลแปลง" globalspec.com
  21. ^ Pease, Robert A. (1991) การแก้ไขปัญหาวงจรอนาล็อก , Newnes, p. 130, ISBN 0750694998 . 
  • คนอล, เกล็น เอฟ. (1989). การตรวจจับและการวัดรังสี (ฉบับที่ 2) นิวยอร์ก: John Wiley & Sons ISBN 978-0471815044.
  • นิโคลสัน, PW (1974). นิวเคลียร์อิเล็คทรอนิคส์ . นิวยอร์ก: John Wiley & Sons น. 315–316. ISBN 978-0471636977.

อ่านเพิ่มเติม

  • อัลเลน, ฟิลลิป อี.; โฮลเบิร์ก, ดักลาส อาร์. (2002). CMOS อนาล็อกการออกแบบวงจร ISBN 978-0-19-511644-1.
  • เฟรเดน, เจคอบ (2010). คู่มือของเซนเซอร์โมเดิร์น: ฟิสิกส์, การออกแบบและการประยุกต์ใช้งาน สปริงเกอร์. ISBN 978-1441964656.
  • เคสเตอร์, วอลต์, เอ็ด. (2005). คู่มือการแปลงข้อมูล เอลส์เวียร์: นิวเนส ISBN 978-0-7506-7841-4.
  • จอห์น เดวิด; มาร์ติน, เคน (1997). อนาล็อกการออกแบบวงจรรวม ISBN 978-0-171-14448-9.
  • หลิว, หมิงเหลียง (2006). Demystifying Switched-Capacitor วงจร ISBN 978-0-7506-7907-7.
  • นอร์สเวิร์ทธี, สตีเวน อาร์.; ชไรเออร์, ริชาร์ด; เทมส์, กาบอร์ ซี. (1997). Delta-Sigma ข้อมูลแปลง สำนักพิมพ์ IEEE ISBN 978-0-7803-1045-2.
  • ราซาวี, เบซาด (1995). หลักการของข้อมูลการออกแบบระบบการแปลง นิวยอร์ก นิวยอร์ก: IEEE Press ISBN 978-0-7803-1093-3.
  • Ndjountche, Tertulien (24 พฤษภาคม 2011) วงจร CMOS อะนาล็อกแบบบูรณาการ: ความเร็วสูงและประหยัดพลังงานการออกแบบ โบคา เรตัน ฟลอริดา: CRC Press ISBN 978-1-4398-5491-4.
  • Staller, Len (24 กุมภาพันธ์ 2548) "ทำความเข้าใจข้อกำหนดของตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิตอล" . การออกแบบระบบสมองกลฝังตัว
  • วอลเดน อาร์เอช (1999). "การสำรวจและวิเคราะห์ตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิทัล" IEEE วารสารในพื้นที่ที่เลือกในการติดต่อสื่อสาร 17 (4): 539–550. CiteSeerX  10.1.1.352.1881 . ดอย : 10.1109/49.761034 .

ลิงค์ภายนอก