Flash ADC: n potentiaalin avaaminen nopeatempoisella digitaalisella aikakaudella

Digitaalitekniikan nopea kasvu on tehnyt tärkeästä tehokkaiden analogisten ja digitaalisten muuntimien (ADC) kehittäminen, jotka ovat parhaita analogisten ja digitaalisten maailmojen yhdistämiseen.Tässä artikkelissa selvitetään, kuinka Flash ADC: t toimivat, niiden komponentit, miten ne toimivat ja miten ne verrataan muihin ADC -tyyppeihin.Se korostaa myös niiden merkitystä nykyaikaisessa elektroniikassa, tarkastelee ADC -suunnittelun parannuksia, kuten XOR -porttien käyttäminen koodereissa ja diodimatriiseissa, jotka parantavat koodausnopeutta.

Luettelo

Kuva 1: Flash ADC -piiri

Mitä sinun pitäisi tietää ensin Flash ADC: stä?

Flash ADC tai rinnakkainen (analogia-digitaalimuuntimet) on yksinkertaisin analogia-digitaalimuuntimen tyyppi.Se käyttää vertailijiä vertaamaan tulevaa analogista signaalia eri referenssijännitteisiin.Näiden vertailijöiden lähdöt menevät prioriteettikooderiin, joka antaa sitten tulosignaalin digitaalisen binaarisen version.Tämän suoraviivaisen asennuksen avulla on helppo ymmärtää, kuinka ADC toimii ja mahdollistaa nopean muuntamisen suoran vertailumenetelmän vuoksi.

N-bittinen Flash ADC käsittää N-1-vertailut, kaksi vastaavaa vastussarjaa ja prioriteettikooderin.Tätä käsitettä kuvaava kaavio on esitetty alla:

Kuva 2: Flash ADC -rakenne

Flash ADC: n pääkomponentit

Vastuksen jännitteenjakajapiiri

Vastuksen jännitteenjakopiiri on Flash ADC: n perusosa (analogia-digitaalimuuntimet).Se auttaa alentamaan korkean syöttöjännitteen käyttökelpoisille tasoille yksinkertaisella tavalla.Tämä piiri käyttää vastussarjaa jännitteen jakamiseen, mikä tekee lähtöjännitteen ohjaamisesta helpoksi säätämällä vastuksen arvoja.Kirchhoffin jännitelaki käyttämällä lähtöjännite voidaan laskea tarkasti, mikä on tärkeää sovelluksille, jotka tarvitsevat tarkkoja referenssijännitteitä.

Harkitse esimerkiksi jakajaa, jossa on kaksi vastusta, R1 ja R2, kytkettynä sarjaan.Lähtöjännite (VOUT) niiden risteyksessä annetaan kaava vout = (R2 × VIN) / (R1 + R2).Tämä yhtälö osoittaa tulojännitteen (VIN) ja resistanssien välisen suhteen osoittaen, kuinka jännitteenjakaja muuttaa jännitteen lähtöä.Tämä mekanismi on tärkeä stabiilien ja tarkkojen jännitteiden luomiseksi elektronisten järjestelmien eri osille, mikä tekee vastuksen jännitteenjakajasta pääosan edistyneistä elektronisista malleista.

Vertailu

Vertailu Flash ADC: ssä on pääosa, joka auttaa muuttamaan analogiset signaalit digitaaliseen muotoon.Se toimii kuin yksinkertainen vahvistin, vertaamalla tulojännitettä referenssijännitteeseen ja antaen binaarilähtöä, joka näyttää eron näiden kahden välillä.Tämä binaarisignaali on tärkeä digitalisoinnissa, koska se kertoo, onko tulojännite korkeampi vai pienempi kuin vertailujännite.

Vertailu ottaa tulojännitteen positiivisessa tulossa (V+) ja vertailujännitteen negatiivisessa tulossa (V-).Lähtö (VOUT) menee korkealle (logiikka '1'), jos V+ on suurempi kuin V- ja matala (logiikka '0'), jos se ei ole.Tämä toimenpide vaaditaan ADC: lle, koska se luo analogisten signaalien digitaalisen version.Tunnistamalla binaarinen tila oikein, vertailu auttaa ADC: tä käsittelemään erilaisia ​​analogisia signaaleja tarkasti hyviä korkealaatuisille digitaalisille tuloksille elektronisissa laitteissa.

Prioriteettikooderi

Prioriteettikooderi tekee Flash ADC: n toiminnan paremmin tekemällä analogisesta digitaalisesta muuntoprosessista tarkemman ja luotettavamman.Toisin kuin tavalliset kooderit, se hoitaa tilanteita, joissa useita tuloja on korkea samanaikaisesti ilman sekaannusta.Se tekee tämän käyttämällä tuloja sijoittavan prioriteettijärjestelmän varmistaen, että tärkein prioriteettisignaali on aina esitetty.

Esimerkiksi, jos prioriteettikooderi, jonka tulot on numeroitu 1-N, havaitsee useita korkeita tuloja, kuten N-1, 4 ja 2 samanaikaisesti, se lähettää binaarikoodin korkeimmalle prioriteettitulolle, joka on N-1 tässätapaus.Tämä priorisointi pitää ADC: n lähdön tarkkoina, mikä on tärkeä tehtäville, jotka tarvitsevat tarkkoja digitaalisia versioita analogisista signaaleista.Prioriteettikooderi parantaa huomattavasti laitteen kokonais suorituskykyä käsittelemällä tehokkaasti syöttöristiriitoja, estämällä virheitä ja auttamalla ADC: tä toiminnassa tehokkaammin ja luotettavasti.

Flash ADC: n toimintadynamiikka

Flash ADC toimii muuntamalla analoginen tulosignaali vastaavaksi digitaaliseksi lähtöksi reaaliajassa.Tämä prosessi sisältää tulosignaalin nopean arvioinnin useiden vertailuvaiheiden kautta, kukin viritetty erilaisiin referenssijännitetasoihin.Tuloksena on välitön digitaalinen lähtö, joka vastaa suoraan analogista tuloa, joka osoittaa Flash ADC -mallin luontaisen tehokkuuden ja nopeuden.

Kuva 3: Flash ADC ja lähtö

Rinnakkainen vertailu

Flash-analogiset-digitaalimuuntimet (ADC) toimivat käyttämällä tekniikkaa, jota kutsutaan rinnakkaisvertailuksi, joka on keskeinen niiden kyky muuntaa analogiset signaalit nopeasti digitaalimuotoon.Tämä menetelmä heijastaa Flash ADC: n "salamaa", samanlainen kuin valokuvausvalotus.Tämän mekanismin ytimessä on tulon analogisen jännitteen samanaikainen arviointi useista vertailujännitteistä, jotka on johdettu vastusportaista.Tämä komponentti on osa ADC: n viitevertailuarvojen perustamista.

Jokainen taulukon vertailu suorittaa tietyn roolin: saapuvan jännitteen vertaaminen nimettyyn referenssijännitteeseen.Näiden vertailujen suorittaminen mahdollistaa samanaikaisesti Flash ADC: n toiminnan suurilla nopeuksilla, mikä on selkeä vastakohta muissa ADC -tyypeissä havaittujen hitaampien peräkkäisten vertailujen kanssa.Näiden samanaikaisten vertailujen lopputulos on lämpömittarin koodi, joka on jatkuvien '1: n sekvenssi, jota seuraa' 0.Esimerkiksi viiden comparator Flash ADC: n tulojännite, joka ylittää kolmen vertailun vertailujännitteet, johtaisi lämpömittarin koodiin 11100. Tämä koodimuoto muuntaa analogisen tuloksen digitaaliseen signaaliin, heijastaen tarkasti amplitudiaSyöttöjännite digitaaliseen käsittelyyn.

Koodausprosessi

Kun lämpömittarin koodi on luonut Flash ADC: ssä, koodausvaihe alkaa.Tämä vaihe on tärkeä, koska se muuntaa lämpömittarin koodin tavanomaiseksi binaarimuotoksi.Tämä vähentää tarvittavien lähtölinjojen lukumäärää ja helpottaa digitaalisen tiedon hallintaa ja prosessointia parantaen tehokkuutta.

Prioriteettikoodausta käytetään yleisesti tähän tehtävään.Se toimii etsimällä korkeimman '1' sijainnin lämpömittarin koodista ja muuttamalla sijainti binaarilukuksi.Esimerkiksi koodissa 11100 korkein '1' on kolmannessa paikassa, mikä tarkoittaa binaarinumeroa 011 3-bittisessä ADC: ssä.Tämä menetelmä varmistaa, että tärkein tulo on esitetty tarkasti ja tarjoaa tulojännitteen kompakti digitaalisen muodon.Joskus muita koodausmenetelmiä, kuten harmaa koodi, käytetään virheiden vähentämiseen signaalinsiirron ja käsittelyn aikana.Koodauksen on mentävä nopeasti vastaamaan Flash ADC: n nopeaa ominaisuutta.Tämän saavuttamiseksi Flash ADC: t käyttävät erityisiä koodauspiiriä, jotka on suunniteltu tehokkaaseen toimintaan.Nämä piirit mahdollistavat nopean ja tarkan koodauksen, laitteen nopean vastauksen ja korkean datan läpäisyn ylläpitämisen.

Flash ADC: n työskentely

Kuva 4: Flash ADC

Flash-analogiset-digitaalimuuntimet (ADC) ovat parhaita nopeaa digitaalista sovellusta, koska ne muuttavat analogiset signaalit nopeasti digitaalisiksi muodoiksi.Analogisyöttöjen muuttamiseksi nopeasti digitaalisiksi lähdöiksi Flash ADC: t on rakennettu monimutkaisella nopealla vertailijärjestelmällä.Tämä verkko käyttää resistiivistä jännitteenjakajaa jakautumaan vertailujännitteiden levittämiseen vertailijöiden välillä.

Flash ADC: ssä kukin vertailu vertaa tulojännitettä tiettyyn vertailutasoon.Kunkin vertailun vertailutaso asetetaan sen sijainnin mukaan sekvenssissä.Esimerkiksi N -bittisessä Flash ADC: ssä on 2^n - 1 vertailia.Kunkin vertailun vertailujännite on vähän (LSB) korkeampi kuin edellinen.Tämä asennus luo "lämpömittarin koodin" lähtökuvion, jossa binaariset muuttuvat nolliksi siinä kohdassa, jossa analoginen tulojännite laskee vertailun vertailujännitteen alapuolelle.Tämä malli on samanlainen kuin se, kuinka elohopea nousee lämpömittarissa, merkitsee jatkuvasti korkeampia arvoja, kunnes se saavuttaa pisteen, jossa se pysähtyy.

Flash ADC: n vertailut on suunniteltu käsittelemään korkeataajuisia signaaleja.Niillä on tyypillisesti laajakaistainen, vähäisen ja alhaisen tuulen toimintavaihe kaistanleveyden ja voiton tasapainottamiseksi.Korkeammilla taajuuksilla vaaditaan alhainen voitto suorituskyvyn ylläpitämiseksi ja ongelmien estämiseksi.Ja jokainen vertailu on suunniteltu erittäin pienellä jännitteen siirtymällä, pienempiä kuin LSB, väärien lukemien välttämiseksi pienten jännitemuutosten vuoksi, jotka eivät ole osa todellista signaalia.Varmistaakseen, että vertailut tarjoavat luotettavia lähtöjä, Flash ADC: t käyttävät regeneratiivisia salpoja jokaisessa lähtövaiheessa.Nämä salpat käyttävät positiivista palautetta tulostustilan lukitsemiseksi joko 1 tai 0: een epäselvien tulosten poistaminen vaatii tämän nimenomaisen päätöksenteon, etenkin nopean tiedonmuutoksen yhteydessä.

Flash ADC: n optimointi tarkoittaa sen suunnittelun parantamista säätämällä vertailun vahvistusta, vähentämällä jännitteen siirtymistä ja parantamalla salvan palautetta.Näiden parannusten avulla Flash ADC: stä tulee entistä vaikuttavampaa digitaalisessa elektroniikassa lisäämällä sen tarkkuutta, nopeutta ja luotettavuutta.Näiden parannusten avulla Flash ADC: t täyttävät korkeammat suorituskykystandardit, palvelevat tehokkaasti edistyneitä digitaalisia sovelluksia, jotka vaativat nopeaa ja tarkkaa analogista-digitaalista muuntamista.

3-bittinen Flash ADC-piiri

Kuva 5: 3-bittinen Flash ADC-piiri

3-bittinen Flash ADC (analoginen-digitaalimuunnin) piiri on elektroninen järjestelmä, jota käytetään analogisen signaalin muuntamiseen digitaaliseksi.Kuvittele, että sinulla on tarkka ja vakaa vertailujännite, joka tunnetaan nimellä VREF, jota tarvitaan ADC: n toimintaan.Tätä VREF: ää toimittaa korkean tarkkuuden jännitesäädin, joka varmistaa, että jännite pysyy vakiona ja tarkkaan.Tässä piirissä on useita vertailijöitä.Jokainen vertailija on laite, joka vertaa tuloanalogista jännitettä tiettyyn referenssijännitetasoon.Kun tulojännite menee korkeammalle kuin tietyssä vertailijärjestelmässä oleva vertailujännite, kyseisen vertailun lähtö siirtyy korkeaan tilaan, mikä tarkoittaa, että se aktivoituu.

Vertaimet on järjestetty sekvenssiin.Joten, kun analoginen tulojännite kasvaa, enemmän vertailijöitä aktivoituu peräkkäin.Tämä aktivointisekvenssi osoittaa tulojännitteen tason.Kaikkien näiden vertailijöiden lähdöt lähetetään sitten prioriteettikooderiin.Prioriteettikooderin tehtävänä on tutkia aktiivisia vertailulähtöjä ja muuntaa ne binaarilukuksi.Tämä binaariluku edustaa korkeinta vertailua, joka on tällä hetkellä aktiivinen, mikä tarjoaa tehokkaasti analogisen tulojännitteen digitaalisen esityksen.Joten 3-bittinen Flash ADC-piiri käyttää vakaa vertailujännite vertaakseen tulojännitettä.Syöttöjännitteen noustessa enemmän vertailijöitä siirtyy korkeaan tilaan peräkkäin.Tämän jälkeen nämä aktiiviset tilat koodataan binaarilukuun prioriteettikooderilla, jolloin analoginen tulojännite vastaa digitaalisen lähdön.Tämä prosessi mahdollistaa analogisten signaalien nopean ja tehokkaan muuntamisen digitaaliseen muotoon.

Kooderisuunnittelun yksinkertaistaminen Flash ADC -järjestelmissä

Kuva 6: Flash ADC

Prioriteettikooderi tarkastelee useita tuloja ja valitsee aktiivisen korkeimman prioriteetin.Tämä valintaprosessi auttaa järjestelmää ymmärtämään, mikä signaali prosessiin.Joissakin sovelluksissa emme kuitenkaan välttämättä tarvitse kaikkia tavanomaisen prioriteettikooderin ominaisuuksia.Näissä tilanteissa voimme hyödyntää Flash ADC: n vertailulähtöjen luonnollista ominaisuutta.Vertailijat ovat laitteita, jotka vertaavat kahta jännitystä ja tuottavat signaalin, mikä on korkeampi.Flash ADC: ssä nämä vertailulähteet siirtyvät usein matalasta korkeaan peräkkäin.Tämä tarkoittaa, että tuotokset on luonnollisesti tilattu alimmasta korkeimpaan.

Tätä luonnollista tilausta käyttämällä voimme yksinkertaistaa suunnittelua.Sen sijaan, että käyttäisimme monimutkaisen prioriteettikooderin, voimme käyttää sarjaa yksinoikeudella tai (XOR) -portteja.XOR -portit ovat peruslogiikkaportteja, jotka tulostavat totta vain, kun tulot ovat erilaisia.Järjestämällä nämä XOR -portit huolellisesti voimme luoda koodausmekanismin, joka valitsee tehokkaasti korkeimman aktiivisen syötteen, aivan kuten ensisijaisen kooderin, mutta vähemmän monimutkaisuudella.

Tämä yksinkertaisempi koodausmenetelmä toimii hyvin, koska se hyödyntää vertailulähtöjen peräkkäistä "korkeaa" tilan kylläisyyttä.Pohjimmiltaan järjestelmä luonnollisesti lajitelee itsensä, ja Xor -portit auttavat vain lukemaan tämän lajitetun tilan.Tämä vähentää ADC -järjestelmän yleistä monimutkaisuutta, mikä helpottaa rakentamista ja halvempaa, säilyttäen samalla nopean suorituskyvyn.Käyttämällä Xor -portteja tällä tavalla, voimme saavuttaa saman vaikutuksen kuin ensisijainen kooderi, mutta vähemmän osia ja vähemmän monimutkaisia ​​suunnittelutyötä.

Kooderipiirien rakentaminen diodimatriisien kanssa

Yksi tehokas ja suoraviivainen tapa rakentaa kooderipiiri on käyttämällä diodimatriisia.Diodit ovat elektronisia komponentteja, jotka antavat virran virtata yhteen suuntaan estäen sitä vastakkaiseen suuntaan.Järjesttämällä nämä diodit matriisissa, voit luoda järjestelmän, joka tulkitsee erilaisia ​​tulosignaaleja ja tuottaa vastaavat digitaaliset koodit.Tämä menetelmä on sekä minimalistinen että tehokas, joten siitä on suosittu valinta rakennusmuutoksen piiriin.

Diodimatriisien käytön yksinkertaisuus tarkoittaa, että et tarvitse monimutkaisia ​​tai kalliita komponentteja.Sen sijaan voit käyttää elektronisia osia halutun toiminnallisuuden saavuttamiseen.Tämä käytännöllinen lähestymistapa on hyödyllinen niille, jotka oppivat elektroniikasta tai työskentelevät hankkeissa, joilla on rajalliset resurssit.

Flash ADC: ssä nopeus on tärkeä.Kooderipiirin on muunnettava analoginen signaali nopeasti ja tarkasti digitaaliseen muotoon.Diodimatriisit sopivat hyvin tähän tehtävään, koska ne voivat toimia suurilla nopeuksilla varmistaen ADC-järjestelmän yleisen tehokkuuden.Kooderipiirien rakentaminen diodimatriisien kanssa on käytännöllinen ja tehokas menetelmä.Se mahdollistaa ADC -järjestelmien kokoonpanon peruskomponentteja käyttämällä, mikä tekee siitä saatavan vaihtoehdon monille elektronisille harrastajille ja ammattilaisille.

Kuva 7: Flash ADC diodimatriisien kanssa

Flash ADC verrattuna muihin ADC: iin

Kuva 8: N-Bit Flash ADC

Kuva 9: ​​SAR -rakenne

Flash vs. SAR ADCS

Flash ADC: t ja SAR ADC: t eroavat suuresti nopeuden, tehotehokkuuden ja kustannusten suhteen.SAR ADC: t toimivat määrittämällä jokainen bitti yksitellen, alkaen tärkeimmästä bitistä (MSB) vähiten tärkeään bittiin (LSB).He käyttävät tarkkaan vertailua, joka verrataan jatkuvasti DAC-tuotokseen, mikä tekee prosessista asteittaisen ja hitaamman, rajoittaen niiden nopeuden muutamaan miljoonaan näytteeseen sekunnissa (MSPS).Toisaalta Flash ADC: t muuntaavat koko analogisen tulon digitaaliseksi signaaliksi yhdessä nopeassa vaiheessa.Tämä antaa heille nopeuden reunan ja saavuttaa usein nopeuksia Gigasamplesissa sekunnissa (GSPS).

Esimerkiksi SAR ADC: t, kuten Max1132, voivat tarjota päätöslauselmia jopa 16 bittiä.Vertailun vuoksi Flash ADC: t tarjoavat yleensä noin 8 bittiä resoluutiota.Tämän nopeuden mukana tulee kuitenkin kompromissi.8-bittinen SAR ADC, kuten MAX1106, käyttää vain noin 100 mikroamperiä (µA) virtaa 3,3 voltilla ja toimii nopeudella 25 kilosampia sekunnissa (KSPS).Sarjassa vastakohtana Flash ADC MAX104 kuluttaa mojova 5,25 wattia, mikä on 16 000-kertainen lisäys virrankulutuksessa.

Lisäksi SAR ADC: t ovat paljon kustannustehokkaampia ja niissä on pienemmissä paketeissa.Ne ovat yksinkertaisempia ja halvempia tuottaa, mikä tekee niistä paremman valinnan monille sovelluksille.Flash ADC: t vaativat suuritehoisten tarpeidensa vuoksi suurempia paketteja lämmön hajoamisen hallitsemiseksi ja signaalin eheyden ylläpitämiseksi.Esimerkiksi Max104 -paketti on yli 50 kertaa suurempi kuin MAX1106.Tämä koon ja tehotehokkuuden ero tekee SAR ADC: stä usein edullisen valinnan tilanteissa, kuten kustannukset ja voima.

Flash vs. putkettua ADC: tä

Kuva 10: 12-bittinen putkinen ADC

Jokaisella on ainutlaatuinen suunnittelu ja ominaisuudet, jotka vastaavat erilaisia ​​tarpeita nopeuden, virrankulutuksen ja resoluution perusteella.Putken mukaiset ADC: t toimivat rinnakkaisprosessointirakenteella.Tämä tarkoittaa, että he voivat käsitellä bittejä useista näytteistä samanaikaisesti eri vaiheissa.Jokainen vaihe käsittelee osan näytteestä ennen sen siirtämistä seuraavaan, mahdollistaen jatkuvamman datavirran.Tämän suunnittelun tarkoituksena on lisätä kokonaiskäsittelynopeutta.Tämä rinnakkaisprosessointi on kuitenkin kustannuksella: Putkilaitetut ADC: t yleensä kuluttavat enemmän voimaa ja esittämään jonkin verran viivettä jokaisen vaiheen suorittamiseen tarvittavasta ajasta.Esimerkiksi MAX1449 -tyyppinen putkilinjainen ADC voi saavuttaa jopa 100 miljoonan näytteen nopeutta sekunnissa (MSPS), joiden päätöslauselmat vaihtelevat välillä 8 - 14 bittiä.Tämä tekee putkistoista ADC: t, jotka sopivat sovelluksiin, jotka vaativat kohtalaista suuria nopeuksia ja päätöslauselmia.

Toisaalta Flash ADC: t käyttävät yksinkertaisempaa lähestymistapaa suoraviivaisten vertailijöiden kanssa.He voivat muuntaa analogisen signaalin digitaaliseksi melkein heti, mikä tekee niistä paljon nopeampia kuin putkettua ADC: tä.Flash ADC: t kykenevät saavuttamaan erittäin suuria nopeuksia, usein useita satoja MSP: itä, mutta ne yleensä tarjoavat alhaisemmat resoluutiot, jopa 10 bittiä.Niiden yksinkertaisuus ja nopeus tekevät niistä ihanteellisia sovelluksiin, kuten digitaalisiin oskilloskooppeihin ja korkeataajuisiin viestintäjärjestelmiin.

Eroista huolimatta Flash ADC: t ja putkistot ADC: t voivat täydentää toisiaan hybridirakenteissa.Tällaisissa kokoonpanoissa Flash ADC: t integroidaan muihin järjestelmiin nopeuden lisäämiseksi samalla kun ylläpidetään haluttu resoluutio ja tarkkuus.Tämä synergia mahdollistaa parantuneen suorituskyvyn osoittaen, kuinka kunkin tyypin vahvuuksia voidaan hyödyntää tiettyjen sovellusvaatimusten täyttämiseksi.Vaikka putkistotut ADC: t on suunniteltu korkeammille resoluutioille, joilla on kohtalainen nopeus ja niihin liittyy monimutkaisempi prosessointi, Flash ADC: t excel saavuttaa erittäin suuria nopeuksia yksinkertaisemmalla suunnittelulla, mutta pienemmällä resoluutiolla.Niiden erillisten piirteiden ja sovellusten ymmärtäminen auttaa valitsemaan tietyn tehtävän oikean ADC: n.

Flash vs. ADC: n integrointi

Kuva 11: ADC: n integrointi

Flash ADC: t ovat uskomattoman nopeasti muuntamassa analogisia signaaleja digitaaliseksi muotoksi, mikä tekee niistä ihanteellisia tehtäviin, jotka vaativat reaaliaikaista käsittelyä.Nämä tehtävät sisältävät digitaaliset oskilloskoopit, videosignaalinkäsittely ja tutkajärjestelmät.Flash ADC: llä on kuitenkin alhaisempi resoluutio, usein 6–8 bittiä, vaikka korkeammat resoluutiot ovat saatavilla korkeammilla kustannuksilla ja lisääntyneellä monimutkaisuudella.Suuren nopeuden vuoksi Flash ADC: t kuluttavat enemmän virtaa, mikä voi olla haitta sovelluksissa, joissa virransuojelu on tärkeää.Myös niiden monimutkainen rakenne, johon liittyy monia vertailia ja vastuksia, tekee niistä kalliimpia.

Toisaalta ADC: n integrointi on hitaampaa, ja ne toimivat muutamalla sata näytteellä sekunnissa tai vähemmän.Tämä hitaampi nopeus tarkoittaa, että ne eivät sovellu reaaliaikaiseen käsittelyyn.Sen sijaan ne ovat täydellisiä sovelluksiin, joissa signaalit muuttuvat hitaasti tai vaativat suurta tarkkuutta ajan myötä, kuten DC -signaalien seuranta teollisuusasetuksissa.ADC: ien integrointi tarjoaa erittäin korkean resoluution, tyypillisesti 16 bittiä tai sitä enemmän, jolloin ne voivat havaita pienet signaalitasojen muutokset suurella tarkkuudella.Ne kuluttavat myös hyvin vähän virtaa, mikä tekee niistä erinomaisia ​​akkukäyttöisiä ja pienitehoisia sovelluksia.Lisäksi ADC: n integrointi on yleensä edullisempaa kuin Flash ADC: t, koska niiden yksinkertaisempi rakenne sisältää vähemmän komponentteja.

Flash ADC: t ovat parhaiten nopeaa sovellusta, jotka tarvitsevat reaaliaikaisen tiedonmuutoksen, huolimatta niiden suuremmasta virrankulutuksesta ja kustannuksista.Sillä välin ADC: n integrointi on ihanteellinen korkean resoluution, pienen nopeuden sovelluksille, joissa tehon tehokkuus ja kustannustehokkuus ovat tärkeitä.

Flash vs. Sigma-Delta ADCS

Kuva 12: Sigma-Delta ADCS

Sigma-Delta ADC: t tunnetaan korkean resoluutionsa perusteella.Ne on suunniteltu toimimaan parhaiten tilanteissa, joissa tarkkuus on tärkeämpää kuin nopeus.Näitä ADC: itä käytetään tyypillisesti sovelluksiin, joilla on alhainen kaistanleveys, yleensä alle 1 MHz.Ne voivat saavuttaa erittäin korkeat resoluutiot, jotka vaihtelevat 12 - 24 bittiä, käyttämällä prosessia, jota kutsutaan ylimääräisinäytteinä.Tämä prosessi käsittää monien näytteiden ottamisen ja melua vähentävien suodatustekniikoiden käyttämistä analogisen signaalin erittäin tarkan digitaalisen esityksen tuottamiseksi.Sigma-delta ADC: llä on kuitenkin haitta: ne ovat suhteellisen hitaita.Tämä tekee niistä vähemmän sopivia sovelluksiin, jotka vaativat nopean tiedonmuutoksen, etenkin monikanavaisissa asetuksissa, joissa monia signaaleja on käsiteltävä nopeasti.Tästä rajoituksesta huolimatta jatkuvissa Sigma-Delta ADC -laitteissa on jatkuvaa kehitystä.Näiden edistysaskeleiden tavoitteena on parantaa nopeuttaan, mikä mahdollisesti tehdä niistä elinkelpoisia kilpailijoita Flash ADC: iin skenaarioissa, jotka tarvitsevat alhaisemmat tiedonsiirron, mutta korkeammat resoluutiot.

Flash ADC: t puolestaan ​​on rakennettu nopeutta varten.Ne voivat muuntaa analogiset signaalit digitaaliksi erittäin korkealla hinnalla, mikä tekee niistä ihanteellisia korkeataajuisiin ympäristöihin.Niillä on kuitenkin tyypillisesti alhaisempi resoluutio verrattuna Sigma-Delta ADC: iin.Sigma-delta ADCS: n nopeusrajoituksen ratkaisemiseksi insinöörit tutkivat tapoja integroida Flash ADC -moduulit Sigma-Delta-järjestelmiin.Tämän hybridi-lähestymistavan tavoitteena on yhdistää Flash ADC: ien nopea nopeus Sigma-Delta ADC: n korkean resoluution kanssa, mikä johtaa järjestelmään, joka hyödyntää molempien tekniikoiden vahvuuksia yleisen suorituskyvyn parantamiseksi.

Flash ADC: n edut ja haitat

Näkökohta	Yksityiskohdat
Nopeus	Flash ADC: t tunnetaan nopeasti suorituskyky.He vertaavat syöttöjännitteitä useisiin viitteisiin Samanaikaisesti ohittaen muissa ADC: ssä käytetyt toistuvat vaiheet.Tämä mahdollistaa salaman ADC: t tuottamaan tulosteita millisekunnissa, mikä tekee niistä hyviä välittömiä tietoja käsittelytarpeet.
Yksinkertaisuus	Flash ADC: t on helppo käyttää.Heillä on Vain kaksi vaihetta: rinnakkain vertailu ja koodaus.Tämä yksinkertaisuus tekee heistä Helppo ymmärtää ja käyttää, vähentää suunnittelun monimutkaisuutta ja tuotantoa kustannukset.Kun resoluutio kasvaa, tarvitaan enemmän vertailia, Suunnittelun ja virranhallinnan monimutkaisuus.
Skaalautuvuus ja virrankulutus	Flash ADC: t eivät skaalata hyvin.Lukumäärä Vaadittavat vertailut kasvavat eksponentiaalisesti korkeamman resoluution kanssa, mikä tekee Suunnittele monimutkaisempi ja vaatii enemmän voimaa.Tämä suuri virrankulutus on ongelmallinen kannettaville laitteille ja ympäristöille, joissa lämmön hallinta on vaaditaan.
Korkeampien resoluutioiden monimutkaisuus	Korkeammilla resoluutioilla flash ADC: stä tulee hyvin monimutkainen.Lisää bittejä tarkoittaa enemmän vertailia ja monimutkaisempaa vastusta Tikkaat, jotka tekevät virranhallinnasta ja asettelusta haastavammiksi.Tämä monimutkaisuus voi vähentää tehokkuutta, tarkkuutta ja lineaarisuutta ja vaatii tarkkaa Kalibrointi, lisäämällä sekä monimutkaisuutta että kustannuksia.Myös enemmän komponentteja tarkoittaa Lisää sirualuetta, joka ei ole ihanteellinen avaruusrajoitettuihin sovelluksiin.Puolesta Korkearesoluutiotarpeet, muut ADC-tekniikat, kuten peräkkäinen lähentäminen tai Sigma-Delta-muuntimet ovat usein kustannustehokkaampia ja skaalautuvia.

Flash ADC: n sovellukset

Viestintäjärjestelmät: Flash ADC: t palvelevat toimintoa nopeiden verkkoissa, kuten optisen kuidun ja satelliittiviestinnän.Ne muuntavat analogiset signaalit tehokkaasti digitaaliseen muotoon, mikä mahdollistaa nopean prosessoinnin ja siirron pitkillä etäisyyksillä.Tämä nopea muuntaminen auttaa ylläpitämään korkeaa viestinnän laatua, hyvää sovelluksiin, kuten reaaliaikaiseen lähetykseen ja korkeataajuuskauppaan.

Lääketieteellinen kuvantaminen: Flash ADC: tä tarvitaan myös lääketieteellisissä kuvantamistekniikoissa, kuten MRI- ja CT -skannerit.Nämä ADC: t muuntaavat nopeasti kehon tuottamat analogiset signaalit digitaaliseksi tietoksi, mikä mahdollistaa korkearesoluutioisten kuvien luomisen reaaliajassa.Tämä nopea ja tarkka tiedonmuutos on paras sairauksien diagnosoinnissa ja hoidossa, etenkin kiireellisissä tilanteissa.

Elektroninen sodankäynti: Signaalien älykkyyden ja elektronisten vastatoimenpiteiden elektronisen sodankäynnin kentällä.Nämä muuntimet muuttavat nopeasti monimutkaiset analogiset signaalit digitaalisiksi muodoiksi, jolloin armeija voi tunnistaa ja torjua uhkia reaaliajassa.Tämä kyky parantaa sotilasyksiköiden strategista ja operatiivista reagointia.

Digitaaliset oskilloskoopit: Sähköisen signaalin aaltomuodon tarkka tarkkailua varten digitaaliset oskilloskoopit vaativat salama -ADC: t.Nämä ADC: t muuntaavat korkeataajuiset analogiset signaalit digitaaliseksi muotoksi melkein heti.Tällä nopealla muuntamisella on merkitystä, koska se varmistaa, että oskilloskoopin digitaalinen näyttö on tarkka kopio analogisesta signaalista.Tämä auttaa aaltomuotojen tarkkaan analysointiin ja mittaamiseen, mikä tekee Flash ADC: stä välttämättömiä reaaliaikaisen signaalinkäsittelyn kannalta.

Tutkajärjestelmät: Tutkan tekniikka riippuu voimakkaasti Flash ADC: ssä.Tutkajärjestelmät luottavat näihin muuntimiin muuttaakseen nopeasti objekteista palautuvat analogiset signaalit digitaaliseksi dataksi.Flash ADC: llä on merkittävä rooli elektronisessa sodankäynnissä älykkyydessä ja elektronisissa vastatoimissa.Tutkajärjestelmät vaativat kapasiteetin havaita ja tarkkailemaan objekteja, joilla on korkea tarkkuus, puolustus- ja valvontatoimenpiteet.Flash ADC: t tarjoavat tämän ominaisuuden muuttamalla nopeasti signaaleja.

Nopea tiedon hankkiminen: Flash ADC: t ovat perustavanlaatuisia aloilla, jotka vaativat nopean tiedonkeruun, kuten tieteellisen tutkimuksen, teollisen seurannan ja automatisoidun testauksen.Nämä muuntimet on suunniteltu kaappaamaan nopeasti muuttuvat signaalit menettämättä tärkeitä tietoja.Tämä nopea tiedonkeruu tarvitaan tarkkaan analysointiin ja seurantaan sovelluksissa, joissa signaalin eheys on tärkeä.

Johtopäätös

Flash ADC: t edustavat nopeuden huippua analogisessa digitaalisessa muuntotekniikassa yksinkertaisella, mutta tehokkaalla suunnittelulla, joka mahdollistaa nopean signaalinkäsittelyn.Tämä artikkeli on osoittanut niiden erilaisen roolin nopeassa, reaaliaikaisessa sovelluksessa, jossa tarvitaan nopea muuntaminen analogisesta digitaaliseksi.Vaikka Flash ADC: t ovat suoraviivaisia ​​toiminnassaan, he kohtaavat haasteita resoluution skaalaamisessa, monimutkaisempien kuvioiden ja suuremman virrankäytön edellyttämisessä.Tämä tasapaino nopeuden ja energian tehokkuuden ja suunnittelun monimutkaisuuden kompromissien välillä on tärkeä ADC-tekniikassa.Nopeamman ja tehokkaamman elektroniikan tarpeen kasvaessa Flash ADC: llä on merkittävä rooli digitaalisen elektroniikan, tasapainotusnopeuden, resoluution ja energian tehokkuuden tulevaisuudessa sekä teollisuus- että kuluttajatekniikan tarpeisiin.

Usein kysyttyjä kysymyksiä [UKK]

1. Miksi salama ADC on nopeampi?

Flash ADC, joka tunnetaan myös nimellä rinnakkainen ADC, on nopeampi kuin muun tyyppiset ADC: t, koska se käsittelee tulosignaalin kaikki bitit samanaikaisesti.Tämä rinnakkaisprosessointi saavutetaan käyttämällä vertailusarjaa, jonka kukin tarkistaa, onko tulojännite tiettyjen vertailutasojen ylä- tai alapuolella.Koska se suorittaa kaikki vertailut kerralla ja tuottaa digitaalisen arvon suoraan, Flash ADC eliminoi tarpeen peräkkäisille likiarvoille tai iteratiivisille muuntamisprosesseille, joita löytyy muista ADC -tyypeistä.Tämä malli mahdollistaa melkein hetkellisen muuntamisen, mikä tekee Flash ADC: stä nopeimman saatavilla olevan tyypin.

2. Mikä on 2-bittinen Flash ADC?

2-bittinen Flash ADC on eräänlainen analoginen-digitaalimuunnin, joka kvantisoi analogisen tulosignaalin yhdeksi neljästä mahdollisesta digitaalisesta lähtöstä (00, 01, 10 tai 11).Siinä käytetään kolmea vertailua, joista kukin vertaa tulosignaalia eri vertailujännitteeseen.Näiden vertailijöiden tuotokset dekoodataan sitten 2-bittiseen digitaaliseen arvoon.Tämä ADC pystyy edustamaan analogista tuloa neljän tason resoluutiolla.

3. Mikä on 3-bittinen Flash ADC?

3-bittinen Flash ADC laajenee 2-bittiseen versioon tarjoamalla entistä hienomman resoluution.Se muuntaa analogisen tulon yhdeksi kahdeksasta mahdollisesta digitaalisesta lähtöstä (välillä 000 - 111).Tämäntyyppinen ADC käyttää seitsemää vertailua, jokainen asetettu erilliseen vertailujännitteeseen.Vertailijat arvioivat samanaikaisesti tulojännite, onko tulojännite korkeampi vai alhaisempi kuin niiden vastaavat viitteet, ja tulokset muunnetaan sitten 3-bittiseksi digitaalikoodiksi, mikä mahdollistaa analogisen tulon esityksen kahdeksan eri tasoa.

4. Missä Flash ADC: tä käytetään?

Sovellukset, jotka vaativat nopean tiedon muuntamisen ja suuren nopeuden, ovat tärkeimmät, jotka käyttävät Flash ADC: tä.Yleisiä käyttötapauksia ovat digitaalinen videolähetys, tutkajärjestelmät ja korkeataajuussignaalinkäsittely.Ne ovat täydellisiä asetuksiin, joissa vasteajalla on suuri merkitys, koska analogiset signaalit muuttuvat digitaalimuotoon.

5. Kuinka analoginen signaali muunnetaan digitaaliseksi flash -tyyppisellä ADC: llä?

Flash ADC: ssä analoginen tulosignaali syötetään vertailijasarjaan.Jokaisessa vertailussa on referenssijännite, joka jakaa tulojännitealueen yhtä suuriksi segmenteiksi.Kaikki vertailut toimivat samanaikaisesti, jokainen toimittaa '1' binaarilähtön, jos tulo ylittää referenssijännitteensä ja '0' muuten.Nämä binaarilähteet yhdistetään sitten logiikkapiiriin, joka kääntää vertailulähteet binaarilukuun, joka edustaa analogisen tuloa.

6. Kuinka monta bittiä on salama ADC?

Flash ADC: n bittien lukumäärä määrittelee sen resoluution, ts. Kuinka hienoksi se voi jakaa analogisen tuloalueen ja edustaa sitä digitaalisena lähtönä.Flash ADC: t voivat vaihdella suuresti resoluutiossaan, yleensä 2 bitistä jopa 10 bittiä tai enemmän, riippuen erityisestä sovelluksesta ja vaaditusta tarkkuudesta.

7. Mikä on Flash ADC: n nopeus?

Flash -ADC: n nopeus määritetään ensisijaisesti sen perusteella, kuinka nopeasti sen vertailut voivat asettua ja sen logiikkapiirit voivat koodata lähtöä.Tyypillisesti Flash ADC: t voivat saavuttaa muuntamisajat nanosekuntien järjestyksessä.Esimerkiksi nopea salama ADC saattaa tarjota nopeuksia 500 megasamplista sekunnissa (MSPS) yli useisiin gigasamplesiin sekunnissa (GSPS), mikä tekee niistä poikkeuksellisen nopeasti verrattuna muihin ADC-tyyppeihin.Sovellukset, jotka tarvitsevat reaaliaikaisen käsittelyn ja matalan viiveen, riippuvat tästä suorituskyvystä.