ביטול נעילת הפוטנציאל של ADCs פלאש בעידן הדיגיטלי המהיר

הצמיחה המהירה של הטכנולוגיה הדיגיטלית הפכה חשובה לפתח ממירים יעילים אנלוגיים לדיגיטליים (ADCs), הטובים ביותר לחיבור העולמות האנלוגיים והדיגיטליים.מאמר זה בוחן כיצד ADCs פלאש פועלים, רכיביהם, כיצד הם פועלים וכיצד הם משווים לסוגי ADC אחרים.זה גם מדגיש את חשיבותם באלקטרוניקה מודרנית, בוחן שיפורים בעיצוב ADC כמו שימוש בשערי Xor במקודדים ומטריצות דיודה, המשפרים את מהירות הקידוד.

קָטָלוֹג

איור 1: מעגל ADC פלאש

מה עליכם לדעת תחילה על פלאש ADC?

ADC פלאש, או מקביל (ממירים אנלוגיים-לדיגיטליים), הוא הסוג הפשוט ביותר של ממיר אנלוגי לדיגיטלי.הוא משתמש בשורה של משווים כדי להשוות את האות האנלוגי הנכנס עם מתחי התייחסות שונים.התפוקות מהמשווים הללו עוברות למקודד עדיפות, אשר לאחר מכן נותן גרסה בינארית דיגיטלית של אות הקלט.ההתקנה הפשוטה הזו מקלה על הבנה כיצד ה- ADC פועלת ומאפשרת המרה מהירה בגלל שיטת ההשוואה הישירה.

ADC פלאש N-BIT כולל משווים N-1, שתי קבוצות של נגדים תואמים ומקודד עדיפות.התרשים הממחיש מושג זה מוצג להלן:

איור 2: מבנה ADC פלאש

רכיבים עיקריים של פלאש ADC

מעגל מחלק מתח מתח

מעגל מחיצת מתח מתח הוא חלק בסיסי של ADCs Flash (ממירים אנלוגיים-לדיגיטליים).זה עוזר להוריד את מתחי הכניסה הגבוהים לרמות שמישות בצורה פשוטה.מעגל זה משתמש בסדרה של נגדים כדי לפצל את המתח, מה שמקל על השליטה במתח היציאה על ידי התאמת ערכי הנגד.באמצעות חוק המתח של קירצ'וף, ניתן לחשב את מתח היציאה במדויק, וזה חשוב ליישומים הזקוקים למתחי עזר מדויקים.

לדוגמה, קחו בחשבון מחלק עם שני נגדים, R1 ו- R2, המחוברים בסדרה.מתח הפלט (VOUT) בצומת שלהם ניתן על ידי הנוסחה vout = (r2 × vin) / (R1 + R2).משוואה זו מציגה את הקשר בין מתח הקלט (VIN) להתנגדות, ומדגים כיצד מחלק המתח משנה את תפוקת המתח.מנגנון זה חשוב ליצירת מתחים יציבים ומדויקים לחלקים שונים של מערכות אלקטרוניות, מה שהופך את מחלק מתח הנגד לחלק עיקרי של עיצובים אלקטרוניים מתקדמים.

משווה

משווה ב- Flash ADC הוא חלק עיקרי המסייע לשנות אותות אנלוגיים לצורה דיגיטלית.זה עובד כמו מגבר פשוט, השוואה בין מתח קלט למתח התייחסות ומתן פלט בינארי המראה את ההבדל בין השניים.אות בינארי זה חשוב לדיגיטציה מכיוון שהוא מספר אם מתח הכניסה גבוה או נמוך יותר ממתח ההתייחסות.

המשווה לוקח את מתח הקלט בכניסה החיובית שלו (V+) ומתח ההתייחסות בכניסה השלילית שלו (V-).הפלט (VOUT) הולך גבוה (רמת ההיגיון '1') אם V+ גדול מ- V- ונמוך (רמת היגיון '0') אם זה לא.פעולה זו נדרשת עבור ה- ADC מכיוון שהיא יוצרת את הגרסה הדיגיטלית של האותות האנלוגיים.על ידי זיהוי נכון של המצב הבינארי, המשווה מסייע ל- ADC להתמודד עם אותות אנלוגיים שונים טובים במדויק לתוצאות דיגיטליות באיכות גבוהה במכשירים אלקטרוניים.

מקודד עדיפות

מקודד העדיפות הופך את ה- ADC לפלאש לעבוד טוב יותר על ידי הפיכת תהליך ההמרה האנלוגי לדיגיטלי למדויק ואמין יותר.בניגוד לקודדים רגילים, הוא מטפל במצבים בהם תשומות מרובות גבוהות בו זמנית ללא בלבול.זה עושה זאת על ידי שימוש במערכת עדיפות המדרגת את הכניסות, וודא שהאות העדיפות הגבוהה ביותר מוצגת תמיד בפלט.

לדוגמה, אם מקודד עדיפות עם כניסות שמספר 1 ל- N מגלה מספר כניסות גבוהות כמו N-1, 4 ו- 2 בו זמנית, הוא יביא את הקוד הבינארי עבור קלט העדיפות הגבוהה ביותר, שהוא N-1 בזהמקרה.עדיפות זו שומרת על פלט ה- ADC מדויק, וזה חשוב למשימות הזקוקות לגרסאות דיגיטליות מדויקות של אותות אנלוגיים.מקודד העדיפות משפר במידה ניכרת את הביצועים הכוללים של המכשיר על ידי טיפול ביעילות בקונפליקטים של קלט, מונע שגיאות ומסייע ל- ADC לפעול בצורה יעילה יותר וימויה יותר.

דינמיקה תפעולית של פלאש ADC

ADC פלאש פועל על ידי המרת אות קלט אנלוגי לפלט דיגיטלי מתאים בזמן אמת.תהליך זה כרוך בהערכה מהירה של אות הקלט דרך שלבי משווה מרובים, שכל אחד מהם מכוון לרמות מתח התייחסות שונות.התוצאה היא פלט דיגיטלי מיידי התואם ישירות את הקלט האנלוגי, ומציג את היעילות והמהירות המובנית של עיצוב ה- Flash ADC.

איור 3: פלאש ADC ופלט

השוואה מקבילה

ממירי פלאש אנלוגי לדיגיטלי (ADC) פועלים בטכניקה הנקראת השוואה מקבילה, שהיא מרכזית ביכולתם להמיר אותות אנלוגיים לפורמט דיגיטלי במהירות.שיטה זו משקפת את "הפלאש" ב- Flash ADC, בדומה לחשיפה המהירה בצילום.בלב מנגנון זה נמצאת ההערכה בו זמנית של מתח אנלוגי קלט כנגד מתחי התייחסות מרובים, הנגזרים מסולם נגדים.רכיב זה הוא חלק להקמת מדדי התייחסות בתוך ה- ADC.

כל משווה במערך מבצע תפקיד ספציפי: השוואה בין המתח הנכנס עם מתח ייחוס ייעודי.עריכת השוואות אלה מאפשרת במקביל ל- ADCs פלאש לפעול במהירות גבוהה, ניגוד מוחלט להשוואה הרצמית האיטית יותר שנראו בסוגי ADC אחרים.התוצאה של השוואות סימולטניות אלה היא קוד מדחום, שהוא רצף של '1 רציף' ואחריו '0.לדוגמה, ב- ADC Flash Flash בן חמישה מגנים, מתח קלט העולה על מתחי ההתייחסות של שלושה משווים יביא לקוד מדחום של 11100. תבנית קוד זה ממירה ישירות את הקלט האנלוגי לאות דיגיטלי, ומשקפת במדויק את משרעת המשרעת של המשרעתמתח קלט לעיבוד דיגיטלי נוסף.

תהליך קידוד

לאחר יצירת קוד המדחום ב- ADC פלאש, שלב הקידוד מתחיל.שלב זה חשוב מכיוון שהוא ממיר את קוד המדחום לפורמט בינארי סטנדרטי.זה מקטין את מספר קווי הפלט הדרושים ומקל על ניהול ועיבוד הנתונים הדיגיטליים, ומשפר את היעילות.

קידוד עדיפות משמש לרוב למשימה זו.זה עובד על ידי מציאת המיקום של '1' הגבוה ביותר בקוד המדחום והפיכת המיקום למספר בינארי.לדוגמה, בקוד 11100, '1' הגבוה ביותר נמצא במצב השלישי, המתורגם למספר הבינארי 011 ב- ADC של 3 סיביות.שיטה זו מבטיחה כי הקלט החשוב ביותר מיוצג במדויק ומספק צורה דיגיטלית קומפקטית של מתח הקלט.לפעמים משתמשים בשיטות קידוד אחרות כמו קוד אפור להפחתת שגיאות במהלך העברת אות ועיבוד האות.קידוד חייב ללכת במהירות על מנת להתאים ליכולות המהירות של ADCs Flash.כדי להשיג זאת, ADCs פלאש משתמשים במעגלי קידוד מיוחדים המיועדים להפעלה יעילה.מעגלים אלה מאפשרים קידוד מהיר ומדויק, שמירה על התגובה המהירה של המכשיר ותפוקת נתונים גבוהה.

עבודה של ADCs Flash

איור 4: פלאש ADC

ממירי פלאש אנלוגי לדיגיטלי (ADCs) הטובים ביותר ביישומים דיגיטליים במהירות גבוהה מכיוון שהם ממירים במהירות אותות אנלוגיים לפורמטים דיגיטליים.על מנת להמיר במהירות כניסות אנלוגיות ליציאות דיגיטליות, ADCs פלאש בנויים עם מערכת מורכבת של משווים במהירות גבוהה.רשת זו משתמשת במחלק מתח מתנגד כדי להפיץ מתחי עזר על פני המשווים.

ב- ADC פלאש, כל משווה משווה את מתח הקלט לרמת התייחסות ספציפית.רמת ההתייחסות עבור כל משווה מוגדרת על ידי מיקומו ברצף.לדוגמה, ב- N -Bit Flash ADC, ישנם 2 משווים של 2^n - 1.מתח ההתייחסות של כל משווה הוא מעט (LSB) גבוה יותר מהקודם.הגדרה זו יוצרת דפוס פלט "קוד מדחום", בו הבינארי משתנה לאפסים בנקודה בה מתח הקלט האנלוגי נופל מתחת למתח ההתייחסות של המשווה.דפוס זה דומה לאופן שבו מרקורי עולה במדחום, ומסמן ברציפות ערכים גבוהים יותר עד שהוא מגיע לנקודה בה הוא נעצר.

המשווים ב- Flash ADC נועדו להתמודד עם אותות בתדר גבוה.בדרך כלל יש להם שלבי תפעול רחבים ונמוכים כדי לאזן את רוחב הפס והרווח.רווח נמוך נדרש בתדרים גבוהים יותר לשמירה על ביצועים ומניעת בעיות.בנוסף, כל משווה מעוצב עם קיזוז מתח קטן מאוד, קטן יותר מ- LSB, כדי להימנע מקריאות שגויות כתוצאה משינויי מתח מינורי שאינם חלק מהאות בפועל.כדי להבטיח שהמשווים יספקו יציאות אמינות, ADCs פלאש משתמשים בתפסים התחדשות בכל שלב פלט.תפסים אלה משתמשים במשוב חיובי כדי לנעול את מצב הפלט ל -1 או 0. ביטול כל תפוקות לא ברורות מחייב קבלת החלטות מפורשות זו, במיוחד בהמרה של נתונים במהירות גבוהה.

אופטימיזציה של פלאש ADC פירושה צמצום העיצוב שלו על ידי התאמת רווח המשווה, הפחתת קיזוז המתח ושיפור משוב התפס.עם שיפורים אלה, ה- Flash ADC הופך להיות בעל השפעה רבה עוד יותר באלקטרוניקה דיגיטלית על ידי הגדלת הדיוק, המהירות והאמינות שלה.בעזרת שיפורים אלה, ADCs פלאש עומדים בתקני ביצועים גבוהים יותר, ומגישים ביעילות יישומים דיגיטליים מתקדמים הדורשים המרה מהירה ומדויקת אנלוגית-דיגיטלית.

מעגל ADC של 3 סיביות

איור 5: מעגל ADC של 3 סיביות פלאש

מעגל ADC של 3 סיביות (ממיר אנלוגי לדיגיטלי) הוא מערכת אלקטרונית המשמשת להמרת אות אנלוגי לאותה דיגיטלית.תאר לעצמך שיש לך מתח התייחסות מדויק ויציב, המכונה VREF, הדרוש להפעלת ה- ADC.VREF זה מסופק על ידי ווסת מתח בעל דיוק גבוה המבטיח שהמתח יישאר קבוע ומדויק.במעגל זה ישנם מספר משווים.כל משווה הוא מכשיר שמשווה את המתח האנלוגי של הכניסה לרמת מתח התייחסות ספציפית.כאשר מתח הכניסה עולה גבוה יותר ממתח ההתייחסות במשווה מסוים, הפלט של המשווה עובר למצב גבוה, מה שאומר שהוא הופך להיות פעיל.

המשווים מסודרים ברצף.לכן, ככל שמתח הקלט האנלוגי גדל, משווים נוספים הופכים לפעילים בזה אחר זה.רצף הפעלות זה מציין את רמת מתח הקלט.התפוקות מכל המשווים הללו נשלחים לאחר מכן למקודד עדיפות.תפקיד מקודד העדיפות הוא לבחון את תפוקות המשווה הפעילות ולהמיר אותם למספר בינארי.מספר בינארי זה מייצג את המשווה הגבוה ביותר שהוא פעיל כיום, ומספק למעשה ייצוג דיגיטלי של מתח הקלט האנלוגי.אז מעגל ADC של 3 סיביות פלאש משתמש במתח התייחסות יציב כדי להשוות בין מתח כניסה.ככל שמתח הכניסה עולה, משווים יותר עוברים למצב גבוה ברצף.לאחר מכן מצבים פעילים אלה מקודדים למספר בינארי על ידי מקודד העדיפות, ומעניקים פלט דיגיטלי המתאים למתח הקלט האנלוגי.תהליך זה מאפשר המרה מהירה ויעילה של אותות אנלוגיים לצורה דיגיטלית.

פשט עיצוב מקודד במערכות ADC Flash

איור 6: פלאש ADC

מקודד עדיפות מסתכל על מספר כניסות ובוחר את העדיפות הגבוהה ביותר הפעילה.תהליך בחירה זה מסייע למערכת להבין איזה אות לעבד.עם זאת, ביישומים מסוימים, ייתכן שלא נצטרך את כל התכונות של מקודד עדיפות סטנדרטית.במצבים אלה אנו יכולים לנצל מאפיין טבעי של תפוקות המשווה ב- ADC פלאש.משווים הם מכשירים המשווים שני מתחים ומוצאים אות המבוסס עליהם גבוה יותר.ב- ADC פלאש, תפוקות המשווה הללו עוברות לרוב מנמוך לגבוה באופן רציף.המשמעות היא שהתפוקות מסודרות באופן טבעי מהנמוכות ביותר לגבוהות ביותר.

על ידי שימוש בהזמנה טבעית זו, אנו יכולים לפשט את העיצוב.במקום להשתמש במקודד עדיפות מורכב, נוכל להשתמש בסדרה של שערים בלעדיים או (XOR).שערי XOR הם שערי היגיון בסיסיים המוצקים נכון רק כאשר הכניסות שונות.על ידי סידור בזהירות של שערי Xor אלה, אנו יכולים ליצור מנגנון קידוד שבוחר ביעילות את הקלט הפעיל הגבוה ביותר, בדומה למקודד עדיפות אך עם פחות מורכבות.

שיטת קידוד פשוטה זו פועלת היטב מכיוון שהיא ממנפת את הרוויה המצב "גבוהה" רציפה של יציאות המשווה.בעיקרו של דבר, המערכת ממייסת את עצמה באופן טבעי, ושערי ה- Xor פשוט עוזרים לקרוא את המצב הממוין הזה.זה מקטין את המורכבות הכוללת של מערכת ADC, מה שמקל על הבנייה, תוך שמירה על הביצועים המהירים שלה.בעזרת שערי Xor בדרך זו אנו יכולים להשיג את אותה השפעה כמו מקודד עדיפות, אך עם פחות חלקים ועבודות עיצוב פחות מורכבות.

בניית מעגלי מקודד עם מטריצות דיודה

דרך יעילה ופשוטה לבניית מעגל מקודד היא באמצעות מטריצה ​​של דיודות.דיודות הם רכיבים אלקטרוניים המאפשרים לזרום זרם בכיוון אחד תוך חסימתו בכיוון ההפוך.על ידי סידור דיודות אלה במטריקס, אתה יכול ליצור מערכת המפרשת אותות קלט שונים ומייצרת קודים דיגיטליים תואמים.שיטה זו היא מינימליסטית ויעילה כאחד, מה שהופך אותה לבחירה פופולרית עבור מעגלי ממיר בנייה.

הפשטות של שימוש במטריצות דיודה פירושה שאינך זקוק לרכיבים מורכבים או יקרים.במקום זאת, אתה יכול להשתמש בחלקים אלקטרוניים בסיסיים כדי להשיג את הפונקציונליות הרצויה.גישה מעשית זו מועילה למי שלומד על אלקטרוניקה או עובד על פרויקטים עם משאבים מוגבלים.

ב- ADC פלאש, המהירות חשובה.על מעגל המקודד להמיר במהירות ובמדויק את האות האנלוגי לפורמט דיגיטלי.מטריצות דיודה מתאימות היטב למשימה זו מכיוון שהם יכולים לפעול במהירות גבוהה, מה שמבטיח את היעילות הכוללת של מערכת ADC.בניית מעגלי מקודד עם מטריצות דיודה היא שיטה מעשית ויעילה.זה מאפשר הרכבה של מערכות ADC באמצעות רכיבים בסיסיים, מה שהופך אותה לאפשרות נגישה עבור חובבי אלקטרוניקה ואנשי מקצוע רבים.

איור 7: פלאש ADC עם מטריצות דיודה

פלאש ADC לעומת ADCs אחרים

איור 8: n-bit flash adc

איור 9: מבנה SAR

פלאש מול SAR ADC

פלאש ADCS ו- SAR ADCs שונים זה מזה מאוד מבחינת מהירות, יעילות כוח ועלות.SAR ADCs פועלים על ידי קביעת כל סיביות אחת אחת, החל מהסיביות החשובה ביותר (MSB) לקטע הכי פחות חשוב (LSB).הם משתמשים במשווה דיוק גבוה שמשווה ברציפות מול תפוקת DAC, מה שהופך את התהליך להדרגתי ואיטי יותר, ומגביל את המהירות שלהם לכמה מיליוני דגימות בשנייה (MSPs).מצד שני, ADCs פלאש ממירים את כל הקלט האנלוגי לאות דיגיטלי בשלב מהיר אחד.זה נותן להם יתרון במהירות, ולעתים קרובות משיג מהירויות בטווח הדוגמאות של ג'יגאס לשנייה (GSPS).

לדוגמה, SAR ADCs, כמו MAX1132, יכולים להציע החלטות של עד 16 ביטים.לשם השוואה, ADCs פלאש בדרך כלל מספקים כ 8 פיסות רזולוציה.עם זאת, מהירות זו מגיעה עם סחר.ADC של 8 סיביות של SAR, כמו MAX1106, משתמש רק במאה מיקרו-סיבוב (μA) של זרם ב -3.3 וולט ופועל בקצב של 25 קילוגרם לשנייה (KSPs).בניגוד מוחלט, ה- Flash ADC MAX104 צורך 5.25 וואט כבד, המהווה עלייה של פי 16,000 בצריכת החשמל.

יתר על כן, ADCs SAR הם הרבה יותר חסכוניים ומגיעים בחבילות קטנות יותר.הם פשוטים וזולים יותר לייצור, מה שהופך אותם לבחירה טובה יותר עבור יישומים רבים.ADCs פלאש, בשל צרכי ההספק הגבוהים שלהם, דורשים חבילות גדולות יותר לניהול פיזור החום ולשמור על שלמות האות.לדוגמה, חבילת MAX104 גדולה פי 50 מזו של ה- MAX1106.הבדל זה ביעילות הגודל והעוצמה הופך לעתים קרובות ל- SAR ADCs לבחירה המועדפת במצבים כמו עלות וכוח.

פלאש מול ADCs צנרת

איור 10: ADC צנרת 12 סיביות

לכל אחד מהם העיצוב והמאפיינים הייחודיים שלו, המספקים לצרכים שונים על בסיס מהירות, צריכת חשמל ורזולוציה.ADCs צנרת פועלים באמצעות מבנה עיבוד מקביל.המשמעות היא שהם יכולים להתמודד עם קטעים ממספר דגימות בו זמנית על פני שלבים שונים.כל שלב מעבד חלק מהמדגם לפני שהוא מעביר אותו לשלב הבא, ומאפשר זרימת נתונים רציפה יותר.תכנון זה נועד להגדיל את מהירות העיבוד הכוללת.עם זאת, עיבוד מקביל זה מגיע בעלות: ADCs צנרת נוטים לצרוך יותר כוח ולהציג מעט חביון בגלל הזמן שלוקח לכל שלב להשלים את משימתו.לדוגמה, MAX1449, סוג של ADC צנרת, יכול להשיג מהירויות של עד 100 מיליון דגימות לשנייה (MSPs) עם החלטות שנעות בין 8 ל 14 ביטים.זה הופך את ה- ADCs הצנרת המתאימים ליישומים הדורשים מהירויות ורזולוציות בינוניות עד גבוהות.

מצד שני, ADCs פלאש משתמשים בגישה פשוטה יותר עם משווים פשוטים.הם יכולים להמיר אות אנלוגי לדיגיטלי כמעט באופן מיידי, מה שהופך אותם למהירים בהרבה מ- ADCs צנרת.ADCs פלאש מסוגלים להשיג מהירויות גבוהות מאוד, לרוב כמה מאות MSPs, אך בדרך כלל הם מציעים רזולוציות נמוכות יותר, עד 10 ביטים.הפשטות והמהירות שלהם הופכים אותם לאידיאליים ליישומים כמו באוסצילוסקופים דיגיטליים ובמערכות תקשורת בתדר גבוה.

למרות ההבדלים ביניהם, ADCs פלאש ו- ADCs צנרת יכולים להשלים זה את זה במבנים היברידיים.בתצורות כאלה, ADCs פלאש משולבים במערכות אחרות כדי להגביר את המהירות תוך שמירה על הרזולוציה והדיוק הרצויים.סינרגיה זו מאפשרת ביצועים משופרים, ומדגימה כיצד ניתן למנף את החוזקות של כל סוג כדי לעמוד בדרישות היישום הספציפיות.בעוד ש- ADCs צנרת מיועדים לרזולוציות גבוהות יותר עם מהירויות מתונות וכוללות עיבוד מורכב יותר, ADCs פלאש מצטיינים בהשגת מהירויות גבוהות מאוד עם עיצוב פשוט יותר אך רזולוציה נמוכה יותר.הבנת התכונות והיישומים המובחנים שלהם מסייעת בבחירת ה- ADC הנכונה למשימה נתונה.

פלאש לעומת שילוב ADC

איור 11: שילוב ADC

ADCs פלאש מהיר להפליא בהמרת אותות אנלוגיים לצורה דיגיטלית, מה שהופך אותם לאידיאליים למשימות הדורשות עיבוד בזמן אמת.משימות אלה כוללות אוסצילוסקופים דיגיטליים, עיבוד אותות וידאו ומערכות מכ"ם.עם זאת, ל- ADCs פלאש יש רזולוציה נמוכה יותר, לרוב נע בין 6 ל 8 ביטים, אם כי רזולוציות גבוהות יותר זמינות בעלות גבוהה יותר ועם מורכבות מוגברת.בשל המהירות הגבוהה שלהם, ADCs פלאש צורכים יותר כוח, שיכול להיות חיסרון ביישומים שבהם שימור כוח חשוב.כמו כן, המבנה המורכב שלהם, הכולל משווים ונגדים רבים, הופך אותם ליקרים יותר.

מצד שני, שילוב ADCs איטי יותר, הפועלים בכמה מאות דגימות בשנייה או פחות.מהירות איטית זו פירושה שהם אינם מתאימים לעיבוד בזמן אמת.במקום זאת, הם מושלמים ליישומים שבהם האותות משתנים לאט או דורשים דיוק גבוה לאורך זמן, כגון ניטור אותות DC במסגרות תעשייתיות.שילוב ADCs מציע רזולוציה גבוהה מאוד, בדרך כלל 16 ביטים ומעלה, ומאפשר להם לאתר שינויים קטנים ברמות האות ברמת דיוק רבה.הם גם צורכים מעט מאוד כוח, מה שהופך אותם מצוינים ליישומים המופעלים על ידי סוללות ועוצמה נמוכה.יתר על כן, שילוב ADCs בדרך כלל נוחים יותר מ- ADCs פלאש מכיוון שהמבנה הפשוט יותר שלהם כרוך בפחות רכיבים.

ADCs Flash הם הטובים ביותר ליישומים במהירות גבוהה הזקוקים להמרת נתונים בזמן אמת, למרות צריכת החשמל והעלות הגבוהה שלהם.שילוב ADCs, בינתיים, הם אידיאליים ליישומים ברזולוציה גבוהה ומהירה שבהם יעילות הספק ויעילות עלות חשובה.

פלאש מול סיגמא-דלטה ADC

איור 12: Sigma-Delta ADCS

ADCs של Sigma-Delta ידועים ברזולוציה הגבוהה שלהם.הם נועדו לעבוד בצורה הטובה ביותר במצבים שבהם הדיוק חשוב יותר ממהירות.ADCs אלה משמשים בדרך כלל ליישומים עם רוחב פס נמוך, בדרך כלל פחות מ- 1 מגהרץ.הם יכולים להשיג רזולוציות גבוהות מאוד, החל בין 12 ל -24 ביטים, באמצעות תהליך שנקרא דגימה יתר.תהליך זה כולל נטילת דוגמאות רבות ושימוש בטכניקות סינון להפחתת רעש כדי לייצר ייצוג דיגיטלי מדויק מאוד של האות האנלוגי.עם זאת, ל- ADCs של Sigma-Delta יש חסרון: הם איטיים יחסית.זה הופך אותם פחות מתאימים ליישומים הדורשים המרת נתונים במהירות גבוהה, במיוחד בהגדרות מרובות ערוצים בהן יש לעבד אותות רבים במהירות.למרות מגבלה זו, קיימות התפתחויות מתמשכות ב- ADCs Sigma-Delta בזמן רצוף.התקדמות זו שואפת לשפר את מהירותם, מה שעשוי להפוך אותם למתחרים בר -קיימא להבהב ADCs בתרחישים הזקוקים לשיעורי נתונים נמוכים יותר אך רזולוציות גבוהות יותר.

לעומת זאת, ADCs פלאש בנויים למהירות.הם יכולים להמיר אותות אנלוגיים לדיגיטל בשיעורים גבוהים מאוד, מה שהופך אותם לאידיאליים לסביבות בתדר גבוה.עם זאת, בדרך כלל יש להם רזולוציה נמוכה יותר בהשוואה ל- ADCs של Sigma-Delta.כדי להתגבר על מגבלות המהירות של ADCs של Sigma-Delta, המהנדסים בוחנים דרכים לשילוב מודולי ADC פלאש במערכות Sigma-Delta.גישה היברידית זו נועדה לשלב את המהירות הגבוהה של ADCs פלאש עם הרזולוציה הגבוהה של ADCs של Sigma-Delta, וכתוצאה מכך מערכת הממנפת את חוזקותיהן של שתי הטכנולוגיות לשיפור הביצועים הכוללים.

יתרונות וחסרונות של ADCs Flash

אספקט	פרטים
מְהִירוּת	ADCs פלאש ידועים בצום שלהם ביצועים.הם משווים מתחי כניסה לבין מספר אזכורים ב באותו זמן, דילוג על הצעדים החוזרים ונשנים ששימשו ב- ADC אחרים.זה מאפשר פלאש ADCs לייצור תפוקות באלפיות השנייה, מה שהופך אותם לטובים לנתונים מיידיים צרכי עיבוד.
פַּשְׁטוּת	קל לתפעול ADCs פלאש.יש להם רק שני שלבים: השוואה מקבילה וקידוד.הפשטות הזו הופכת אותם קל להבנה ולהפעלה, הפחתת מורכבות העיצוב והייצור עלויות.עם זאת, ככל שהרזולוציה גדלה, יש צורך במשווה נוסף, סיבוך תכנון וניהול כוח.
מדרגיות וצריכת חשמל	ADCs פלאש אינם מידה היטב.מספר ה המשווים נדרשים עולה באופן אקספוננציאלי עם רזולוציה גבוהה יותר, מה שהופך את תכנן מורכב יותר ודורש יותר כוח.צריכת חשמל גבוהה זו היא בעייתי למכשירים וסביבות ניידות בהן ניהול חום הוא נדרש.
מורכבות להחלטות גבוהות יותר	ברזולוציות גבוהות יותר, ADCs פלאש הופכים מאוד מורכב.פירושו של יותר פיסות משווה יותר ונגד מורכב יותר סולם, מה שהופך את ניהול הכוח והפריסה למאתגרים יותר.המורכבות הזו יכול להפחית את היעילות, הדיוק והליניאריות, ודורש מדויק כיול, הגדלת המורכבות והעלות.מרכיבים נוספים פירושם גם שטח שבבים נוסף, שאינו אידיאלי ליישומים מוגבלים בחלל.ל צרכים ברזולוציה גבוהה, טכנולוגיות ADC אחרות כמו קירוב רצוף או שממירים של סיגמא-דלטה הם לרוב חסכוניים יותר וניתנים להרחבה.

יישומים של פלאש ADC

מערכות תקשורת: ADCs פלאש משרתים פונקציה ברשתות במהירות גבוהה כמו סיבים אופטיים ותקשורת לוויינית.הם ממירים אותות אנלוגיים לצורה דיגיטלית ביעילות, ומאפשרים עיבוד מהיר והעברה למרחקים ארוכים.המרה מהירה זו מסייעת לשמור על איכות תקשורת גבוהה, טובה ליישומים כמו שידור בזמן אמת ומסחר בתדר גבוה.

הדמיה רפואית: ADCs פלאש נדרשים גם בטכנולוגיות הדמיה רפואית כמו סורקי MRI ו- CT.ADCs אלה ממירים במהירות את האותות האנלוגיים שנוצרו על ידי הגוף לנתונים דיגיטליים, ומאפשרים יצירת תמונות ברזולוציה גבוהה בזמן אמת.המרת נתונים מהירה ומדויקת זו היא הטובה ביותר לאבחון וטיפול במצבים רפואיים, במיוחד במצבים דחופים.

לוחמה אלקטרונית: בתחום הלוחמה האלקטרונית, נדרשים ADCs פלאש לאינטליגנציה של אותות ואמצעי נגד אלקטרוניים.ממירים אלה הופכים במהירות אותות אנלוגיים מורכבים לפורמטים דיגיטליים, מה שמאפשר לצבא לזהות ולנטרל איומים בזמן אמת.יכולת זו משפרת את ההיענות האסטרטגית והתפעולית של יחידות צבאיות.

אוסצילוסקופים דיגיטליים: לצורך התבוננות במדויק בצורת הגל של אות חשמלי, אוסצילוסקופים דיגיטליים דורשים ADCs Flash.ADCs אלה ממירים אותות אנלוגיים בתדירות גבוהה לצורה דיגיטלית כמעט באופן מיידי.המרה מהירה זו חשובה מכיוון שהיא מבטיחה כי התצוגה הדיגיטלית של האוסילוסקופ היא העתק מדויק של האות האנלוגי.זה מסייע בניתוח ומדידה מדויקים של צורות גל, מה שהופך את ADCs לפלאש לכיוון לעיבוד אותות בזמן אמת.

מערכות מכ"ם: טכנולוגיית מכ"ם נשענת מאוד על ADCs Flash.מערכות מכ"ם מסתמכות על ממירים אלה כדי לשנות במהירות את האותות האנלוגיים, אשר מקפיצים חזרה מאובייקטים, לנתונים דיגיטליים.ADCs Flash ממלאים תפקיד מרכזי במודיעין אותות לוחמה אלקטרונית ובאמצעי נגד אלקטרוניים.מערכות מכ"ם דורשות יכולת לאתר ולפקח על חפצים ברמת דיוק גבוהה, צורך בפעולות הגנה ומעקב.ADCs Flash מציעים יכולת זו על ידי המרת אותות במהירות.

רכישת נתונים במהירות גבוהה: ADCs פלאש הם בסיסיים בתחומים הדורשים איסוף נתונים מהיר, כגון מחקר מדעי, ניטור תעשייתי ובדיקות אוטומטיות.ממירים אלה נועדו לתפוס אותות משתנים במהירות מבלי לאבד מידע חשוב.רכישת נתונים מהירה זו נדרשת לניתוח ומעקב מדויקים ביישומים שבהם שלמות האות חשובה.

סיכום

ADCs פלאש מייצגים את שיא המהירות בטכנולוגיית המרה אנלוגית-דיגיטלית עם העיצוב הפשוט אך החזק שלהם המאפשר עיבוד אותות מהיר.מאמר זה הראה את תפקידם השונה ביישומים במהירות גבוהה בזמן אמת, בהם יש צורך בהמרה מהירה מאנלוגית לדיגיטל.בעוד ש- ADCs פלאש הם פשוטים בפעילותם, הם מתמודדים עם אתגרים בקנה מידה של רזולוציה, הדורשים עיצובים מורכבים יותר ושימוש בכוח גבוה יותר.איזון זה בין המהירות לבין הסחר ביעילות הכוח ומורכבות העיצוב חשובה בטכנולוגיית ADC.ככל שהצורך באלקטרוניקה מהירה ויעילה יותר גדל, פלאש ADCs ישחק תפקיד מרכזי בעתיד האלקטרוניקה הדיגיטלית, מהירות איזון, רזולוציה ויעילות כוח כדי לענות על צרכיהן של טכנולוגיית תעשייה וצריכה כאחד.

שאלות נפוצות [שאלות נפוצות]

1. מדוע ADC פלאש מהיר יותר?

ADC פלאש, המכונה גם ADC מקביל, מהיר יותר מסוגי ADCs אחרים מכיוון שהוא מעבד את כל הקטעים של אות הקלט בו זמנית.עיבוד מקביל זה מושג על ידי שימוש בסדרה של משווים שכל אחד מהם בודק אם מתח הקלט הוא מעל או מתחת לרמות התייחסות מסוימות.מכיוון שהיא מבצעת את כל ההשוואה בבת אחת ומוציאה ישירות את הערך הדיגיטלי, ADC פלאש מבטל את הצורך בקירוב רצף או תהליכי המרה איטרטיביים שנמצאים בסוגי ADC אחרים.עיצוב זה מאפשר המרה כמעט מיידית, מה שהופך את ADCs לפלאש לסוג המהיר ביותר הזמין.

2. מהו ADC פלאש של 2 סיביות?

ADC פלאש של 2 סיביות הוא סוג של ממיר אנלוגי לדיגיטלי שמכמת אות קלט אנלוגי לאחד מארבע יציאות דיגיטליות אפשריות (00, 01, 10 או 11).הוא משתמש בשלושה משווים, שכל אחד מהם משווה את אות הקלט למתח התייחסות שונה.התפוקות של משווים אלה מפוענחים לאחר מכן לערך דיגיטלי של 2 סיביות.ADC זה מסוגל לייצג את הקלט האנלוגי ברזולוציה של ארבע רמות.

3. מהו ADC פלאש 3 סיביות?

פלאש ADC של 3 סיביות מתרחב על גרסת הדו-סיביות על ידי מתן רזולוציה עדינה עוד יותר.זה ממיר קלט אנלוגי לאחד משמונה תפוקות דיגיטליות אפשריות (נע בין 000 ל- 111).סוג זה של ADC משתמש בשבעה משווים, שכל אחד מהם מוגדר למתח התייחסות מובהק.ההשוואה מעריכה בו זמנית אם מתח הקלט גבוה או נמוך יותר מההתייחסויות שלהם, ואז התוצאות מומרות לקוד דיגיטלי של 3 סיביות, מה שמאפשר ייצוג של הקלט האנלוגי בשמונה רמות שונות.

4. היכן משתמשים ב- Flash ADC?

יישומים הדורשים המרת נתונים מהירים ומהירות גבוהה הם העיקריים המעסיקים ADCs Flash.מקרי שימוש נפוצים כוללים שידורי וידאו דיגיטליים, מערכות מכ"ם ועיבוד אותות בתדר גבוה.הם מושלמים להגדרות בהן זמן התגובה חשוב מאוד בגלל ההמרה כמעט-אינסנטנטית של אותות אנלוגיים לצורה דיגיטלית.

5. כיצד מומר אות אנלוגי לדיגיטל עם ADC מסוג פלאש?

ב- ADC פלאש, אות הקלט האנלוגי מוזן לסדרת משווים.לכל משווה יש מתח התייחסות המחלק את טווח מתח הקלט לקטעים שווים.כל המשווים פועלים בו זמנית, כל אחד מהם מספק פלט בינארי של '1' אם הקלט עולה על מתח ההתייחסות שלו ו- '0' אחרת.לאחר מכן משולבים תפוקות בינאריות אלה במעגל לוגיקה, המתרגם את יציאות ההשוואה למספר בינארי המייצג את המקבילה הדיגיטלית של הקלט האנלוגי.

6. כמה ביטים זה ADC פלאש?

מספר הקטעים ב- ADC פלאש מגדיר את הרזולוציה שלו, כלומר עד כמה הוא יכול לחלק את טווח הקלט האנלוגי ולייצג אותו כפלט דיגיטלי.ADCs פלאש יכולים להשתנות באופן נרחב ברזולוציה שלהם, בדרך כלל נע בין 2 ביטים ועד 10 ביטים ומעלה, תלוי ביישום הספציפי והדיוק הנדרש.

7. מה המהירות של פלאש ADC?

המהירות של ADC פלאש נקבעת בעיקר על ידי כמה מהר המשווים שלו יכולים להתיישב ומעגלי ההיגיון שלו יכולים לקודד את הפלט.בדרך כלל, ADCs פלאש יכולים להשיג זמני המרה בסדר גודל של ננו -שניות.לדוגמה, ADC של Flash במהירות גבוהה עשויה להציע מהירויות הנעות בין 500 מגה דוגמאות לשנייה (MSPs) למספר דוגמאות של ג'יגאסיות בשנייה (GSPs), מה שהופך אותם למהירים במיוחד בהשוואה לסוגי ADC אחרים.יישומים הזקוקים לעיבוד בזמן אמת וחביון נמוך תלויים בביצוע זה.