ADC chỉ chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số. Tại sao sau đó chúng ta có ADC đặc biệt cho ứng dụng âm thanh và video? Điều gì sẽ xảy ra nếu người ta sử dụng op-amp cho mục đích chung thay thế?
ADC chỉ chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số. Tại sao sau đó chúng ta có ADC đặc biệt cho ứng dụng âm thanh và video? Điều gì sẽ xảy ra nếu người ta sử dụng op-amp cho mục đích chung thay thế?
Câu trả lời:
Đầu tiên, tôi nghĩ bạn sử dụng từ "chỉ" rất nhẹ. ADC là một số hệ thống tín hiệu hỗn hợp phức tạp, đầy thách thức đang được sử dụng. Để đáp ứng các mục tiêu hiệu suất khác nhau, các ADC thực tế sử dụng nhiều kiến trúc khác nhau (quan trọng nhất hiện nay là sigma-delta, SAR và Pipelined).
Thiết kế ADC được đặc trưng bởi sự đánh đổi rất đau đớn giữa tốc độ, độ chính xác, tiếng ồn và công suất tiêu tán. Ví dụ, để tăng SNDR của ADC giới hạn nhiễu nhiệt thêm một bit sẽ tăng công suất khoảng 4 lần (vì độ nhiễu tỷ lệ với sqrt (C)).
Để đặt hàng đầu tiên (và đây là RẤT thô, tâm trí), bạn có thể nghĩ sản phẩm có độ chính xác tốc độ của ADC là không đổi. Vì vậy, để tạo ra một ADC rất chính xác, nó phải chậm và ngược lại, các ADC nhanh nhất (hiện ở mức 40 GS / s trở lên) có độ phân giải rất thấp (4 - 6 bit hoặc hơn). Điều này là do sự kết hợp của các yếu tố như quá khổ (lấy nhiều mẫu và lấy trung bình) làm giảm tốc độ và khả năng của các mạch giữ và lấy mẫu để thu được tín hiệu ở độ chính xác cần thiết (ví dụ, mẫu 10 bit - và -chỉ cần lấy mẫu tín hiệu đầu vào với độ chính xác khoảng 0,1%. Việc giữ và giữ mẫu 16 bit cần lấy mẫu đầu vào với độ chính xác khoảng 0,001% (!). Độ chính xác, cụ thể là xử lý tín hiệu, cần có thời gian.
Vì vậy, Audio ADC thường là 16-24 bit và có tốc độ lấy mẫu hiệu quả từ 44kHz đến 96 kHz trở lên. (Hãy nhớ rằng ADC đang lấy mẫu NHIỀU nhanh hơn điều này vì điều chế sigma-delta).
Một ADC video thường là 8-12 bit (đôi khi là 14b) và các mẫu trong khoảng 10 - 40 MHz.
Một ADC trong chip Ethernet Gb sẽ giống như 6 - 8 bit @ 125 MHz.
Một ADC trong chip Ethernet 10Gb sẽ giống như 6 - 8 bit @ 1.25 GHz.
Bộ ADC cho bộ thu phát DDR4 hoặc bộ thu radar có thể giống như 4 bit ở tốc độ 10 GHz.
Và như thế. Lý do có rất nhiều ADC là có rất nhiều vị trí trong không gian tham số. Bạn có quan tâm đến tiếng ồn? Nó sẽ tiêu tốn của bạn. Bạn có quan tâm đến quyền lực? Nó sẽ tiêu tốn của bạn.
ADC đa năng là sự cân bằng của các yếu tố khác nhau được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, nhưng không thể thực hiện ở mức cực đoan về tốc độ hoặc độ chính xác.
Một ADC có mục đích chung dự kiến sẽ hoạt động hợp lý khi nắm bắt bất kỳ loại nội dung tần số nào từ DC đến giới hạn băng thông của nó; độ chính xác khi ghi bất kỳ nội dung tần số cụ thể nào sẽ không bị ảnh hưởng bởi sự hiện diện của nội dung tần số khác.
Một ADC âm thanh được dự kiến sẽ hoạt động hợp lý trong việc thu các tín hiệu âm thanh trong phạm vi không mở rộng đến DC và thường không cao như nhiều thiết bị ADC đa năng. Mặc dù độ chính xác mà ADC có mục đích chung có thể thu được nội dung ở một tần số sẽ không bị ảnh hưởng bởi các tần số khác, nhưng đó không phải là quá nhiều yêu cầu với âm thanh. Tỷ lệ giữa tín hiệu cho phép lớn nhất và lượng nhiễu trên tín hiệu có thể phát hiện yên tĩnh nhất phải cao, nhưng thường có thể chấp nhận được vì tỷ lệ giữa tín hiệu lớn nhất và lượng nhiễu sẽ có trên tín hiệu đó thấp hơn nhiều.
Một ADC video sẽ cần phải hoạt động nhanh hơn nhiều so với nhiều thiết bị âm thanh hoặc mục đích chung, nhưng thường sẽ không yêu cầu thông số kỹ thuật đặc biệt tốt cho tuyến tính. Hơn nữa, trong khi độ trễ giữa tín hiệu xuất hiện ở đầu vào của ADC đa năng và tín hiệu được truyền qua đầu ra thường sẽ không quá hai lần mẫu, thời gian đó có thể dài hơn trên ADC video. Khi ADC được sử dụng trong vòng điều khiển, điều quan trọng là giảm thiểu độ trễ thông qua ADC, nhưng khi độ trễ được chấp nhận, nó cho phép phần cứng của ADC được đơn giản hóa. Một ADC 6 bit cần mang lại kết quả "tức thời" sẽ cần 63 bộ so sánh và một 8 bit sẽ cần 255. Thiết kế như vậy được gọi là ADC "flash" và chi phí của ADC flash tăng theo cấp số nhân với độ phân giải. Nếu một người không cần ADC nhanh,
Một ADC video hiện đại sẽ hoạt động như một giao thoa giữa hai phương pháp. Bất kỳ mẫu cụ thể nào cũng sẽ phải được xử lý theo nhiều bước thông qua các phần khác nhau của ADC, nhưng các phần khác nhau của ADC đều có thể hoạt động đồng thời. Khi giai đoạn đầu tiên của một ADC đường ống đưa một mẫu sang giai đoạn thứ hai, nó có thể bắt đầu làm việc trên mẫu tiếp theo ngay lập tức; không phải đợi các giai đoạn còn lại hoàn thành công việc của họ trên mẫu đầu tiên. Một ADC video có thể mất 125ns để xử lý một mẫu và vẫn có thể xử lý 64 triệu mẫu mỗi giây. Thực tế là dữ liệu từ mẫu đầu tiên sẽ không có sẵn cho đến khi tám lần nữa đến là một cái giá rất nhỏ để trả cho việc có số lượng các giai đoạn đơn giản thay vì một giai đoạn thực sự lớn.
ADC mục đích chung - Đây là hoạt động chung của máy nghiền ADC mà bạn sẽ sử dụng cho tế bào tải, cảm biến nhiệt độ, bất cứ điều gì. Họ đến kết thúc duy nhất và khác biệt, tất cả các loại
Audio ADC - Có hai điều có thể làm cho ADC âm thanh trở nên đặc biệt. Đầu tiên, chúng thường có đầu vào được ghép nối AC, nghĩa là thay vì phạm vi 0-5V, chúng sẽ có phạm vi -2,5-2,5V. Hầu hết những ngày này sẽ là 24-bit. Thường xuyên hơn không, họ sẽ có giao diện I2S và bộ giải mã trên bo mạch cho mỗi ADC.
Video ADC - Xem xét các tín hiệu VGA 640x480 cũ. Nó có đồng hồ pixel 25 MHz. Video ADC phải cực kỳ nhanh.
Theo nghĩa rộng, chủ yếu là về băng thông và độ trung thực lượng hóa.
Âm thanh yêu cầu tốc độ chuyển đổi tốc độ tương đối thấp (ví dụ 44,1kHz), nhưng thường là độ phân giải 16 bit hoặc chuyển đổi cao hơn.
Video có tỷ lệ chuyển đổi cao hơn nhiều (vài MHz), nhưng thường có độ phân giải thấp hơn nhiều - giả sử, 8, 10 hoặc 12 bit cho mỗi kênh màu (RGB).
Cũng có những ứng dụng khác mà ADC "âm thanh" hoặc "video" cũng phù hợp.
Và điều quan trọng đối với các loại ứng dụng này (và các ứng dụng khác) đối với các ADC là lấy mẫu đồng thời nhiều kênh (ví dụ: âm thanh trái + phải hoặc video RG & B), về cơ bản tăng gấp đôi / gấp ba số lượng ADC cần thiết trong hệ thống / trên chip (dĩ nhiên là đắt hơn), trong khi các ADC "mục đích chung" thường KHÔNG thể lấy mẫu nhiều kênh cùng một lúc, chúng chỉ là một ADC duy nhất có công tắc ghép kênh trước chúng để chọn kênh mong muốn - vì vậy nếu bạn muốn lấy mẫu tất cả 4 kênh, bạn lấy mẫu số 1, rồi # 2, rồi # 3, rồi # 4. Nếu sự khác biệt về thời gian giữa khi các mẫu được lấy không thành vấn đề với bạn, thì loại ADC đa đầu vào này vẫn ổn.
Đối với các op-amps liên quan đến mạch tương tự đầu cuối của ADC, một lần nữa chúng được chỉ định cho một loạt các tham số phù hợp với băng thông và biên độ của các tín hiệu được thao tác - Sản phẩm GainBandference, điện áp bù đầu vào, dải điện áp, tuyến tính, v.v ... Thuật ngữ "mục đích chung" op-amp có thể hơi trung bình, nhưng về cơ bản có nghĩa là nó không nổi trội trong bất kỳ thông số cụ thể nào; liệu điều đó có đủ tốt cho một ứng dụng cụ thể hay không là tùy thuộc vào người thiết kế.
chỉnh sửa: đồng thời, nhiều ADC có đầu vào vi sai, thường yêu cầu op-amps vi sai.