By Teknik Bilgiler

İçerik

Bugün bu makalede, günümüzde kullanımda olan başlıca A / D dönüştürücü türlerini (ADC’ler) inceleyeceğiz ve her birini ayrıntıyla açıklayacağız. Böylece:

• Her çeşit ADC’nin temel teknolojisini göreceksiniz.

• Temel ADC özellikleri ve kabiliyetlerini öğreneceksiniz.

• Günümüz uygulamaları için hangi ADC türlerinin en uyumlu şekilde çalıştığını anlayacaksınız.

• Dewesoft’ta seçilmiş olan iki ana ADC türünü ve nedenini öğreneceksiniz.

Başlamaya hazır mısınız? Hadi başlayalım.

Giriş

Analog-Dijital Dönüştürücü (ADC) modern veri toplama (DAQ veya DAS sistemleri aka) sistemlerinin temel yapı taşlarından biridir. Bir veri toplama sistemi içindeki A / D dönüştürücülerinin temel amacı, koşullandırılmış analog sinyalleri bir dijital veri akışına dönüştürmektir, böylece veri toplama sistemi bunları görüntüleme, depolama ve analiz için işleyebilir.

Temel ADC Dönüştürücü Türleri

Günümüzde kullanımda olan beş temel ADC türü vardır:

     • Ardışık Yaklaşım(Successive Approximation)(SAR) ADC

     • Delta-sigma (ΔΣ) ADC

     • Çift Eğimli (Dual Slope) ADC

     • Pipelined ADC

     • Flash ADC

Temel ADC Özellikleri ve Yetenekleri

Her teknolojinin piyasadaki kullanımını yönlendiren özellikler ve yetenekler vardır. ADC’ler şunları içerir:

• Örnekleme hızı- Bir ADC analogu dijitale ne kadar hızlı dönüştürebilir?

• Bit çözünürlüğü- Bir ADC analogu dijitale ne kadar hassasiyetle dönüştürebilir?

Bu temel özelliklerin her birine daha ayrıntılı bir şekilde bakalım:

Örnekleme Hızı nedir?

Sinyallerin analog tabandan dijital veri akışına dönüştürülme hızına örnekleme hızı veya örnekleme frekansı denir. Burada doğru ya da yanlış yoktur, sadece uygulamaya bağlıdır. Örneğin, barometrik basınç dakikalar veya saatler içinde çok yavaş değişir, bu nedenle gerçekten saniyede birden fazla örneklemenize gerek kalmaz. Öte yandan, bir RADAR sinyalini ölçmeye çalışıyorsanız, saniyede yüz milyonlarca kez, hatta belki de saniyede milyarlarca kez örneklemeniz gerekir.

Veri toplama dünyasında, AC gerilimleri ve akımları, şok ve titreşimi, sıcaklığı, gerilimi, basıncı ve benzerlerini ölçüyoruz. Bu sinyaller ve sensörler, ortalama olarak DC ile saniyede 200.000 (200 kS / s) örnekleme hızları gerektirirken, birkaç uygulama saniyede 1.000.000 örneğe (1 MS / s) kadar örnekleme hızı gerektirir. Örnekleme hızı genellikle T (zaman) veya X-ekseni olarak tanımlanır.

Örnekleme Hızı Neden Önemlidir?

Sinyallerinizi ve olası en yüksek frekanslarını anlamak, doğru ölçümler almanın önemli bir parçasıdır. Örneğin, bir ivmeölçerin çıktısını ölçmek istediğimizi varsayalım.

Maksimum 100 Hz frekansta titreşimler oluşturmasını beklersek, örnekleme hızını en az iki katına (Nyquist frekansı) ayarlamamız gerekir, ancak pratikte on kat fazla örnekleme, iyi kalitede bir ölçüm elde etmek için daha iyidir. Dolayısıyla bu örnekte örnekleme hızını 1000 Hz olarak ayarlayıp ölçümü yapıyoruz.

Teorik olarak, her şey yolunda olmalı, ancak sinyalin önemli bir genlikte, frekansta gerçekten çok daha yükseğe çıkmadığını nasıl bileceğiz? Öyle olsaydı, sistemimiz sinyali doğru bir şekilde ölçemez veya dönüştüremezdi. Ve aslında, bu durumda, ölçülen değerler tamamen yanlış bile olabilir.

Örtüştüğünü anlamak için, bir kameranın bir vagonun yuvarlanarak saniyede 24 kare çekildiği eski bir filmi izleyin- çeşitli hızlarda tekerlekler geriye doğru dönüyormuş gibi görünebilir veya hiç hareket etmiyor olabilir.

Bu, çarkın dönme frekansı ile kameranın resim alma hızı arasındaki harmonik ilişkinin neden olduğu bir tür stroboskopik görsel efekttir. Belki bir kameranın deklanşör hızının bir helikopterin bıçaklarıyla senkronize edildiği, helikopterin havada asılı olduğu, kanatlarının hiç hareket etmediği görünen videolar görmüşsünüzdür.
Bir film veya eğlenceli bir video söz konusu olduğunda bu önemli değildir, ancak bilimsel bir ölçüm yaparken, gerçekten bir arabanın tekerleklerinin geriye doğru döndüğüne veya bir helikopterin kanatlarının hareket etmediğine inanıyorsak ki onlar oldukça hızlı hareket ediyor, gerçek dünyada bir ölçüm sorunumuz var demektir.

ADC ile voltaj sinyallerini sayısallaştırma açısından, örnekleme hızının uygun şekilde ayarlanması önemlidir. Örnekleme hızını çok yükseğe ayarlarsak, işlem gücünü boşa harcarız ve sonunda gereksiz derecede büyük ve analiz edilmesi zor veri dosyaları elde ederiz. Ancak örnekleme hızını çok düşük ayarlarsak aşağıdaki iki sorunla karşılaşabiliriz:

• Eksik dinamik sinyal bileşenleri

• Yanlış (alias) sinyallerle sonuçlanma (sistemde anti-aliasing filtrelemesi yoksa)

Örnekleme Hızının En İyi Uygulamaları

Bu noktada, sinyalin ulaşabileceğinden çok daha hızlı örneklemeyi düşünebilirsiniz. Bu, yetersiz örnekleme sorununu çözmez mi? Evet, ancak bu yeni bir sorun yaratır: Kaydedilen veri miktarını önemli ölçüde artırmak bir veri işleme, depolama ve analiz sorunu yaratır. Ve sisteminizle bu kadar hızlı örneklemeniz mümkün olmayabilir.

Neyse ki, kendimizi büyük miktarda gereksiz verilerle aşırı yüklemeden aliasing’ten kaçınmanın daha iyi bir yolu var: anti-aliasing filtreleme.

Anti-Aliasing Filtreleme (AAF)

Analog etki alanında ADC’den önce filtre uygularsak, örtüşme sorununun oluşmasını engelleyebiliriz. İlgili frekans aralığını yakalamak için yeterince yüksek bir örnekleme hızı ayarlamanın hala önemli olduğunu unutmayın, ancak en azından Anti-Aliasing Filtreler (AAF) ile yanlış sinyallerin ölçümlerimizin bütünlüğünü bozmasını önleyebiliriz.

İdeal AAF, Nyquist frekansında (esas olarak örnekleme hızının yarısı) çok düz bir geçiş bandına ve çok keskin bir cutoff’a sahip olacaktır.

Tipik AAF konfigürasyonu: ADC’den önceki dik bir düşük geçişli analog filtre, ADC’nin maksimum bant genişliğinin yarısından fazlasında sinyallerin geçmesini engeller. Dewesoft’un SIRIUS-HS modüllerinde bulunan 16-bit SAR ADC’leri ile yaptığı şey budur.

Bununla birlikte, 24 bit Delta-sigma ADC’leri ile Dewesoft sistemleri, ADC’nin kendisinde, kullanıcının seçtiği örnekleme hızına göre otomatik olarak ayarlanan ek bir DSP filtresine sahiptir. Bu çok aşamalı yaklaşım, bugün DAQ sistemlerinde bulunan en sağlam anti-aliasing filtrelemesini sağlar.

Bit Çözünürlüğü Nedir ve Neden Önemlidir?

Önceki bölümde tartışıldığı gibi örnekleme hızı, dijital veri akışımızın zaman (T veya X) eksenini içerirken, bit çözünürlüğü genlik (Y) eksenini içerir.

Veri toplamanın ilk zamanlarında, 8 bitlik ADC’ler yaygındı. Bu makale itibariyle, DAQ sistemleri dünyasında, 24-bit ADC’ler, dinamik ölçümler yapmak için tasarlanmış çoğu veri toplama sistemi arasında standarttır ve 16-bit ADC’ler, genel olarak sinyaller için minimum çözünürlük olarak kabul edilir. 12 bitlik ADC’ler kullanan bazı düşük kaliteli sistemler de vardır.

Her bir çözünürlük biti olası çözünürlüğü etkili bir şekilde ikiye katladığından, 24 bit ADC’li sistemler 2 ^ 24 = 16,777,216 sağlar. Böylece, gelen bir voltluk sinyal Y ekseninde 16 milyondan fazla adıma bölünebilir.

24 bitlik bir ADC için 16.777.216 adım, 16 bitlik bir ADC’nin maksimum teorik 65.656 adımından önemli ölçüde daha iyidir. Dolayısıyla, dalga şekillerinin görünümü de buna göre daha doğru olur, ayrıca çok daha hassas, daha fazla çözünürlüğe sahip olursunuz. Bu, zaman ekseni için de geçerlidir.

24 bit çözünürlük (turuncu) ile 16 bit çözünürlük (gri)

DualCoreADC® Teknolojisi Nedir ve Neden Önemlidir?

Genlik ekseninde, mühendislerin yıllardır karşılaştığı zorluklardan biri dinamik aralıktır. Örneğin: Ya 5 volttan daha az bir sinyale sahipsek, ancak aynı zamanda range yukarı doğru değişiyorsa? ADC’nin çözünürlüğünü 0-5V verilerini barındıracak şekilde ayarlarsak, sinyal bunu aştığında sistem tamamen aşırı yüklenir.

Bu durumda çözüm, farklı edinimler için ayarlanmış iki kanalı kullanmak ve bunlardan birine 0-5V verileri için ve diğerine daha yüksek genlikli veriler için başvurmak olacaktır. Ancak bu oldukça verimsiz olur- her giriş sinyali için muhtemelen iki kanal kullanamayız – çünkü aynı işi yapmak için iki kat fazla DAQ sistemine ihtiyacımız olur. Ayrıca her testten sonra çok daha karmaşık ve zaman alıcı veri analizi yapmak gerekir.

Dewesoft’un DualCoreADC® teknolojisi, kanal başına iki ayrı 24 bit ADC kullanarak ve bunlar arasında gerçek zamanlı olarak otomatik olarak geçiş yaparak ve tek, kesintisiz bir kanal oluşturarak bu sorunu çözer. Bu iki ADC her zaman giriş sinyalinin yüksek ve düşük edinimlerini ölçer. Bu, sensörün tam olası ölçüm aralığı ile sonuçlanır ve sinyalin kesilmesini önler.

DualCoreADC® teknolojisi ile SIRIUS, 130 dB’den fazla sinyal / gürültü oranı ve 160 dB’den fazla dinamik aralık elde eder. Bu, 20 kat daha az gürültüye sahip tipik 24 bit sistemlerden 20 kat daha iyidir.

Kanal Başına Çoklu ADC ve Tek ADC

Veri kaydediciler veya endüstriyel kontrol sistemleri gibi alt segment DAQ sistemlerinde çok sık olarak, çoklu A / D kartları kullanılır, çünkü bunlar giriş kanalı başına ayrı bir ADC çipe sahip olan A / D kartlarından daha ucuzdur.

Çoklu bir ADC sisteminde, birden fazla sinyali analogdan dijitale dönüştürmek için tek bir analogdan dijitale dönüştürücü kullanılır. Bu, analog sinyalleri ADC’ye birer birer çoklayarak yapılır.

Bu daha düşük maliyetli bir yaklaşımdır, ancak sinyalleri zaman ekseninde tam olarak hizalamak mümkün değildir, çünkü bir seferde yalnızca bir sinyal dönüştürülebilir. Bu nedenle, kanallar arasında her zaman bir zaman sapması vardır. Belirli bir uygulamada küçük çaplı bir çarpıklık hatası alakasız duruyorsa, bu mutlaka kötü bir anlama gelmez. Aynı şey sistem içinde kullanılan analog cihazlar için de geçerlidir- biçim, uyum, işlev açısından uygulamaya en uygun olanı seçmek ve eskimeden kaçınmak önemli faktörlerdir.

Ek olarak, maksimum örnekleme hızı her zaman örneklenen kanal sayısına bölündüğünden, kanal başına en yüksek örnekleme hızı, yalnızca bir veya birkaç kanalın örneklendiği durumlar dışında, çoklu sistemlerde genellikle daha düşüktür.

Günümüzün veri toplama sistemlerinde, çoklu ADC sistemleri esas olarak maliyetin hassasiyet veya hızdan daha önemli olduğu düşük kaliteli sistemler tarafından kullanılmaktadır.

Beş Temel ADC Teknolojisi

Günümüzde kullanımda olan beş temel ADC türü vardır. Her birinin, bit çözünürlüğü ve örnekleme hızı gibi temel karakterlerine göre bir ayrımı vardır. Bu türlerin her birine bakalım, nasıl çalıştıklarını ve günümüz dünyasında nasıl kullanıldıklarını görelim.

Başlıca ADC Türlerinin Karşılaştırması

ADC Türü

Artıları

Eksileri

Maksimum Çözünürlük

Maksimum Örnek Hızı

Ana Uygulamalar

Ardışık Yaklaşım (SAR)

İyi hız / çözünürlük oranı

Doğal anti-alising koruması yok

18 bit

10 MHz

Veri toplama

Delta-sigma (ΔΣ)

Yüksek dinamik performans, doğal anti-alising koruması

Doğal olmayan sinyallerde gecikme

32 bit

1 MHz

Veri Toplama, Gürültü ve Titreşim, Ses

Çift Eğimli

Doğru, ucuz

Düşük hız

20 bit

100 Hz

Voltmetreler

Pipelined

Çok hızlı

Sınırlı çözünürlük

16 bit

1 GHz

Osiloskoplar

Flash

En hızlı

Düşük bit çözünürlük

12 bit

10 GHz

Osiloskoplar

Her birinin kendine özgü avantajları ve dezavantajları ve dolayısıyla belirli uygulamalar için uygunluğu vardır. Her birine bakalım:

Ardışık Yaklaşım ADC'leri (SAR)

DAQ dünyasının “ekmek ve tereyağı” ADC’si SAR analogdan dijitale dönüştürücüdür (Ardışık Yaklaşım Kaydı). Mükemmel bir hız ve çözünürlük dengesi sunar ve çok çeşitli sinyalleri mükemmel doğrulukla işler.

Bu nedenle SAR tasarımları kararlı ve güvenilirdir ve çipler nispeten ucuzdur. Tek bir ADC çipinin birden çok giriş kanalıyla (çoklu A / D kartları) “paylaşıldığı” düşük kaliteli A / D kartları için veya her giriş kanalının gerçek eşzamanlı örneklemesi için kendi ADC’sine sahip olduğu konfigürasyonlarda yapılandırılabilirler.

Tipik SAR blok diyagramı

Çoğu ADC’nin analog girişi 5V’dur, bu nedenle neredeyse tüm sinyal koşullandırma ön başlangıcı aynı olan koşullu bir çıktı sağlar. Tipik SAR ADC, koşullu analog voltajı sinyal koşullandırma ön ucundan alan bir örnekle ve tut devresi kullanır.

Yerleşik bir DAC, numunenin dijital kod çıkışına eşit bir analog referans voltajı oluşturur ve bir devreyi tutar. Bunların her ikisi de karşılaştırmanın sonucunu SAR’a gönderen bir karşılaştırıcıya besler. Bu işlem, gerçek sinyale en yakın değer bulunana kadar “n” ADC’nin kendisinin bit çözünürlüğü olmak üzere art arda “n” kez devam eder.

SAR ADC’lerinde herhangi bir doğal anti-aliasing filtresi (AAF) yoktur , bu nedenle bu, DAQ sistemi tarafından ADC’den önce eklenmedikçe, mühendis çok düşük bir örnekleme hızı seçerse, yanlış sinyalleri sayısallaştırılacaktır. Aliasing özellikle bir sorundur çünkü dijitalleştirmeden sonra düzeltilmesi imkansızdır.

Yazılımla düzeltmenin bir yolu yoktur. Ya tüm giriş sinyallerinin Nyquist frekansından daha hızlı örneklenerek ya da ADC öncesi içindeki sinyaller filtrelenerek engellenmelidir.

Avantajları

     • Sadece bir komparatöre ihtiyaç duyulan basit bir devre içerir
     • Delta-sigma ADC’lerine kıyasla daha yüksek örnekleme hızları mümkündür
     • Doğal ve doğal olmayan dalga şekillerini iyi işler

Dezavantajları

     • Anti-aliasing filtreleme harici olarak eklenmelidir
     • Delta-sigma ADC’lere kıyasla bit çözünürlüğü ve dinamik aralık sınırlıdır

Uygulamalar

SAR ADC’ler için uygulamalar, düşük başlangıçlı çokluADC sistemlerinden kanal başına daha yüksek hızlı tek ADC’ye, endüstriyel kontrol ve ölçüme, CMOS görüntülemeye kadar DAQ sistemlerini içerir.

Delta-sigma ADC'leri (ΔΣ)

Delta-sigma ADC (veya delta dönüştürücü) Daha yeni bir ADC tasarımı içerir, genlik eksen çözünürlüğünü iyileştirmek ve SAR tasarımlarında bulunan yüksek frekanslı örnekleme gürültüsünü azaltmak için DSP teknolojisinden yararlanır.

Delta-sigma ADC’lerin karmaşık ve güçlü tasarımı, onları mümkün olduğunca çok genlik eksen çözünürlüğü gerektiren dinamik uygulamalar için ideal hale getirir. Bu nedenle yaygın olarak ses ve titreşimde ve çok çeşitli üst düzey veri toplama uygulamalarında kullanılırlar. Ayrıca hassas endüstriyel ölçüm uygulamalarında yaygın olarak kullanılırlar.

Tipik Delta-Sigma ADC blok diyagramı

Bir DSP’de uygulanan low-pass filtre, neredeyse örnekleme gürültüsünü ortadan kaldırarak mükemmel sinyal-gürültü performansı ortaya çıkarır.

Delta-sigma ADC’leri, seçilen örnekleme hızından çok daha yüksek sinyalleri aşırı örnekleyerek çalışır. DSP daha sonra bu aşırı örneklenmiş verilerden, kullanıcının seçtiği hızda yüksek çözünürlüklü bir veri akışı oluşturur. Bu aşırı örnekleme, seçilen örnekleme hızından yüzlerce kat daha yüksek olabilir. Bu yaklaşım, çok yüksek çözünürlüklü bir veri akışı yaratır (24 bit yaygındır) ve çok aşamalı anti-alising filtrelemeye (AAF) izin verme avantajına sahiptir, bu da yanlış sinyalleri dijitalleştirmeyi neredeyse imkansız hale getirir. Bununla birlikte, bir tür hız sınırı koyar, bu nedenle delta-sigma ADC’leri tipik olarak örneğin SAR ADC’leri kadar hızlı değildir.

Avantajları

     • Yüksek çözünürlüklü çıktı (24 bit)
     • Aşırı örnekleme gürültüyü azaltır
     • Anti-alising filtreleme

Dezavantajları

    • Yaklaşık 200 kS / s örnekleme hızı ile sınırlıdır
    • Doğal olmayan dalga formlarının yanı sıra SAR ile işlem yapılmaz.

Uygulamalar

Delta-sigma ADC’ler için uygulamalar veri toplama, özellikle gürültü ve titreşim, endüstriyel dengeleme, burulma ve dönme titreşimi, güç kalitesi izleme, hassas endüstriyel ölçümler, ses ve ses bandı ölçümlerini içerir.

Çift Eğimli (Dual Slope) A / D Dönüştürücüler

Çift eğimli ADC’ler güvenilirdir ancak çok hızlı değildir. Analogları dijital değerlere dönüştürmelerinin temel yolu bir entegratör kullanmaktır. Voltaj girilir ve bir süre “artmasına” izin verilir. Daha sonra zıt polaritede bilinen bir voltaj uygulanır ve sıfıra geri dönmesine izin verilir. Sıfıra ulaştığında, sistem, giriş voltajının ne olduğunu, çalıştırma süresi ile durma süresini karşılaştırarak ve referansın ne olduğunu bilerek hesaplar. Hızlanma ve yavaşlama süreleri, bu tekniğin adlandırıldığı iki eğimdir.

Bu yinelemeli süreç güvenilirdir, ancak zaman alır ve çözünürlük ile hız arasında her zaman bir değiş tokuş vardır çünkü SAR veya delta-sigma ADC’lerinden farklı olarak, ikisini birden elde edemezler. Sonuç olarak, Dual Slope olarak da bilinen “entegre ADC’ler”, el tipi multimetreler gibi uygulamalarda kullanılır ve DAQ uygulamalarında kullanılmaz.

Çift Eğimli (Dual Slope) A / D Dönüştürücüler

Çift eğimli ADC’ler güvenilirdir ancak çok hızlı değildir. Analogları dijital değerlere dönüştürmelerinin temel yolu bir entegratör kullanmaktır. Voltaj girilir ve bir süre “artmasına” izin verilir. Daha sonra zıt polaritede bilinen bir voltaj uygulanır ve sıfıra geri dönmesine izin verilir. Sıfıra ulaştığında, sistem, giriş voltajının ne olduğunu, çalıştırma süresi ile durma süresini karşılaştırarak ve referansın ne olduğunu bilerek hesaplar. Hızlanma ve yavaşlama süreleri, bu tekniğin adlandırıldığı iki eğimdir.

Bu yinelemeli süreç güvenilirdir, ancak zaman alır ve çözünürlük ile hız arasında her zaman bir değiş tokuş vardır çünkü SAR veya delta-sigma ADC’lerinden farklı olarak, ikisini birden elde edemezler. Sonuç olarak, Dual Slope olarak da bilinen “entegre ADC’ler”, el tipi multimetreler gibi uygulamalarda kullanılır ve DAQ uygulamalarında kullanılmaz.

Karşılaştırıcı, Zamanlayıcı ve Denetleyiciyi gösteren tipik Entegre Amplifikatör

Avantajları

     • Çok hassas ve doğru ölçümler

Dezavantajları

     • Hızlanma ve yavaşlama yinelemesi nedeniyle yavaş dönüşüm süresi

Uygulamalar

Çift eğimli ADC’ler için uygulamalar, el tipi ve masaüstü multimetreleri içerir.

Flash A / D Dönüştürücüler

Flash ADC’ler hızlıdır ve neredeyse gecikme olmaksızın çalışırlar, bu nedenle mümkün olan en yüksek örnek hızlarına ihtiyaç duyulduğunda tercih edilen yapılardır. Analogu bilinen referans değerleriyle karşılaştırarak dijital sinyale dönüştürürler. Dönüştürme işleminde ne kadar çok bilinen referans kullanılırsa, o kadar fazla doğruluk elde edilebilir. Örneğin, 10 bit çözünürlüğe sahip bir Flash ADC istiyorsak, gelen analog sinyali 1024 bilinen değerle karşılaştırmamız gerekir. 8 bit çözünürlük, 256 bilinen değer gerektirir ve bu böyle devam eder.

Ne kadar fazla çözünürlük istersek, Flash ADC o kadar daha fazla güce ihtiyaç duyar hale gelir – ve örnekleme hızının düşürülmesi gerekir.

Bu nedenle, 8 bit çözünürlük bu ADC’ler için genellikle “sweet spot” dır. Flash ADC’ler düşük GS / sn değerlerinde çalışabilir ve yine de 8 bit çözünürlük sağlayabilir.

Flash ADC diyagramı

Avantajları

     • En hızlı ADC türü
     • Gecikme olmadan anında dönüşüm

Dezavantajları

     • Devre her bit ile büyüyor ve daha fazla güç tüketir
     • Çözünürlük etkin bir şekilde 8 bit ile sınırlıdır

Uygulamalar

Flash ADC’ler için uygulamalar arasında en hızlı dijital osiloskoplar, mikrodalga ölçümleri, fiber optik, RADAR algılama ve geniş bantlı radyolar bulunur.

Pipelined A / D Dönüştürücüler

SAR ve delta-sigma ADC’lerinin sağlayabileceğinden daha yüksek örnekleme hızları gerektiren, ancak Flash ADC’lerin ultra yüksek hızını gerektirmeyen uygulamalar için, Pipelined ADC’lere sahibiz.

Önceki bölümde tartışıldığı gibi, Flash ADC’de, karşılaştırıcıların tümü aynı anda kilitlenir, bu nedenle gecikme olmaz. Ancak bu, özellikle daha yüksek bit çözünürlüğü elde etmek için daha fazla karşılaştırıcı kullanıldığında çok fazla enerji gerektirir. Bununla birlikte, bir Pipelined ADC’de, analog sinyal tüm karşılaştırıcılar tarafından aynı anda kilitlenmez ve analogu dijital bir değere dönüştürmek için gereken enerjiyi yayar. Bu nedenle, flash karşılaştırıcılar, 2-3 döngüden oluşan yarı seri bir sürece pipelined’a bağlanır. Bu, büyük enerji olmadan daha yüksek çözünürlüklerin elde edilmesine izin verme avantajına sahiptir, ancak iki soruna neden olur: örnekleme hızları, saf Flash yaklaşımı kadar yüksek olamaz ve tipik olarak 3 döngülük bir gecikme vardır. Bu biraz azaltılabilir, ancak asla tamamen ortadan kaldırılamaz.

Pipelined ADC gösterimi
Bu ADC’ler, 2-3 MS / s’den 100 MS / s’ye (1 GS / s mümkündür) uygulamalar için popüler yapılardır. Bunun dışındaki örnek hızları için, genellikle Flash ADC teknolojisi kullanılır. Pipelined ADC’lerin çözünürlüğü, daha düşük örnekleme hızlarında 16 bit kadar çıkabilir, ancak tipik olarak en yüksek örnekleme hızlarında 8 bittir. Yine, hız ve çözünürlük arasında her zaman bir denge vardır.

Avantajları

• Neredeyse Flash ADC kadar hızlı (SAR ve Delta-sigma’dan daha hızlı)

Dezavantajları

     • Seri “pipelined” dönüştürme işleminden kaynaklanan gecikme     
     • Bit çözünürlüğü ile sınırlı maksimum örnekleme hızı

Uygulamalar

Pipelined ADC’ler için uygulamalar arasında dijital osiloskoplar, RADAR, yazılım radyoları, spektrum analizörleri, HD video, ultrasonik görüntüleme, dijital alıcılar, kablo modemler ve Ethernet bulunur.

Özet

Her ADC teknolojisinin farklı bir kullanım yeri vardır. Ve uygulamalar çok farklı olduğu için, genel olarak birinin diğerinden daha iyi olduğunu söylemek imkansızdır. Bununla birlikte, günümüzün bir veya daha fazla DAQ uygulaması gereksinimi açısından bunlardan birinin diğerinden daha iyi olduğunu söylemek kesinlikle mümkündür:

Kriter

SAR ADC’leri

Sigma-Delta (ΔΣ) ADC’ler

En iyi genlik eksen çözünürlüğüne ihtiyaç duyulduğunda (termokupllar gibi yavaş sinyaller için bile!)

Normalde maksimum 16 veya 18 bit

Daha iyi seçim. 24 bit, günümüzde kartlar arasında fiili standarttır.

Ucuz bir çoklu AD kartının kullanılması gerektiğinde

Tek seçenek. Küçük çaplı çarpıklık hatalarının bir sorun olmadığı durumlarda, pahalı olmayan DAQ sistemleri oluşturmak için birden çok kanal için tek bir SAR ADC’yi MUX’a bağlamak mümkündür.

Yok

Mümkün olan en yüksek örnekleme hızı gerektiğinde

Daha iyi seçim. Veri toplama için en fazla 10 MS / s örnekleme ile SAR ADC’leri vardır.

Yerleşik DSP işleme, ΔΣ ADC’leri SAR ADC’lerine kıyasla örnek hızları yapar.

AAF (kenar yumuşatma filtreleme) istendiğinde

SAR ADC’lerine eklemek için pahalı ve karmaşık

AAF, ΔΣ ADC’lerin doğasında olduğundan daha iyi seçim

En yüksek sinyal-gürültü oranına ihtiyaç duyulduğunda

 

Tek seçenek. Dewesoft’un tescilli DualCoreADC® teknolojisi ile 160dB’ye kadar ulaşmak mümkündür.

Çoğunlukla doğal olmayan sinyaller kaydedildiğinde (kare dalgalar gibi)

Kare dalgaları temsil etmede daha iyi

 

Dewesoft, yerleşik anti-aliasing filtrelerine sahip 24-bit sigma-delta ADC’leri kullanmasıyla ünlü olmasına rağmen, SIRIUS DAQ sistemleri ürün hattında 1 MS / s maksimum örnekleme oranına ulaşmak için 16-bit SAR ADC’leri de kullanırlar. SAR tabanlı Dewesoft sistemleri, 5. derece 100 kHz filtreler şeklinde güçlü AAF filtrelemesi uygular. Dijital alanda Bessel, Butterworth (veya bypass) arasından 8. dereceye kadar seçilebilen ek bir filtre vardır.

Hangi ADC teknolojisinin kullanılacağı seçimi her zaman uygulama gereksinimlerine dayanmalıdır. Öncelikle statik ve yarı statik (yavaş) sinyalleri ölçüyorsanız, açıkça süper yüksek hızlı bir sisteme ihtiyacınız yoktur, ancak muhtemelen mümkün olduğunca çok genlik eksen çözünürlüğüne sahip bir sistem istiyorsundur.

Endüstride kullanılan sabit sistemlerin genellikle fazla değişmeyen gereksinimleri vardır ve genellikle bir sistem seçmek daha kolaydır.
Bununla birlikte, günlük DAQ sistemleri için, bu sistemler zaman içinde çeşitli uygulamalarda kullanıldığından seçim yapmak biraz daha zordur. Anahtar, en iyi genel performansa ve gürültüye, aliasinge ve eskimeye karşı korumaya sahip olanı seçmektir.