ОСОБЛИВОСТІ ЗАСТОСУВАННЯ ШВИДКОДІЙНИХ ПЕРЕТВОРЮВАЧІВ ДАНИХ

Перетворювачі даних використовуються в системах цифрової обробки сигналів для їх зв’язку з «реальним світом». Тому від правильного вибору перетворювача значною мірою залежить якість обробки інформації про стан об’єкта. Відомо, що АЦП знаходять широке застосування в медичному та науковому приладобудуванні, системах візуалізації даних, аудіосистемах і системах передачі даних, причому архітектура таких систем залежить від параметрів використовуваних у них перетворювачів. Особливо це стосується швидкодіючих АЦП зі смугою пропускання до 1 ГГц. Перетворювачі для такого широкого частотного діапазону будуються на основі різних структурних рішень, кожне з яких має свої переваги та недоліки.

Типові структури вимірювальних каналів

Типові структури вимірювальних каналів, у яких використовуються швидкодіючі АЦП, наведені на рис. 1. Відзначимо, що при збільшенні обчислювальної потужності процесора можна використовувати АЦП вищої продуктивності. Наприклад, якщо канал ЧМ-радіо має смугу пропускання 200 кГц у смузі від 88 до 108 МГц, то проміжна частота, на якій працює приймач, становить 10,7 МГц.

Виходячи з цього, ширина смуги пропускання каналу, що включає АЦП, повинна становити не менше 20 МГц у ЧМ-діапазоні. Спектральні діаграми сигналів ЧМ-радіо наведені на рис. 2.

Частота дискретизації та параметри швидкодіючих АЦП

Частота вибірки АЦП згідно з теоремою Найквіста повинна бути вдвічі більшою за максимальну частоту вхідного сигналу, причому на практиці це співвідношення, як правило, може становити 3 і більше. Для узгодження динамічного діапазону АЦП з вихідним діапазоном джерела сигналу на його вході може бути увімкнений PGA-підсилювач (із програмованим коефіцієнтом підсилення).

Динамічний діапазон швидкодіючого АЦП характеризується такими параметрами: відношенням сигнал/шум, нелінійними спотвореннями та динамічним діапазоном неспотвореного сигналу.

Існують і інші параметри, що характеризують роботу швидкодіючих АЦП у широкому частотному діапазоні, однак основними є частотний і динамічний діапазони перетворювача. Виходячи з цих параметрів, на рис. 3 наведена класифікація різних типів пристроїв і систем, у яких використовуються АЦП високої швидкодії.

Архітектури швидкодіючих АЦП

Існує кілька архітектурних рішень для побудови швидкодіючих АЦП: це флеш- або паралельні АЦП, pipeline або конвеєрні АЦП, folding-АЦП або АЦП з амплітудною згорткою, interleaved АЦП або АЦП із чергованою вибіркою.

АЦП порозрядного врівноважування і сигма-дельта АЦП у НВЧ-діапазоні не використовуються.

Окремо слід зупинитися на структурах ЦАП високої швидкодії. Такі ЦАП, як правило, будуються на основі комутації струмів у матрицях резисторів або на основі комутованих конденсаторів.

Вплив якості синхросигналів

Відзначимо, що при обробці сигналів у смузі до 100 МГц і вище велике значення має якість синхросигналів. Тремтіння фронтів (clock jitter) цих сигналів повинно бути зведене до мінімуму. На рис. 4 показано, як похибка, викликана тремтінням фронту синхросигналу, впливає на точність перетворення вхідної аналогової напруги.

Висновки

1. Критичною ланкою широкосмугових вимірювальних каналів є перетворювачі даних. Від їх правильного вибору залежить якість цифрової обробки сигналів проєктованої системи або пристрою.

2. Типи проєктованих пристроїв і систем, у яких застосовується цифрова обробка аналогових сигналів, безпосередньо пов’язані з частотою та роздільною здатністю використовуваних у цих системах АЦП.