على 24/06/2024 359

فتح إمكانات الفلاش ADCs في العصر الرقمي سريع الخطى

لقد جعل النمو السريع للتكنولوجيا الرقمية من المهم تطوير محولات فعالة للتناظرية إلى الرقمية (ADCs) ، والتي هي الأفضل لتوصيل العوالم التناظرية والرقمية.تستكشف هذه المقالة كيفية عمل ADCs Flash ومكوناتها وكيفية عملها وكيفية مقارنة أنواع ADC الأخرى.كما يسلط الضوء على أهميتها في الإلكترونيات الحديثة ، ويبحث في تحسينات في تصميم ADC مثل استخدام بوابات XOR في المصفوفات ومصفوفات الصمام الثنائي ، مما يعزز سرعة الترميز.

كتالوج

الشكل 1: دائرة فلاش ADC

ماذا يجب أن تعرف أولاً عن فلاش ADC؟

يعد Flash ADC ، أو متوازي (المحولات التناظرية إلى الرقمية) ، أبسط نوع من المحول التناظري إلى الرقمي.يستخدم صفًا من المقارنات لمقارنة الإشارة التناظرية الواردة مع فولتية مرجعية مختلفة.تنتقل المخرجات من هذه المقارنات إلى تشفير الأولوية ، والذي يعطي بعد ذلك إصدارًا ثنائيًا رقميًا من إشارة الإدخال.يجعل هذا الإعداد المباشر من السهل فهم كيفية عمل ADC ويسمح بتحويل سريع بسبب طريقة المقارنة المباشرة.

يشتمل ADC Flash N-bit على مقارنات N-1 ، ومجموعتان من المقاومات المتطابقة ، وشرف الأولوية.يظهر الرسم البياني الذي يوضح هذا المفهوم أدناه:

الشكل 2: بنية فلاش ADC

المكونات الرئيسية للفلاش ADC

دائرة مقسم الجهد المقاوم

تعد دائرة مقسم الجهد المقاوم جزءًا أساسيًا من ADC Flash (المحولات التناظرية إلى الرقمية).يساعد على خفض الفولتية عالية المدخلات إلى مستويات قابلة للاستخدام بطريقة بسيطة.تستخدم هذه الدائرة سلسلة من المقاومات لتقسيم الجهد ، مما يجعل من السهل التحكم في جهد الخرج عن طريق ضبط قيم المقاوم.باستخدام قانون الجهد في Kirchhoff ، يمكن حساب جهد الخرج بدقة ، وهو أمر مهم للتطبيقات التي تحتاج إلى فولتية مرجعية دقيقة.

على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك مقسمًا مع مقاومتين ، R1 و R2 ، متصل في السلسلة.يتم إعطاء جهد الخرج (VOUT) عند تقاطعها بواسطة Formula Vout = (R2 × VIN) / (R1 + R2).تُظهر هذه المعادلة العلاقة بين جهد الإدخال (VIN) والمقاومة ، مما يوضح كيف يغير مقسم الجهد إخراج الجهد.هذه الآلية مهمة لإنشاء فولتية مستقرة ودقيقة لأجزاء مختلفة من الأنظمة الإلكترونية ، مما يجعل مقسم الجهد المقاوم جزءًا رئيسيًا من التصميمات الإلكترونية المتقدمة.

المقارنة

المقارن في فلاش ADC هو جزء رئيسي يساعد على تغيير الإشارات التناظرية إلى شكل رقمي.إنه يعمل مثل مكبر صوت بسيط ، ومقارنة جهد الإدخال بجهد مرجعي وإعطاء ناتج ثنائي يوضح الفرق بين الاثنين.هذه الإشارة الثنائية مهمة للرقمنة لأنها تخبر ما إذا كان جهد الإدخال أعلى أو أقل من الجهد المرجعي.

يأخذ المقارنة جهد الإدخال في إدخاله الموجب (V+) والجهد المرجعي في مدخلاته السلبية (V-).يرتفع الإخراج (VOUT) (مستوى المنطق "1") إذا كان V+ أكبر من V- ومين (مستوى المنطق "0") إذا لم يكن كذلك.هذا الإجراء مطلوب لـ ADC لأنه ينشئ الإصدار الرقمي من الإشارات التناظرية.من خلال تحديد الحالة الثنائية بشكل صحيح ، يساعد المقارنة في التعامل مع ADC إشارات تمثيلية مختلفة جيدة بدقة للنتائج الرقمية عالية الجودة في الأجهزة الإلكترونية.

تشفير الأولوية

يجعل المشفر الأولوية يعمل بشكل أفضل من خلال جعل عملية التحويل التناظرية إلى الرقمية أكثر دقة وموثوقية.على عكس المشفرات العادية ، فإنه يتعامل مع المواقف التي تكون فيها مدخلات متعددة عالية في نفس الوقت دون تشويش.يقوم بذلك عن طريق استخدام نظام الأولوية الذي يصنف المدخلات ، مع التأكد من أن الإشارة ذات الأولوية الأعلى تظهر دائمًا في الإخراج.

على سبيل المثال ، إذا اكتشف ترقيم أولوية مع مدخلات من 1 إلى N مدخلات عالية متعددة مثل N-1 و 4 و 2 في نفس الوقت ، فسيقوم بإخراج الكود الثنائي لإدخال أولوية أعلى ، وهو N-1 في هذاقضية.يحافظ تحديد الأولويات على إخراج ADC دقيقًا ، وهو أمر مهم للمهام التي تحتاج إلى إصدارات رقمية دقيقة من الإشارات التناظرية.يحسن تشفير الأولوية بشكل كبير الأداء الكلي للجهاز من خلال معالجة تعارضات المدخلات بشكل فعال ، ومنع الأخطاء ومساعدة ADC في العمل بشكل أكثر فعالية وبشكل أكثر.

الديناميات التشغيلية لفلاش ADC

يعمل فلاش ADC عن طريق تحويل إشارة إدخال تمثيلية إلى إخراج رقمي مماثل في الوقت الفعلي.تتضمن هذه العملية تقييمًا سريعًا لإشارة الدخل من خلال مراحل المقارنة المتعددة ، كل منها موضح إلى مستويات جهد مرجعية مختلفة.والنتيجة هي إخراج رقمي فوري يتوافق مباشرة مع المدخلات التناظرية ، مع عرض الكفاءة المتأصلة وسرعة تصميم الفلاش ADC.

الشكل 3: فلاش ADC والإخراج

مقارنة موازية

تعمل المحولات التناظرية إلى الرقمية (ADCs) باستخدام تقنية تسمى المقارنة المتوازية ، والتي تعتبر أساسية لقدرتها على تحويل الإشارات التناظرية إلى التنسيق الرقمي بسرعة.تعكس هذه الطريقة "فلاش" في فلاش ADC ، على غرار التعرض السريع في التصوير الفوتوغرافي.في قلب هذه الآلية ، يوجد التقييم المتزامن للجهد التناظري للمدخلات ضد الفولتية المرجعية المتعددة ، المستمدة من سلم المقاوم.هذا المكون جزء لإنشاء معايير مرجعية داخل ADC.

يؤدي كل مقارنة في الصفيف دورًا محددًا: مقارنة الجهد الوارد مع الجهد المرجعي المعين.إن إجراء هذه المقارنات يمكّن بشكل متزامن ADC Flash من العمل بسرعات عالية ، وهو تناقض صارخ مع المقارنات المتسلسلة الأبطأ التي شوهدت في أنواع ADC الأخرى.نتيجة هذه المقارنات المتزامنة هي رمز مقياس الحرارة ، وهو سلسلة من "1" المستمرة تليها "0".على سبيل المثال ، في فلاش فلاش خمسة أبرز ، فإن جهد الإدخال الذي يتجاوز الفولتية المرجعية لثلاث مقارنات قد يؤديالجهد الإدخال لمزيد من المعالجة الرقمية.

عملية الترميز

بعد إنشاء رمز مقياس الحرارة في ADC فلاش ، تبدأ مرحلة الترميز.هذه الخطوة مهمة لأنها تحول رمز مقياس الحرارة إلى تنسيق ثنائي قياسي.هذا يقلل من عدد خطوط الإخراج اللازمة ويجعل البيانات الرقمية أسهل في إدارة ومعالجة ، وتحسين الكفاءة.

يشيع استخدام ترميز الأولوية لهذه المهمة.إنه يعمل من خلال العثور على موضع أعلى "1" في رمز مقياس الحرارة وتحويل هذا الموضع إلى رقم ثنائي.على سبيل المثال ، في الكود 11100 ، أعلى "1" في الموضع الثالث ، والذي يترجم إلى الرقم الثنائي 011 في ADC 3 بت.تضمن هذه الطريقة تمثيل الإدخال الأكثر أهمية بدقة ويوفر شكل رقمي مدمج لجهد الإدخال.في بعض الأحيان ، يتم استخدام طرق تشفير أخرى مثل الرمز الرمادي لتقليل الأخطاء أثناء نقل الإشارة ومعالجتها.يجب أن يذهب الترميز بسرعة من أجل مطابقة القدرات عالية السرعة لـ Flash ADC.لتحقيق ذلك ، تستخدم فلاش ADC دوائر ترميز خاصة مصممة لتشغيل فعالة.تسمح هذه الدوائر بتشفير سريع ودقيق ، مع الحفاظ على استجابة الجهاز السريعة وإنتاجية البيانات العالية.

عمل فلاش ADCs

الشكل 4: فلاش ADC

تعد المحولات التناظرية إلى الرقمية (ADCs) الأفضل في التطبيقات الرقمية عالية السرعة لأنها تقوم بتحويل الإشارات التناظرية بسرعة إلى تنسيقات رقمية.من أجل تحويل المدخلات التناظرية بسرعة إلى مخرجات رقمية ، يتم إنشاء ADC Flash مع نظام معقد من المقارنات عالية السرعة.تستخدم هذه الشبكة مقسم جهد مقاوم لتوزيع الفولتية المرجعية عبر المقارنات.

في فلاش ADC ، يقارن كل مقارنة جهد الإدخال بمستوى مرجعي محدد.يتم تعيين المستوى المرجعي لكل مقارنة بواسطة موضعه في التسلسل.على سبيل المثال ، في N -bit Flash ADC ، هناك مقارنات 2^n - 1.الجهد المرجعي لكل مقارنة أعلى قليلاً (LSB) من الجهد السابق.يقوم هذا الإعداد بإنشاء نمط إخراج "رمز الحرارة" ، حيث تتغير تلك الثنائية إلى الأصفار عند النقطة التي ينخفض ​​فيها جهد المدخلات التناظرية عن الجهد المرجعي للمقارن.يشبه هذا النمط كيف يرتفع الزئبق في مقياس الحرارة ، ويمثل بشكل مستمر قيمًا أعلى حتى يصل إلى نقطة تتوقف فيها.

تم تصميم المقارنات في فلاش ADC للتعامل مع الإشارات عالية التردد.عادة ما يكون لديهم مراحل تشغيلية ذات نطاق عريض ومتسابق منخفضة لتحقيق التوازن بين عرض النطاق الترددي والكسب.مطلوب مكسب منخفض في ترددات أعلى للحفاظ على الأداء ومنع المشكلات.وتم تصميم كل مقارنة مع إزاحة الجهد الصغيرة جدًا ، أصغر من LSB ، لتجنب القراءات غير الصحيحة بسبب تغييرات الجهد البسيطة التي ليست جزءًا من الإشارة الفعلية.لضمان توفر المقارنات مخرجات موثوقة ، تستخدم ADCs Flash ADC المزلاج التجديدي في كل مرحلة إخراج.تستخدم هذه المزالج ردود فعل إيجابية لقفل حالة الإخراج إما 1 أو 0. التخلص من أي مخرجات غير واضحة يتطلب هذا صنع القرار الصريح ، خاصة في تحويل البيانات عالية السرعة.

يعني تحسين ADC فلاش تحسين تصميمه عن طريق ضبط كسب المقارنة ، وتقليل إزاحة الجهد ، وتحسين ملاحظات المزلاج.من خلال هذه التحسينات ، يصبح الفلاش ADC أكثر تأثيرًا في الإلكترونيات الرقمية من خلال زيادة دقتها وسرعتها واعتمايدها.من خلال هذه التحسينات ، تلبي Flash ADC معايير الأداء العليا ، حيث تقدم بشكل فعال التطبيقات الرقمية المتقدمة التي تتطلب تحويلًا سريعًا ودقيقًا للتناظرية إلى الرقمية.

دائرة فلاش ADC 3 بت

الشكل 5: دائرة ADC 3 بتات 3 بت

دائرة Flash ADC (المحول التناظري إلى الرقمي) هي نظام إلكتروني يستخدم لتحويل إشارة تمثيلية إلى إشارة رقمية.تخيل أن لديك جهد مرجعي دقيق ومستقر ، والمعروف باسم VREF ، وهو أمر مطلوب لتشغيل ADC.يتم توفير هذا VREF بواسطة منظم الجهد عالي الدقة يضمن أن الجهد لا يزال ثابتًا ودقيقًا.في هذه الدائرة ، هناك العديد من المقارنات.كل مقارن هو جهاز يقارن الجهد التناظري للإدخال بمستوى جهد مرجعي محدد.عندما يرتفع جهد الإدخال أعلى من الجهد المرجعي في مقارنة معينة ، ينتقل ناتج المقارنة إلى حالة عالية ، مما يعني أنه يصبح نشطًا.

يتم ترتيب المقارنات في تسلسل.لذلك ، مع زيادة جهد المدخلات التناظرية ، تصبح المزيد من المقارنات نشطة واحدة تلو الأخرى.يشير تسلسل التنشيط هذا إلى مستوى جهد الإدخال.ثم يتم إرسال المخرجات من كل هذه المقارنات إلى تشفير الأولوية.يتمثل دور التشفير الأولوية في فحص مخرجات المقارنة النشطة وتحويلها إلى رقم ثنائي.يمثل هذا الرقم الثنائي أعلى مقارن نشط حاليًا ، ويوفر بشكل فعال تمثيلًا رقميًا لجهد الإدخال التناظري.لذلك ، تستخدم دائرة ADC Flash 3 بت جهد مرجعي مستقر للمقارنة مع جهد الإدخال.مع ارتفاع جهد المدخلات ، يتحول المزيد من المقارنات إلى حالة عالية بالتسلسل.ثم يتم ترميز هذه الحالات النشطة في رقم ثنائي بواسطة المشفر ذي الأولوية ، مما يعطي إخراجًا رقميًا يتوافق مع جهد المدخلات التناظرية.تتيح هذه العملية التحويل السريع والفعال للإشارات التناظرية إلى الشكل الرقمي.

تبسيط تصميم التشفير في أنظمة الفلاش ADC

الشكل 6: فلاش ADC

ينظر تشفير الأولوية إلى العديد من المدخلات ويختار أعلى أولوية نشطة.تساعد عملية الاختيار هذه النظام على فهم الإشارة التي يجب معالجتها.ومع ذلك ، في بعض التطبيقات ، قد لا نحتاج إلى جميع ميزات تشفير الأولوية القياسية.في هذه الحالات ، يمكننا الاستفادة من خاصية طبيعية لمخرجات المقارنة في ADC فلاش.المقارنات هي الأجهزة التي تقارن اثنين من الفولتية وإخراج إشارة بناء على أعلى.في فلاش ADC ، غالبا ما تنتقل مخرجات المقارنة من منخفضة إلى عالية بطريقة متتابعة.هذا يعني أن المخرجات يتم طلبها بشكل طبيعي من أدنى إلى الأعلى.

باستخدام هذا الترتيب الطبيعي ، يمكننا تبسيط التصميم.بدلاً من استخدام تشفير أولوية معقد ، يمكننا استخدام سلسلة من بوابات الحصرية أو (XOR).بوابات XOR هي بوابات منطقية أساسية تخرج صحيحة فقط عندما تكون المدخلات مختلفة.من خلال ترتيب هذه البوابات XOR بعناية ، يمكننا إنشاء آلية ترميز تختار بشكل فعال أعلى المدخلات النشطة ، مثل تشفير الأولوية ولكن مع تعقيد أقل.

تعمل طريقة الترميز الأكثر بساطة هذه بشكل جيد لأنها تستفيد من تشبع الحالة "العالية" المتسلسلة لمخرجات المقارنة.في جوهرها ، يقوم النظام بفرز نفسه بشكل طبيعي ، وتساعد بوابات Xor فقط على قراءة هذه الحالة المصنفة.هذا يقلل من التعقيد الكلي لنظام ADC ، مما يجعل من الأسهل وأرخص بناء ، مع الحفاظ على أدائه السريع.باستخدام Gates XOR بهذه الطريقة ، يمكننا تحقيق نفس التأثير مثل المشفر ذي الأولوية ، ولكن مع وجود عدد أقل من الأجزاء وأعمال تصميم أقل تعقيدًا.

بناء دوائر التشفير مع مصفوفات الصمام الثنائي

تتمثل إحدى الطرق الفعالة والمباشرة لبناء دائرة تشفير في استخدام مصفوفة من الثنائيات.الثنائيات هي مكونات إلكترونية تسمح للتيار بالتدفق في اتجاه واحد أثناء منعه في الاتجاه المعاكس.من خلال ترتيب هذه الثنائيات في مصفوفة ، يمكنك إنشاء نظام يفسر إشارات الإدخال المختلفة وينتج الرموز الرقمية المقابلة.هذه الطريقة هي أضيق الحدود وفعالية ، مما يجعلها خيارًا شائعًا لبناء دوائر محول.

تعني بساطة استخدام مصفوفات الصمام الثنائي أنك لا تحتاج إلى مكونات معقدة أو باهظة الثمن.بدلاً من ذلك ، يمكنك استخدام الأجزاء الإلكترونية الأساسية لتحقيق الوظيفة المطلوبة.هذا النهج العملي مفيد لأولئك الذين يتعلمون عن الإلكترونيات أو العمل في مشاريع ذات موارد محدودة.

في فلاش ADC ، السرعة مهمة.يجب أن تقوم دائرة التشفير بسرعة ودقة بتحويل الإشارة التناظرية إلى تنسيق رقمي.مصفوفات الصمام الثنائي مناسبة لهذه المهمة لأنها يمكن أن تعمل بسرعات عالية ، مما يضمن الكفاءة الكلية لنظام ADC.يعد بناء دوائر التشفير مع مصفوفات الصمام الثنائي طريقة عملية وفعالة.يسمح بتجميع أنظمة ADC باستخدام المكونات الأساسية ، مما يجعلها خيارًا يمكن الوصول إليه للعديد من المتحمسين والمهنيين.

الشكل 7: فلاش ADC مع مصفوفات الصمام الثنائي

فلاش ADC مقابل ADCs الأخرى

الشكل 8: N-bit Flash ADC

الشكل 9: هيكل SAR

فلاش مقابل SAR ADCs

يختلف Flash ADC و SAR ADC اختلافًا كبيرًا من حيث السرعة وكفاءة الطاقة والتكلفة.تعمل SAR ADCs من خلال تحديد كل بت واحد تلو الآخر ، بدءًا من البت الأكثر أهمية (MSB) إلى البت الأقل أهمية (LSB).يستخدمون مقارنة عالية الدقة تقارن باستمرار مع ناتج DAC ، مما يجعل العملية تدريجية وأبطأ ، مما يحد من سرعتها إلى بضعة ملايين عينة في الثانية (MSPs).من ناحية أخرى ، يقوم Flash ADC بتحويل الإدخال التناظري بالكامل إلى إشارة رقمية في خطوة سريعة واحدة.هذا يمنحهم ميزة في السرعة ، وغالبًا ما يحقق سرعات في نطاق Gigasamples في الثانية (GSPs).

على سبيل المثال ، يمكن لـ SAR ADCs ، مثل MAX1132 ، تقديم قرارات تصل إلى 16 بت.بالمقارنة ، عادة ما توفر ADCs Flash حوالي 8 بت من القرار.ومع ذلك ، تأتي هذه السرعة مع مفاضلة.يستخدم SAR ADC 8 بت ، مثل MAX1106 ، حوالي 100 ميكرولتير (µA) من التيار عند 3.3 فولت ويعمل بمعدل 25 كيلوغرامًا في الثانية (KSPs).في تناقض صارخ ، يستهلك Flash ADC MAX104 5.25 واط ضخمة ، وهو زيادة قدرها 16000 ضعف في استهلاك الطاقة.

علاوة على ذلك ، فإن SAR ADCs أكثر فعالية من حيث التكلفة وتأتي في حزم أصغر.إنها أبسط وأرخص لإنتاجها ، مما يجعلها خيارًا أفضل للعديد من التطبيقات.تتطلب Flash ADCs ، نظرًا لاحتياجاتها العالية للطاقة ، حزمًا أكبر لإدارة تبديد الحرارة والحفاظ على سلامة الإشارة.على سبيل المثال ، يزيد حجم حزمة MAX104 عن 50 مرة من حزمة MAX1106.هذا الاختلاف في الحجم وكفاءة الطاقة غالبًا ما يجعل SAR ADCs الخيار المفضل في المواقف مثل التكلفة والطاقة.

فلاش مقابل أنابيب ADCs

الشكل 10: 12 بت من أنابيب ADC

لكل منها تصميمه وخصائصه الفريدة ، يلبي احتياجات مختلفة بناءً على السرعة واستهلاك الطاقة والدقة.تعمل ADCs الأنابيب باستخدام بنية معالجة متوازية.هذا يعني أنه يمكنهم التعامل مع البتات من عينات متعددة في وقت واحد عبر مراحل مختلفة.تقوم كل مرحلة بمعالجة جزء من العينة قبل نقلها إلى التالي ، مما يسمح بتدفق أكثر مستمرًا للبيانات.يهدف هذا التصميم إلى زيادة سرعة المعالجة الكلية.ومع ذلك ، فإن هذه المعالجة الموازية تأتي بتكلفة: تميل ADCs المرتبطة إلى استهلاك المزيد من الطاقة وإدخال بعض الكمون بسبب الوقت الذي يستغرقه كل مرحلة لإكمال مهمتها.على سبيل المثال ، يمكن لـ MAX1449 ، وهو نوع من ADC المصاب بالأنابيب ، تحقيق سرعات تصل إلى 100 مليون عينة في الثانية (MSPs) مع قرارات تتراوح بين 8 إلى 14 بت.هذا يجعل ADCs المرتبطة الأنابيب مناسبة للتطبيقات التي تتطلب سرعات ودقة معتدلة إلى عالية.

من ناحية أخرى ، تستخدم Flash ADCs مقاربة أبسط مع المقارنات المباشرة.يمكنهم تحويل إشارة تمثيلية إلى إشارة رقمية على الفور تقريبًا ، مما يجعلها أسرع بكثير من ADCs المرتبطة بالأنابيب.Flash ADCs قادرة على تحقيق سرعات عالية جدًا ، وغالبًا ما تكون عدة مئات من MSPs ، لكنها عادة ما توفر قرارات أقل ، تصل إلى 10 بت.تجعل بساطتها وسرعتها مثالية للتطبيقات كما هو الحال في التذبذبات الرقمية وأنظمة الاتصالات عالية التردد.

على الرغم من اختلافاتها ، يمكن لـ Flash ADCs و ADCs الأنابيب أن تكمل بعضها البعض في الهياكل الهجينة.في مثل هذه التكوينات ، يتم دمج ADCs Flash في أنظمة أخرى لزيادة السرعة مع الحفاظ على الدقة والدقة المطلوبين.يسمح هذا التآزر بتحسين الأداء ، مما يوضح كيف يمكن الاستفادة من قوة كل نوع لتلبية متطلبات تطبيق محددة.في حين أن ADCs المصنوعة من الأنابيب مصممة لقرارات أعلى مع سرعات معتدلة وتتضمن معالجة أكثر تعقيدًا ، فإن فلاش ADC يتفوق في تحقيق سرعات عالية للغاية مع تصميم أبسط ولكن دقة أقل.يساعد فهم ميزاتها وتطبيقاتها المتميزة في اختيار ADC الصحيح لمهمة معينة.

فلاش مقابل دمج ADCs

الشكل 11: دمج ADCs

Flash ADCs سريعة بشكل لا يصدق في تحويل الإشارات التناظرية إلى الشكل الرقمي ، مما يجعلها مثالية للمهام التي تتطلب معالجة في الوقت الفعلي.وتشمل هذه المهام التذبذبات الرقمية ، ومعالجة إشارة الفيديو ، وأنظمة الرادار.ومع ذلك ، فإن الفلاش ADCs لها دقة أقل ، وتتراوح في كثير من الأحيان من 6 إلى 8 بت ، على الرغم من أن القرارات الأعلى متوفرة بتكلفة أعلى ومع زيادة التعقيد.نظرًا لسرعتها العالية ، تستهلك Flash ADCs المزيد من الطاقة ، والتي يمكن أن تكون عيبًا في التطبيقات التي يكون فيها الحفاظ على الطاقة مهمًا.أيضا ، هيكلها المعقد ، الذي يتضمن العديد من المقاومات والمقاومات ، يجعلها أكثر تكلفة.

من ناحية أخرى ، فإن دمج ADCs أبطأ ، ويعمل في بضع مئات من العينات في الثانية أو أقل.هذه السرعة البطيئة تعني أنها ليست مناسبة للمعالجة في الوقت الفعلي.بدلاً من ذلك ، فهي مثالية للتطبيقات التي تتغير فيها الإشارات ببطء أو تتطلب دقة عالية مع مرور الوقت ، مثل مراقبة إشارات التيار المستمر في الإعدادات الصناعية.يوفر دمج ADCs دقة عالية للغاية ، وعادة ما تكون 16 بت وما فوق ، مما يسمح لهم بالكشف عن التغييرات الصغيرة في مستويات الإشارة بدقة كبيرة.كما أنها تستهلك القليل جدًا من الطاقة ، مما يجعلها ممتازة للتطبيقات التي تعمل بالبطاريات والمنخفضة الطاقة.علاوة على ذلك ، فإن دمج ADCs بشكل عام أكثر بأسعار معقولة من ADC فلاش لأن هيكلها الأكثر بساطة ينطوي على عدد أقل من المكونات.

تعد Flash ADCs الأفضل للتطبيقات عالية السرعة التي تحتاج إلى تحويل بيانات في الوقت الفعلي ، على الرغم من ارتفاع استهلاك الطاقة وتكلفةها.في هذه الأثناء ، يعد دمج ADCs مثاليًا للتطبيقات عالية الدقة المنخفضة السرعة حيث تكون كفاءة الطاقة وفعالية التكلفة مهمة.

Flash مقابل Sigma-Delta ADCs

الشكل 12: Sigma-Delta ADCs

Sigma-Delta ADCs معروفة بدقة عالية.وهي مصممة للعمل بشكل أفضل في المواقف التي تكون فيها الدقة أكثر أهمية من السرعة.عادةً ما تستخدم ADCs هذه للتطبيقات ذات النطاق الترددي المنخفض ، وعادة ما تكون أقل من 1 ميغاهيرتز.يمكنهم تحقيق قرارات عالية جدًا ، تتراوح من 12 إلى 24 بت ، باستخدام عملية تسمى الإفراط في التخطيط.تتضمن هذه العملية أخذ العديد من العينات واستخدام تقنيات تصفية تقليل الضوضاء لإنتاج تمثيل رقمي دقيق للغاية للإشارة التناظرية.ومع ذلك ، فإن Sigma-Delta ADCs لها عيب: فهي بطيئة نسبيًا.هذا يجعلها أقل ملاءمة للتطبيقات التي تتطلب تحويل بيانات عالية السرعة ، وخاصة في الإعدادات متعددة القنوات حيث تحتاج العديد من الإشارات إلى معالجتها بسرعة.على الرغم من هذا القيد ، هناك تطورات مستمرة في ADC Sigma-Delta في الوقت المستمر.تهدف هذه التطورات إلى تحسين سرعتها ، مما يجعلها منافسين قابلة للحياة لفلاش ADC في السيناريوهات التي تحتاج إلى معدلات انخفاض في البيانات ولكن قرارات أعلى.

فلاش ADC ، من ناحية أخرى ، تم تصميمه للسرعة.يمكنهم تحويل الإشارات التناظرية إلى الرقمية بمعدلات عالية جدًا ، مما يجعلها مثالية لبيئات التردد العالية.ومع ذلك ، لديهم عادة دقة أقل مقارنة مع Sigma-Delta ADCs.للتغلب على قيود سرعة Sigma-Delta ADC ، يستكشف المهندسون طرقًا لدمج وحدات ADC Flash داخل أنظمة Sigma-Delta.يهدف هذا النهج المختلط إلى الجمع بين السرعة العالية من ADCs الفلاش مع الدقة العالية من Sigma-Delta ADCs ، مما يؤدي إلى نظام يستفيد من نقاط القوة في كلتا التقنيات لتحسين الأداء الكلي.

مزايا وعيوب الفلاش ADCs

وجه	تفاصيل
سرعة	تشتهر Flash ADC بصيامها أداء.يقارنون فولتية المدخلات مقابل مراجع متعددة في في نفس الوقت ، تخطي الخطوات المتكررة المستخدمة في ADC الأخرى.هذا يسمح فلاش ADCs لإنتاج المخرجات بالميلي ثانية ، مما يجعلها جيدة للبيانات الفورية احتياجات المعالجة.
بساطة	فلاش ADCs سهلة التشغيل.لديهم مرحلتين فقط: المقارنة المتوازية والترميز.هذه البساطة تجعلهم من السهل فهم وتشغيل وتقليل تعقيد التصميم وإنتاجه التكاليف.ومع ذلك ، مع زيادة الدقة ، هناك حاجة إلى مزيد من المقارنات ، تعقيد التصميم وإدارة الطاقة.
قابلية التوسع واستهلاك الطاقة	فلاش ADCs لا تتوسع جيدا.عدد تزداد المقارنات المطلوبة بشكل كبير مع دقة أعلى ، مما يجعل تصميم أكثر تعقيدًا ويتطلب المزيد من القوة.هذا الاستهلاك العالي الطاقة هو مشكلة بالنسبة للأجهزة والبيئات المحمولة حيث تكون إدارة الحرارة مطلوب.
التعقيد لارتفاع القرارات	في قرارات أعلى ، تصبح فلاش ADCs جدا معقد.المزيد من البتات تعني المزيد من المقارنات ومقاوم أكثر تعقيدًا سلم ، مما يجعل إدارة الطاقة والتخطيط أكثر تحديا.هذا التعقيد يمكن أن يقلل من الكفاءة والدقة والخطية ، ويتطلب دقيقة المعايرة ، وزيادة كل من التعقيد والتكلفة.المزيد من المكونات تعني أيضا المزيد من مساحة الرقائق ، وهي ليست مثالية للتطبيقات المحدودة للفضاء.ل احتياجات عالية الدقة ، تقنيات ADC أخرى مثل التقريب المتتالي أو محولات Sigma-Delta غالبًا ما تكون أكثر فعالية من حيث التكلفة وقابلة للتطوير.

تطبيقات فلاش ADC

أنظمة الاتصالات: تخدم ADCs Flash وظيفة في شبكات عالية السرعة مثل الألياف البصرية والاتصالات الأقمار الصناعية.يقومون بتحويل الإشارات التناظرية إلى الشكل الرقمي بكفاءة ، مما يتيح المعالجة السريعة ونقلها على مسافات طويلة.يساعد هذا التحويل السريع في الحفاظ على جودة الاتصال العالية ، وهو جيد للتطبيقات مثل البث في الوقت الفعلي وتداول التردد العالي.

التصوير الطبي: هناك حاجة أيضًا إلى ADCs الفلاش في تقنيات التصوير الطبي مثل MRI و CT الماسحات الضوئية.تقوم هذه ADCs بتحويل الإشارات التناظرية التي تم إنشاؤها بواسطة الجسم إلى بيانات رقمية ، مما يتيح إنشاء صور عالية الدقة في الوقت الفعلي.هذا التحويل السريع والدقيق هو الأفضل لتشخيص الحالات الطبية وعلاجها ، وخاصة في المواقف العاجلة.

الحرب الإلكترونية: في مجال الحرب الإلكترونية ، هناك حاجة إلى ADCs الفلاش لذكاء الإشارة والتدابير الإلكترونية.تحول هذه المحولات بسرعة الإشارات التناظرية المعقدة إلى تنسيقات رقمية ، مما يمكّن الجيش من تحديد التهديدات والتصدي لها في الوقت الفعلي.هذه القدرة تعزز الاستجابة الاستراتيجية والتشغيلية للوحدات العسكرية.

التذبذبات الرقمية: لغرض مراقبة شكل الموجة على وجه التحديد للإشارة الكهربائية ، تتطلب التذبذبات الرقمية ADCs فلاش.تقوم ADCs بتحويل الإشارات التناظرية عالية التردد إلى شكل رقمي على الفور تقريبًا.هذا التحويل السريع مهم لأنه يضمن أن الشاشة الرقمية للذباذات هي نسخة طبق الأصل من الإشارة التناظرية.يساعد هذا في التحليل الدقيق وقياس الأشكال الموجية ، مما يجعل الفلاش ADCs لا غنى عنه لمعالجة الإشارات في الوقت الفعلي.

أنظمة الرادار: تعتمد تقنية الرادار اعتمادًا كبيرًا على ADCs Flash.تعتمد أنظمة الرادار على هذه المحولات لتغيير الإشارات التناظرية بسرعة ، والتي ترتد من الكائنات ، إلى بيانات رقمية.تلعب Flash ADC دورًا رئيسيًا في ذكاء إشارة الحرب الإلكترونية والتدابير الإلكترونية.تتطلب أنظمة الرادار القدرة على اكتشاف ومراقبة الكائنات ذات الدقة العالية ، والحاجة إلى عمليات الدفاع والمراقبة.تقدم Flash ADC هذه الإمكانية عن طريق تحويل الإشارات بسرعة.

الحصول على البيانات عالية السرعة: تعتبر ADCs Flash أساسية في المجالات التي تتطلب جمع البيانات السريعة ، مثل البحث العلمي والمراقبة الصناعية والاختبارات الآلية.تم تصميم هذه المحولات لالتقاط الإشارات المتغيرة بسرعة دون فقدان معلومات مهمة.هذا الحصول على البيانات عالية السرعة مطلوبة للتحليل الدقيق والمراقبة في التطبيقات حيث تكون تكامل الإشارة مهمة.

خاتمة

تمثل Flash ADCs ذروة السرعة في تقنية التحويل التناظرية إلى الرقمية مع تصميمها البسيط والقوي الذي يسمح بمعالجة الإشارات السريعة.أظهرت هذه المقالة دورها مختلف في التطبيقات عالية السرعة في الوقت الفعلي ، حيث يلزم تحويل سريع من التناظرية إلى الرقمية.على الرغم من أن ADC Flash واضحة في تشغيلها ، إلا أنها تواجه تحديات في زيادة الدقة ، مما يتطلب تصميمات أكثر تعقيدًا واستخدامًا أعلى للطاقة.يعد هذا التوازن بين السرعة والمقايضات في كفاءة الطاقة وتعقيد التصميم مهمًا في تكنولوجيا ADC.نظرًا لأن الحاجة إلى إلكترونيات أسرع وأكثر كفاءة ، ستلعب Flash ADCs دورًا رئيسيًا في مستقبل الإلكترونيات الرقمية وسرعة الموازنة والقرار وكفاءة الطاقة لتلبية احتياجات كل من تكنولوجيا المستهلك.

الأسئلة المتداولة [الأسئلة الشائعة]

1. لماذا فلاش ADC أسرع؟

يعد Flash ADC ، المعروف أيضًا باسم ADC المتوازي ، أسرع من الأنواع الأخرى من ADC لأنه يعالج جميع أجزاء إشارة الدخل في وقت واحد.يتم تحقيق هذه المعالجة الموازية باستخدام سلسلة من المقارنات التي تحقق كل ما إذا كان جهد الإدخال أعلى أو أقل من مستويات مرجعية معينة.نظرًا لأنه يقوم بجميع المقارنات في وقت واحد ويؤدي مباشرة إلى إخراج القيمة الرقمية ، فإن فلاش ADC يلغي الحاجة إلى التقريب المتسلسل أو عمليات التحويل التكرارية الموجودة في أنواع ADC الأخرى.يسمح هذا التصميم بتحويل فوري تقريبًا ، مما يجعل Flash ADCs متاحًا أسرع نوع.

2. ما هو فلاش 2 بت ADC؟

ADC فلاش 2 بت هو نوع من المحول التناظرية إلى الرقمية التي تقوم بتكميات إشارة الدخل التناظرية في واحدة من أربعة مخرجات رقمية ممكنة (00 ، 01 ، 10 ، أو 11).يستخدم ثلاث مقارنات ، كل منها يقارن إشارة الدخل بجهد مرجعي مختلف.ثم يتم فك تشفير مخرجات هذه المقارنات في قيمة رقمية 2 بت.هذا ADC قادر على تمثيل المدخلات التناظرية مع دقة أربعة مستويات.

3. ما هو فلاش 3 بت ADC؟

يتوسع فلاش ADC 3 بت على الإصدار 2 بت من خلال توفير دقة أكثر دقة.إنه يحول مدخلات تمثيلية إلى واحدة من ثمانية مخرجات رقمية محتملة (تتراوح من 000 إلى 111).يستخدم هذا النوع من ADC سبعة مقارنات ، كل مجموعة إلى جهد مرجعي متميز.تقييم المقارنات في وقت واحد ما إذا كان جهد الإدخال أعلى أو أقل من المراجع الخاصة بكل منها ، ثم يتم تحويل النتائج إلى رمز رقمي 3 بت ، مما يتيح تمثيل المدخلات التناظرية في ثمانية مستويات مختلفة.

4. أين يتم استخدام فلاش ADC؟

التطبيقات التي تتطلب تحويل البيانات السريعة والسرعة العالية هي التسلطات الرئيسية التي تستخدم ADC فلاش.تشمل حالات الاستخدام الشائعة بث الفيديو الرقمي وأنظمة الرادار ومعالجة الإشارات عالية التردد.إنها مثالية للإعدادات التي يهم وقت الاستجابة إلى حد كبير بسبب تحويلها القريب من الإشارات التناظرية إلى الشكل الرقمي.

5. كيف يتم تحويل إشارة تمثيلية إلى رقمية مع نوع الفلاش ADC؟

في فلاش ADC ، يتم تغذية إشارة الدخل التناظرية إلى سلسلة من المقارنات.كل مقارن له جهد مرجعي يقسم نطاق جهد الإدخال إلى قطاعات متساوية.تعمل جميع المقارنات في وقت واحد ، حيث تقدم كل منها إخراجًا ثنائيًا من "1" إذا تجاوز الإدخال الجهد المرجعي و "0" خلاف ذلك.ثم يتم دمج هذه المخرجات الثنائية في دائرة منطقية ، والتي تترجم مخرجات المقارنة إلى رقم ثنائي يمثل المكافئ الرقمي للمدخلات التناظرية.

6. كم عدد البتات هو فلاش ADC؟

يحدد عدد البتات في فلاش ADC دقة ، أي مدى جدوى من تقسيم نطاق الإدخال التناظري وتمثيله كإخراج رقمي.يمكن أن تختلف ADCs Flash على نطاق واسع في حلها ، والتي تتراوح شائعًا من 2 بت إلى ما يصل إلى 10 بت أو أكثر ، اعتمادًا على التطبيق المحدد والدقة المطلوبة.

7. ما هي سرعة فلاش ADC؟

يتم تحديد سرعة فلاش ADC في المقام الأول عن طريق السرعة التي يمكن أن تستقر المقارنات بها ويمكن أن تشفر دارات المنطق الخاصة بها.عادة ، يمكن لـ Flash ADCs تحقيق أوقات تحويل على ترتيب النانو ثانية.على سبيل المثال ، قد توفر ADC فلاش عالية السرعة سرعات تتراوح بين 500 ميغاسين في الثانية (MSPs) إلى أكثر من عدة gigasamples في الثانية (GSPs) ، مما يجعلها سريعة بشكل استثنائي مقارنة بأنواع ADC الأخرى.تعتمد التطبيقات التي تحتاج إلى معالجة في الوقت الفعلي والكمون المنخفض على هذا الأداء.