سلام
با توجه به این که اصلا مطلب خوبی برای دو نوع مبدل که یکی دلتا-سیگما (ΔΣ = Delta-sigma) و دیگری که SAR هستش گیر نمیاد گفتم یه مطلب تهیه کنم واسه دوستان تا معلوماتشون بره بالا و برای مقایسه های بعدیم ازشون استفاده کنم.
برای مقایسه SAR با دلتا-سیگما (ΔΣ Delta-sigma = یا sigma-delta = ΣΔ) فرض میکنیم فرکانس نمونه برداری هر دو یکی هستش.
البته هر دو نوع ADC در بسیاری ویژگی ها اشتراکاتی دارند. برای نمونه از لحاظ ویژگی های DC ، آفست ولتاژ و خطای بهره و از لحاظ AC مانند نویز یا THD حتی ممکن است که ADC های SAR و ΔΣ پیدا کنید که در محدوده DC و همچنین AC دارای ویژگی های برابری هستند.
خب این سوال پیش میاد که کدوم ADC رو انتخاب کنیم؟ برای انجام این مقایسه باید نحوه کارکرد دو مدل ADC رو مقایسه کنیم. ابتدا "تاخیر تبدیل ADC "رو تعریف میکنیم: تاخیر تبدیل ADC مدت زمانی است که ADC از شروع یک نمونه برداری تا نمونه برداری بعدی طی میکند که شامل زمان انتقال مقادیر تبدیل شده نیز می باشد. تاخیر تبدیل ADC نمونه SAR شامل یک نمونه برداری آنی و بازیابی سریال دیتا می باشد. در مقابل، ADC دلتا سیگما تاخیر بزرگتری در تحویل مقدار تبدیل شده دارد که علت این موضوع هم این است که این نوع ADC چندبار از ورودی در یک محدوده زمانی از پیش تعیین شده سریعا نمونه برداری میکنه و بعد مقدار میانگین بدست آمده رو بعنوان خروجی ارائه می دهد. البته در مقابل این ویژگی خوب باید بدانید که مصرف انرژی این نوع ADC بیشتر از نمونه SAR می باشد که علت آن هم نرخ کلاک بالاتر می باشد.
یک مشکل متداول در مورد مبدل های SAR این است که گاهی اوقات تفاوت فاحشی در مقادیر خوانده شده از این مبدل دیده میشود. علت این موضوع هم اغلب مربوط به SAR نیست، بلکه مربوط به چگونگی چیدمان و نحوه استفاده از مدار مورد نظر و خود مدار می باشد. یک مبدل SAR پهنای باند ورودی بزرگی داشته و سرعت واکنش آن نسبت به تغییرات بالا می باشد. این معماری به صورت موثری سیگنال و نویز را با هم دریافت و تبدیل میکند و نسبت به این موضوعات بسیار حساس میباشد.چنین مبدلی در محیط های نویزی به فیلترهای بسیار خوب نیاز دارد. البته درست است که اضافه کردن یک فیلتر خوب مشکل نویز رو حل میکنه ولی زمان آرام سازی (Settling time) مبدل را افزایش می دهد. مبحث زمان آرام سازی یک مسئله در کاربردها و موارد مولتی-پلکسی شده می باشد.
در مقابل، یک مبدل دلتا-سیگما در یک سرعت بیشتر چندبار از سیگنال نمونه برداری کرده و میانگین گیری میکند و نتایج را ارائه میدهد. این تکنیک میانگین گیری که یک روش دیجیتال برای فیلتر کردن می باشد مانند یک فیلتر خوب عمل کرده که در نتیجه مبدل فقط نیاز به یک فیلتر پایین-گذر خارجی برای ورودی آنالوگ میباشد. چنین فیلتر دیجیتالی در این نوع مبدل ها به خوبی از پس نویز بر می آیند. با این حال، با اضافه کردن یک فیلتر دیگر به ورودی این مبدل، این مبدل نیاز به یک زمان برای آرام سازی خواهد داشت. فیلتر دیجیتال داخلی خود مبدل نیز نیاز به زمان برای پرسازی و دوباره آرام سازی می باشد.
این دو نوع مبدل، هر کدام ویژگی های خاص خود را دارند. بعضی مبدل های SAR می توانند مولتی-پلکسرهای داخلی و PGA (تقویت کننده قابل برنامه ریزی) در ورودی های خود داشته باشند. بعضی مبدل های دلتا-سیگما هم می توانند چنین ویژگی هایی داشته باشند اما در کنار این ویژگی ها می توانند بافر ورودی، منبع جریان سنسور-سوخته (Sensor-burnout current source) داشته باشند و سیستم های برتر دیگر نسبت به نمونه هایی که مبدل های SAR دارا می باشند، داشته باشند.
در سطح کاربردی هر مورد مناسب چه کاری می باشد؟
مبدل های SAR مناسب کاربردهایی میباشند که سرعت بالا و تاخیر کم اهمیت داشته باشد. مانند حلقه های کنترلی سرعت بالا (High-speed control loops) و سیستم های حصول داده چندکاناله (Multichannel data-acquisition systems). مبدل های دلتا-سیگما برای اهداف رزولوشن بالا مانند اندازه گیری مقیاس ها و یا سیستم های صوتی مناسب می باشند. البته با این وجود باز هم از هر دو برای مواردی مانند کنترل موتور، سونار، آنالیز ارتعاش که هر کدام نیاز به دقت، پهنای باند زیاد و رزولوشن بالا می باشد استفاده میشود.
با توجه به این که اصلا مطلب خوبی برای دو نوع مبدل که یکی دلتا-سیگما (ΔΣ = Delta-sigma) و دیگری که SAR هستش گیر نمیاد گفتم یه مطلب تهیه کنم واسه دوستان تا معلوماتشون بره بالا و برای مقایسه های بعدیم ازشون استفاده کنم.
برای مقایسه SAR با دلتا-سیگما (ΔΣ Delta-sigma = یا sigma-delta = ΣΔ) فرض میکنیم فرکانس نمونه برداری هر دو یکی هستش.
البته هر دو نوع ADC در بسیاری ویژگی ها اشتراکاتی دارند. برای نمونه از لحاظ ویژگی های DC ، آفست ولتاژ و خطای بهره و از لحاظ AC مانند نویز یا THD حتی ممکن است که ADC های SAR و ΔΣ پیدا کنید که در محدوده DC و همچنین AC دارای ویژگی های برابری هستند.
خب این سوال پیش میاد که کدوم ADC رو انتخاب کنیم؟ برای انجام این مقایسه باید نحوه کارکرد دو مدل ADC رو مقایسه کنیم. ابتدا "تاخیر تبدیل ADC "رو تعریف میکنیم: تاخیر تبدیل ADC مدت زمانی است که ADC از شروع یک نمونه برداری تا نمونه برداری بعدی طی میکند که شامل زمان انتقال مقادیر تبدیل شده نیز می باشد. تاخیر تبدیل ADC نمونه SAR شامل یک نمونه برداری آنی و بازیابی سریال دیتا می باشد. در مقابل، ADC دلتا سیگما تاخیر بزرگتری در تحویل مقدار تبدیل شده دارد که علت این موضوع هم این است که این نوع ADC چندبار از ورودی در یک محدوده زمانی از پیش تعیین شده سریعا نمونه برداری میکنه و بعد مقدار میانگین بدست آمده رو بعنوان خروجی ارائه می دهد. البته در مقابل این ویژگی خوب باید بدانید که مصرف انرژی این نوع ADC بیشتر از نمونه SAR می باشد که علت آن هم نرخ کلاک بالاتر می باشد.
یک مشکل متداول در مورد مبدل های SAR این است که گاهی اوقات تفاوت فاحشی در مقادیر خوانده شده از این مبدل دیده میشود. علت این موضوع هم اغلب مربوط به SAR نیست، بلکه مربوط به چگونگی چیدمان و نحوه استفاده از مدار مورد نظر و خود مدار می باشد. یک مبدل SAR پهنای باند ورودی بزرگی داشته و سرعت واکنش آن نسبت به تغییرات بالا می باشد. این معماری به صورت موثری سیگنال و نویز را با هم دریافت و تبدیل میکند و نسبت به این موضوعات بسیار حساس میباشد.چنین مبدلی در محیط های نویزی به فیلترهای بسیار خوب نیاز دارد. البته درست است که اضافه کردن یک فیلتر خوب مشکل نویز رو حل میکنه ولی زمان آرام سازی (Settling time) مبدل را افزایش می دهد. مبحث زمان آرام سازی یک مسئله در کاربردها و موارد مولتی-پلکسی شده می باشد.
در مقابل، یک مبدل دلتا-سیگما در یک سرعت بیشتر چندبار از سیگنال نمونه برداری کرده و میانگین گیری میکند و نتایج را ارائه میدهد. این تکنیک میانگین گیری که یک روش دیجیتال برای فیلتر کردن می باشد مانند یک فیلتر خوب عمل کرده که در نتیجه مبدل فقط نیاز به یک فیلتر پایین-گذر خارجی برای ورودی آنالوگ میباشد. چنین فیلتر دیجیتالی در این نوع مبدل ها به خوبی از پس نویز بر می آیند. با این حال، با اضافه کردن یک فیلتر دیگر به ورودی این مبدل، این مبدل نیاز به یک زمان برای آرام سازی خواهد داشت. فیلتر دیجیتال داخلی خود مبدل نیز نیاز به زمان برای پرسازی و دوباره آرام سازی می باشد.
این دو نوع مبدل، هر کدام ویژگی های خاص خود را دارند. بعضی مبدل های SAR می توانند مولتی-پلکسرهای داخلی و PGA (تقویت کننده قابل برنامه ریزی) در ورودی های خود داشته باشند. بعضی مبدل های دلتا-سیگما هم می توانند چنین ویژگی هایی داشته باشند اما در کنار این ویژگی ها می توانند بافر ورودی، منبع جریان سنسور-سوخته (Sensor-burnout current source) داشته باشند و سیستم های برتر دیگر نسبت به نمونه هایی که مبدل های SAR دارا می باشند، داشته باشند.
در سطح کاربردی هر مورد مناسب چه کاری می باشد؟
مبدل های SAR مناسب کاربردهایی میباشند که سرعت بالا و تاخیر کم اهمیت داشته باشد. مانند حلقه های کنترلی سرعت بالا (High-speed control loops) و سیستم های حصول داده چندکاناله (Multichannel data-acquisition systems). مبدل های دلتا-سیگما برای اهداف رزولوشن بالا مانند اندازه گیری مقیاس ها و یا سیستم های صوتی مناسب می باشند. البته با این وجود باز هم از هر دو برای مواردی مانند کنترل موتور، سونار، آنالیز ارتعاش که هر کدام نیاز به دقت، پهنای باند زیاد و رزولوشن بالا می باشد استفاده میشود.
