Кіріспе

Аналогтық сигналды цифрлық сигналға түрлендіретін жүйе. Электроникада аналогтық-цифрлық түрлендіргіш (ADC, A/D немесе A to D) – микрофон арқылы алынған дыбыс немесе цифрлық камераға түскен жарық сияқты аналогтық сигналды цифрлық сигналға түрлендіретін жүйе. ADC сондай-ақ, кернеу немесе ток мөлшерін көрсететін сандық санға аналогтық кіріс кернеуін немесе токты түрлендіретін электрондық құрылғы сияқты жеке өлшеуді де қамтамасыз ете алады. Әдетте, цифрлық шығыс кіріске пропорционал екілік сан болып табылады, бірақ басқа да мүмкіндіктер бар. ADC-нің бірнеше архитектурасы бар. Күрделілігі мен нақты сәйкес келетін компоненттердің қажеттілігіне байланысты, ең мамандандырылғандарынан басқа барлық ADC интегралды схемалар (IC) ретінде жүзеге асырылады. Бұл әдетте металл-оксид-жартылайөткіш (MOS) аралас сигналды интегралды схемалық микросхемалар түрінде болады, олар аналогтық және цифрлық схемаларды біріктіреді. Цифрлық-аналогтық түрлендіргіш (DAC) кері функцияны орындайды; ол цифрлық сигналды аналогтық сигналға түрлендіреді.

Түсіндірме

АДК үздіксіз уақыт және үздіксіз амплитудалы аналогтық сигналды дискретті уақыт және дискретті амплитудалы цифрлық сигналға түрлендіреді. Түрлендіру кірістің квантталуын қамтиды, сондықтан ол қажетті түрде квантталу қателігінің шағын мөлшерін енгізеді. Сонымен қатар, АДК түрлендіруді үнемі орындаудың орнына, түрлендіруді мерзімді түрде жүргізеді, кіріс сигналын үлгілейді және кіріс сигналының рұқсат етілген жолақтығын шектейді. АДК-ның өнімділігі негізінен оның жолақтығы және сигнал-шу қатынасымен (SNR) сипатталады. АДК жолағының кеңдігі негізінен оның үлгі алу жылдамдығымен сипатталады. АДК-ның SNR-іне көптеген факторлар әсер етеді, соның ішінде ажыратымдылық, сызықтық және дәлдік (квантталу деңгейлерінің нақты аналогтық сигналға қаншалықты сәйкес келуі), алиасинг және джиттер. АДК-ның SNR-і көбінесе оның тиімді бит саны (ENOB) арқылы қорытындыланады, бұл орташа есеппен шу емес, әрбір өлшемнің қайтарылатын биттерінің саны. Идеалдық АДК-да ENOB оның ажыратымдылығына тең болады. АДК-лар цифрландырылатын сигналдың жолақтығына және қажетті SNR-іне сәйкес таңдалады. Егер АДК сигналдың жолақтығынан екі есе артық үлгі алу жылдамдығында жұмыс істесе, онда Найквист-Шеннон үлгі алу теоремасына сәйкес, дерлік толық қайта құру мүмкін болады. Квантталу қателігінің болуы тіпті идеалдық АДК-ның SNR-ін шектейді. Алайда, егер АДК-ның SNR кіріс сигналынан жоғары болса, онда квантталу қателігінің әсері ескерілмейді, нәтижесінде жолақты шектелген аналогтық кіріс сигналының дерлік толық цифрлық бейнесі пайда болады.

Кванттық қате

Кванттық қате идеалды АЦҚ-ға тән кванттау арқылы туындайды. Бұл АЦҚ-ға түсетін аналогтық кіріс кернеуі мен шығарылатын сандық мән арасындағы дөңгелектеу қатесі. Қате сызықтық емес және сигналға тәуелді. Идеалды АЦҚ-да кванттау қатесі -LSB және +LSB аралығында тегіс бөлінеді, ал сигнал барлық кванттау деңгейлерін қамтитын тегіс таралымға ие болса, сигнал-кванттау шуы қатынасы (SQNR) былай беріледі:

мұнда Q – кванттау биттерінің саны. Мысалы, 16 биттік АЦҚ үшін кванттау қатесі максималды деңгейден 96,3 дБ төмен. Кванттау қатесі DC-ден Найквист жиілігіне дейін таралады. Сәйкесінше, АЦҚ-ның өткізу қабілетінің бір бөлігі қолданылмаса, мысалы, артық үлгілеу кезінде, кванттау қатесінің бір бөлігі жолақтан тысқа шығып, қолданылатын жолақтың SQNR-ін жақсартады. Артық үлгіленген жүйеде шуды қалыптастыру арқылы SQNR-ді одан әрі арттыруға болады, осы арқылы көбірек кванттау қатесін жолақтан тысқа шығаруға болады.

Дитер

ADC-лерде өнімділікті дитер қолдану арқылы жақсартуға болады. Бұл – түрлендіруден бұрын кіріске қосылатын өте шағын мөлшердегі кездейсоқ шу (мысалы, ақ шу). Оның әсері – сигналға байланысты ең кіші маңызды биттің (LSB) күйін кездейсоқ ету. Сигналды төмен деңгейде толығымен жоюдың орнына, ол ADC-нің түрлендіре алатын сигналдардың тиімді диапазонын кеңейтеді, шудың сәл ғана артуымен. Дитер сынаманың ажыратымдылығын ғана арттыра алады. Ол сызықтықты жақсарта алмайды, сондықтан дәлдік міндетті түрде жақсармайды. ADC-нің биттерінің тереңдігіне қатысты өте төмен деңгейдегі аудио сигналдағы кванттау бұрмалануы сигналмен байланысты болып, бұрмаланған және жағымсыз дыбыс тудырады. Дитерлеу кезінде бұрмалану шуға айналады. Бұрмаланбаған сигналды уақыт бойынша орташа есептеу арқылы дәл қалпына келтіруге болады. Дитерлеу электр есептегіштері сияқты интеграциялық жүйелерде де қолданылады. Мәндер қосылғандықтан, дитерлеу аналогтан цифрлық түрлендіргіштің ең кіші маңызды бітінен (LSB) дәлірек нәтижелер береді. Дитер көбінесе фотосуреттерді пикселге шамалы біт санына кванттағанда қолданылады – сурет шулы болатындықтан, көзге квантталған суреттен гөрі әлдеқайда шынайы көрінеді, әйтпесе ол жолақты болып шығады. Бұл ұқсас процесс дитердің аналогтық аудио сигналға, оны цифрлық форматқа түрлендіргендегі әсерін көруге көмектеседі.

Дұрыс

ADC-де қателердің бірнеше көзі бар. Квантизация қатесі және (егер ADC сызықты болуға арналған болса) сызықтық еместік кез келген аналогты-цифрлық түрлендіруге ішкі қасиет. Бұл қателер ең кіші маңызды бит (LSB) деп аталатын бірлікпен өлшенеді. Жоғарыдағы сегіз биттік ADC мысалында, бір LSB қатесі – толық сигнал диапазонының бөлігі, шамамен 0,4% құрайды.

Сызықтық емес

Барлық АҚТ-да олардың физикалық кемшіліктерінен туындаған сызықтық емес қателер болады, бұл олардың шығысын кірісінің сызықтық функциясынан (немесе әдейі сызықтық емес АҚТ болған жағдайда, басқа функциядан) ауытқытады. Мұндай қателерді кейде калибрлеу арқылы азайтуға немесе сынау арқылы алдын алуға болады. Сызықтылықты бағалау үшін интегралды сызықтық емес қателік және дифференциалды сызықтық емес қателік маңызды параметрлер болып табылады. Бұл сызықтық емес қасиеттер АҚТ-ның сигнал-шу қатынасын нашарлатып, оның тиімді ажыратымдылығын төмендетеді.

Жігіт

Синустық толқындарды цифрлау кезінде идеалдық емес үлгі алу сағатын пайдалану, үлгілерді қашан тіркеуге болатынына қатысты белгілі бір белгісіздікке әкеледі. Сағат джиттеріне байланысты нақты үлгі алу уақытының белгісіздігі болса, осы құбылыстан туындаған қателік деп бағаланады. Бұл қосымша жазылған шуға әкеледі, бұл кванттау қателігімен болжалданғаннан төмен биттердің тиімді санын (ENOB) азайтады. Қателік DC үшін нөлге тең, төменгі жиіліктерде аз, бірақ жоғары амплитудалы және жоғары жиіліктегі сигналдарда маңызды. Джиттердің өнімділікке әсерін кванттау қатесімен салыстыруға болады: , мұндағы q – ADC биттерінің саны. Шығыс өлшемі (бит) Сигнал жиілігі 1 Гц 1 кГц 10 кГц 1 МГц 10 МГц 100 МГц 1 ГГц 8 1,243 мкс 1,24 мкс 124 нс 1,24 нс 124 пс 12,4 пс 1,24 пс 10 311 мкс 311 нс 31,1 нс 311 пс 3,11 пс 0,31 пс 12 77,7 мкс 77,7 нс 7,77 нс 77,7 пс 7,77 пс 0,78 пс 0,08 пс (77,7 фс) 14 19,4 мкс 19,4 нс 1,94 нс 19,4 пс 1,94 пс 0,19 пс 0,02 пс (19,4 фс) 16 4,86 мкс 4,86 нс 486 пс 4,86 пс 0,49 пс 0,05 пс (48,5 фс) – 18 1,21 мкс 1,21 нс 121 пс 1,21 пс 0,12 пс – – 20 304 нс 304 пс 30,4 пс 0,30 пс (303,56 фс) 0,03 пс (30,3 фс) – – 24 18,9 нс 18,9 пс 1,89 пс 0,019 пс (18,9 фс) – –

Джиттер фазалық шуға байланысты туындайды. 1 МГц-тен 1 ГГц-ке дейінгі цифрландыру ені бар АДК-ның ажыратымдылығы джиттермен шектеледі. Төменгі енді конверсиялар үшін, мысалы, 44,1 кГц аудио сигналдарын үлгілеу кезінде, сағат джиттері өнімділікке аз әсер етеді.

Сынама алу мөлшері

Аналогтық сигнал уақыт бойынша үздіксіз болады, сондықтан оны цифрлық мәндер ағынына түрлендіру қажет. Осыған байланысты, аналогтық сигналдан жаңа цифрлық мәндерді қаншалықты жиілікпен алу керектігін анықтау қажет. Жаңа мәндерді алу жиілігі – конвертердің сынамалау жылдамдығы немесе сынамалау жиілігі деп аталады. Жолақты шектелген, үздіксіз өзгеретін сигналды сынап алуға болады, содан кейін дискретті уақыт мәндерінен бастапқы сигналды қайта құру сүзгісі арқылы қайта жаңартуға болады. Найквист-Шеннон сынамалау теоремасы бойынша, бастапқы сигналдың нақты көшірмесін жасау үшін сынамалау жылдамдығы сигналдың ең жоғары жиілігінен екі есе артық болуы керек. Практикалық АҚТ бірден түрлендіруді жүзеге асыра алмайтындықтан, конвертер түрлендіруді орындап жатқан кезде (түрлендіру уақыты деп аталады) кіріс мәнін тұрақты ұстау қажет. «Сынап алу және ұстап тұру» деп аталатын кіріс схемасы осы міндетті орындайды – көбінесе кірістегі аналогтық кернеуді сақтау үшін конденсаторды және конденсаторды кірістен ажырату үшін электрондық коммутаторды немесе қақпаны пайдаланады. Көптеген АҚТ интегралдық тізбектері ішкі «сынап алу және ұстап тұру» жүйесін қамтиды.

Аталық атауы

АДК жұмысы кіріс сигналының мәнін уақыт бойынша дискретті интервалдарда өлшеуден тұрады. Егер кіріс сигнал Nyquist жиілігінен жоғары жиілікте өлшенсе, барлық жиіліктерді қайта құру мүмкін. Nyquist жиілігінің жартысынан жоғары жиіліктер өлшенсе, олар бұрыс түрде төмен жиіліктер ретінде анықталады, бұл құбылыс алиасинг деп аталады. Алиасинг себебі, функцияны бір циклдың екі немесе одан аз уақытында өлшегенде циклдар жіберіліп қалады, нәтижесінде бұрыс төмен жиілік пайда болады. Мысалы, 2 кГц синусоидтық толқын 1.5 кГц жиілікте өлшенсе, ол 500 Гц синусоидтық толқын ретінде қайта құрылады. Алиасингтің алдын алу үшін АДК-ға кіретін сигналды өлшеу жиілігінің жартысынан жоғары жиіліктерді жою үшін төмен өткізгіш сүзгіден өткізу қажет. Бұл сүзгі антиалиасинг сүзгісі деп аталады және жоғары жиілікті компоненттері бар аналогтық сигналдармен жұмыс істейтін практикалық АДК жүйесі үшін маңызды. Алиасингке қарсы қорғаныс қажет болған жағдайларда, оны қатты азайту немесе тіпті жою үшін артық өлшеу қолданылуы мүмкін. Көптеген жүйелерде алиасингге қатысты мәселелер болмаса да, оны шектелген жолақты жоғары жиілікті сигналды бір мезгілде төмен араластыру үшін пайдалануға болады (қ. төменгі өлшеу және жиілік араластырғышы). Алиасинг сигнал жиілігі мен өлшеу жиілігінің төменгі гетеродині болып табылады.

Салыстырмалы жылдамдық пен дәлдік

АДК жылдамдығы түріне қарай өзгереді. Уилкинсон АДК-сы қазіргі цифрлық схемалармен өңделетін сағаттық жиілігімен шектеледі. Бір-бірінен кейін шамалап жақындау АДК-сы үшін түрлендіру уақыты ажыратымдылықтың логарифмімен, яғни бит санымен пропорционалды. Флэш АДК-лары осы үш түрдің ең жылдамдары болып табылады; түрлендіру негізінен бір параллель қадамда орындалады. Жылдамдық пен дәлдік арасында белгілі бір шартты айырбас болуы мүмкін. Флэш АДК-ларында дрейфтер мен салыстырушы деңгейлерімен байланысты белгісіздіктер сызықтықсыздыққа алып келеді. Шамалы дәрежеде, сызықтықтың нашарлауы бір-бірінен кейін шамалап жақындау АДК-ларында да проблема тудыруы мүмкін. Мұнда сызықтық емес бұрыштарды шығару процестерінен қателердің жиналуынан пайда болады. Уилкинсон АДК-сының сызықтық қасиеттері ең жақсы.

Жылжымалы шкала принципі

Жылжымалы шкала немесе кездейсоқ әдіс кез келген типтегі АҚТ-ның, әсіресе жылдам және сәтімен жақындау типтерінің сызықтығын жақсарту үшін қолданылуы мүмкін. Кез келген АҚТ үшін кіріс кернеуін цифрлық шығыс мәніне бейімдеу, идеалды болғандағы еден немесе төбе функциясы сияқты дәл болмайды. Қалыпты жағдайларда, белгілі бір амплитудасы бар импульс әрқашан бірдей цифрлық мәнге айналады. Проблема мынада: цифрланған мәндер үшін аналогтық мәндердің диапазондарының ені бірдей емес, ал дифференциалдық сызықтық орташа енінен алшақтаған сайын пропорционалды түрде төмендейді. Жылжымалы шкала принципі осы құбылысты жеңу үшін орташалау әсерін пайдаланады. Үлгі алынған кіріс кернеуіне кездейсоқ, бірақ белгілі аналогтық кернеу қосылады. Содан кейін ол цифрлық формаға айналады, және эквивалентті цифрлық шама алынып тасталады, осылайша бастапқы мәніне қайтарылады. Бұл әдістің артықшылығы – түрлендіру кездейсоқ нүктеде жүзеге асырылады. Соңғы деңгейлердің статистикалық таралуы АҚТ диапазонының аймағы бойынша салмақталған орташа есеппен анықталады. Бұл өз кезегінде оны кез келген нақты деңгейдің еніне сезімтал етпейді.

Түрлері

Бұл электрондық АҚТ-ны іске асырудың бірнеше кең таралған тәсілдері.

RC зарядтау уақыты

Резистор-конденсатор (RC) тізбектерінде белгілі кернеуді зарядтау және разрядтау қисығы болады, оны белгісіз аналогтық шаманы табу үшін қолдануға болады.

Уилкинсон

Уилкинсон ADC-і 1950 жылы Денис Уилкинсон жасаған. Уилкинсон АДК-сы кіріс кернеуін зарядталатын конденсатормен салыстыруға негізделген. Конденсатор, салыстырғыш кіріс кернеуімен тең болып анықтағанша зарядталуына мүмкіндік беріледі. Содан кейін конденсатор тұрақты ток көзін қолдану арқылы сызықты түрде разрядталады. Конденсаторды разрядтауға қажетті уақыт кіріс кернеуінің амплитудасына пропорционалды. Конденсатор разрядталатын кезде, жоғары жиілікті осциллятордың импульстары тіркегішпен саналады. Тіркегіште саналған импульстар саны да кіріс кернеуіне пропорционалды.

Тікелей конверсия

Тікелей түрлендіру немесе жылдам ADC құрылғысында салыстырғыштар банкі бар, олар кіріс сигналын параллель түрде сынап көрсетеді, әрқайсысы белгілі бір кернеу диапазонында жұмыс істейді. Салыстырғыштар банкі әр кернеу диапазоны үшін шығыс желілерінде екілік санды жасайтын цифрлық кодтау логикалық тізбегін қамтамасыз етеді. Осы типтегі АДК-ның чипі үлкен және қуаттылығы жоғары болады. Олар көбінесе бейне, кең жолақты байланыс немесе оптикалық және магниттік жадтағы басқа да жылдам сигналдар үшін қолданылады. Тізбек кедергілік бөлігіш желісінен, операциялық күшейткіштердің салыстырғыштарынан және басымдық кодтаушыдан тұрады. Салыстырғышқа кернеу шекараларындағы кез келген мәселені шешу үшін аз мөлшерде гистерезис енгізіледі. Кедергілік бөлігіштің әрбір түйінінде салыстыру кернеуі қол жетімді. Тізбектің мақсаты – аналогты кіріс кернеуін түйін кернеулерінің әрқайсысымен салыстыру. Тізбектің артықшылығы – жоғары жылдамдық, себебі түрлендіру бір уақытта емес, тізбекпен жүзеге асырылады. Типик түрлендіру уақыты 100 нс немесе одан аз. Түрлендіру уақыты тек салыстырғыш пен басымдық кодтаушының жылдамдығымен шектеледі. Бұл типтегі АДК-ның кемшілігі – әр қосылған бит үшін қажетті салыстырғыштар саны шамамен екі есеге артады. Сонымен қатар, n-нің мәні неғұрлым үлкен болса, басымдық кодтаушы соғұрлым күрделі болады.

Бірінен соң бірі жақынлау

Бірін-бірі жалғастыратын шамалау АҚТ кіріс кернеуін қамтитын диапазонды біртіндеп тарылтатын салыстырғыш пен бинарлық іздеуді пайдаланады. Әрбір кезеңде түрлендіргіш кіріс кернеуін рұқсат етілген кіріс кернеу диапазонының бастапқы орта нүктесін көрсететін ішкі цифрлық-аналогтық түрлендіргіштің (DAC) шығысымен салыстырады. Осы процестің әрбір қадамында шамалау кезекті шамалау тіркегіште (SAR) сақталады және цифрлық-аналогтық түрлендіргіштің шығысы тар диапазон бойынша салыстыру үшін жаңартылады.

Салыстыру

Рэмп салыстыру ADC тісті пішіндес сигналды жасайды, ол жоғары немесе төмен қарай өрмелейді, содан кейін жылдам түрде нөлге оралады. Рэмп басталғанда таймер санауды бастайды. Рэмп кернеуі кіріспен сәйкес келгенде, салыстырғыш қосылады және таймердің мәні тіркеледі. Уақыттық рампа түрлендіргіштерін экономикалық тұрғыдан жүзеге асыруға болады, бірақ рампа уақыты температураға сезімтал болуы мүмкін, себебі рампаны жасау тізбегі көбінесе қарапайым аналогтық интегратор болып табылады. Көбірек дәлдік беретін түрлендіргіш DAC-ті басқаратын синхронды санаушыны қолданады. Рэмп салыстыру жүйесінің ерекше артықшылығы – екінші сигналды түрлендіру үшін тек қосымша салыстырғыш пен таймер мәнін сақтауға арналған қосымша тіркегіш қажет. Түрлендіру кезінде кіріс өзгерістеріне сезімталдықты азайту үшін, үлгі алып, ұстап тұру схемасы конденсаторды кіріс кернеуінің сәтке дейінгі мәнімен зарядтай алады, ал түрлендіргіш тұрақты токпен разрядтауға қажетті уақытты өлшей алады.

Интеграциялау

Интеграциялық АҚК (сондай-ақ, қос еңіс немесе көп еңіс АҚК) белгісіз кіріс кернеуін интегратордың кірісіне қолданады және кернеудің белгілі бір уақыт аралығында (көтерілу кезеңі) өсуіне мүмкіндік береді. Содан кейін интеграторға қарама-қарсы полярлылықтағы белгілі эталондық кернеу қолданылады және интегратордың шығысы нөлге қайтып келгенше (түсу кезеңі) өсуіне рұқсат етіледі. Кіріс кернеуі эталондық кернеудің, тұрақты көтерілу уақытының және өлшенген түсу уақытының функциясы ретінде есептеледі. Түсу уақытын өлшеу әдетте түрлендіргіштің сағатының бірліктерімен жасалады, сондықтан ұзақ интеграция уақыты жоғары ажыратымдылыққа мүмкіндік береді. Сонымен қатар, түрлендіргіштің жылдамдығын ажыратымдылықты құрбан ету арқылы жақсартуға болады. Осы типтегі түрлендіргіштер (немесе тұжырымдаманың өзгеруі) сызықтылығы мен икемділігі үшін көптеген цифрлық вольтметрлерде қолданылады. Зарядты теңгермейтін АҚК Зарядты теңгермейтін АҚК принципі – алдымен кернеу-жиілік түрлендіргішін пайдалану арқылы кіріс сигналын жиілікке түрлендіру. Бұл жиілік санаушымен өлшенеді және аналогтық кіріске пропорционалды шығыс кодына түрлендіріледі. Бұл түрлендіргіштердің басты артықшылығы – жиілікті тіпті шулы ортада немесе оқшауланған түрде беру мүмкіндігі. Алайда, бұл схеманың шектеуі – кернеу-жиілік түрлендіргішіндегі шығыс температура мен уақыт бойынша дәл сақталуы қиын RC көбейтіндісіне тәуелді. Қос еңісті АҚК Схеманың аналогтық бөлігі жоғары кіріс кедерісіне ие буфер, дәлдік интеграторы және кернеу салыстырғышынан тұрады. Түрлендіргіш алдымен белгіленген уақытқа аналогтық кіріс сигналын интеграциялайды, содан кейін интегратордың шығысы нөлге дейін қарама-қарсы полярлылықтағы ішкі эталондық кернеуді интеграциялайды. Бұл схеманың басты кемшілігі – ұзақ уақыт. Олар, әсіресе, терможұптар мен таразылар сияқты баяу өзгеріп отыратын сигналдарды дәл өлшеу үшін өте қолайлы.

Дельта кодталған

Дельта кодталған немесе қарсы пандус АҚТ-да (АЦП) ДАҚ-ты (ЦАП) қоректендіретін жоғары-төмен санағышы бар. Кіріс сигналы мен ДАҚ екеуі де салыстырғышқа түседі. Салыстырғыш есептегішті басқарады. Бұл тізбек ДАҚ-тың шығысы кіріс сигналымен сәйкес келгенше және есептегіштен сан оқылғанша есептегішті реттеу үшін салыстырғыштан теріс кері байланыс қолданады. Дельта түрлендіргіштері өте кең диапазонға және жоғары ажыратымдылыққа ие, бірақ түрлендіру уақыты кіріс сигналының қасиеттеріне байланысты, бірақ ең нашар жағдайға кепілдік беріледі. Дельта түрлендіргіштері нақты әлем сигналдарын оқу үшін жиі өте жақсы таңдау болып табылады, себебі физикалық жүйелерден келетін көптеген сигналдар кенеттен өзгермейді. Кейбір түрлендіргіштер дельта және тізбектей жуықтау әдістерін біріктіреді; бұл, әсіресе кіріс сигналының жоғары жиілікті компоненттерінің шамасы кішкентай болғанда тиімді жұмыс істейді.

Құбыр желісімен

Құбырлы АҚТ (сонымен қатар субранжирлі кванттауыш) екі немесе одан көп түрлендіру қадамын пайдаланады. Біріншіден, жуан түрлендіру жасалады. Екінші қадамда кіріс сигналына дейінгі айырмашылық АҚТ арқылы анықталады. Бұл айырмашылық одан әрі дәл түрлендіріледі, ал нәтижелер соңғы қадамда біріктіріледі. Бұл сатылап жақындау АҚТ-ның жетілдірілген нұсқасы болып саналады, онда кері байланыс сілтеме сигналы тек келесі ең маңызды биттің орнына, бірнеше биттің (мысалы, төрт биттің) аралық түрлендіруінен тұрады. Сатылап жақындау және жылдам АҚТ-ның артықшылықтарын біріктіру арқасында, бұл тип жылдам, жоғары ажыратымдылыққа ие және тиімді жүзеге асырылуы мүмкін.

Дельта-сигма

Delta sigma ADC (сонымен қатар sigma delta ADC деп те аталады) – аналогты сүзгісі және төменгі ажыратымдылығы (көбінесе 1 бит) бірақ жоғары сынамалау жылдамдығына ие ADC және DAC негізінде жұмыс істейтін теріс кері байланыс тізбегі. Кері байланыс тізбегі жинақталған кванттау қателіктерін үздіксіз түзету арқылы шуды қалыптастыруды жүзеге асырады: қызығушылық тудыратын төменгі жиіліктердегі кванттау шуы азаяды, ал жоғары жиіліктерде артады. Бұл жоғары жиіліктерді төмендетілген үлгілеу жиілігіндегі цифрлық сүзгі арқылы жоюға болады, ол дерек ағынын жоғары үлгілеу жылдамдығынан және төменгі биттік тереңдіктен төменгі жылдамдыққа және жоғары биттік тереңдікке түрлендіреді.

Уақыт аралығы

Уақыт аралас ADC M параллель ADC-ні пайдаланады, мұнда әрбір ADC тиімді дискретизация сағатының әр M-інші циклында деректерді дискретизациялайды. Бұл нәтижеде дискретизация жылдамдығы әрбір жеке ADC-нің мүмкіндігінен M есе артады. Бірақ, іс жүзінде M ADC арасындағы жеке айырмашылықтар жалпы өнімділікті нашарлатып, spurious-free динамикалық диапазонды (SFDR) төмендетеді. Дегенмен, осы уақыттық араласу сәйкессіздік қателарын түзеуге арналған әдістер бар.

ФМ-ның аралық сатысы

АДК-ның аралық FM сатысы алдымен кернеуді жиілікке түрлендіргішті пайдаланып, кіріс сигналдың кернеуіне пропорционалды жиіліктегі тербеліс сигнал жасайды, содан кейін осы жиілікті қажетті сигнал кернеуіне пропорционалды сандық мәнге түрлендіру үшін жиілік санағышын қолданады. Ұзақ интеграция уақыты жоғары ажыратымдылыққа мүмкіндік береді. Сол сияқты, түрлендіргіштің жылдамдығын ажыратымдылықтан бас тартып жақсартуға болады. АДК-ның екі бөлігі қашықта орналасуы мүмкін, жиілік сигналы оптоизолятор арқылы немесе сымсыз жолмен беріледі. Кейбір АДК синустық толқын немесе тіктөртбұрышты толқын жиілік модуляциясын қолданады, ал басқалары импульстік жиілік модуляциясын қолданады. Бұрынғыда мұндай АДК қашықтан орналасқан аналогты сенсордың күйін цифрлық түрде көрсетудің ең көп таралған тәсілі болды.

Уақыт аралығы

Уақыт созу арқылы аналогты-цифрлық түрлендіргіш (TS ADC) дәстүрлі электрондық ADC-мен цифрландыруға келмейтін, өте кең жолақты аналогты сигналды, цифрландыру алдында сигналды уақыт бойынша созу арқылы цифрлайды. Ол көбінесе сигналды уақыт бойынша баяулатып, жолақтығын тарылтатын фотондық алдын өңдеу құрылын (препроцессор) пайдаланады. Нәтижесінде, бастапқы сигналды тіркеуге тым баяу болған электрондық ADC енді осы баяулатылған сигналды тіркеуге қабілетті. Сигналды үздіксіз тіркеу үшін, алдыңғы бөлім уақыт созумен қатар сигналды бірнеше сегменттерге бөледі. Әрбір сегмент жеке электрондық ADC арқылы жеке цифрланады. Соңында, цифрлық сигналды өңдеу құрылы (процессор) үлгілерді қайта құрастырып, алдын өңдеу құрылының (препроцессор) салдарынан туған кез келген бұрмалауды жойып, бастапқы аналогты сигналдың цифрлық бейнесі болып табылатын екілік деректерді шығарады.

Коммерциялық

Көп жағдайларда интегралдық схеманың ең қымбат бөлігі – қосқыштар (шыналар), себебі олар корпустың көлемін үлкейтеді, және әрбір қосқыш интегралдық схеманың кремний кристаллымен жалғастырылуы тиіс. Қосқыштарды үнемдеу үшін АЦҚ (ADC) деректерін компьютерге бір уақытта бір биттен сериялық интерфейс арқылы жіберуі жиі кездеседі, әр бит сағат сигналы күйін өзгерткенде шығарылады. Бұл АЦҚ корпусындағы қосқыштардың санын азайтады және көп жағдайда жалпы конструкцияны күрделендірмейді. Коммерциялық АЦҚ-ларда бірнеше кіріс болуы мүмкін, олар әдетте аналогты мультиплексор арқылы бір конвертерге қосылады. АЦҚ-ның әртүрлі модельдері үлгіні алып, сақтайтын схемаларды, аспаптық күшейткіштерді немесе дифференциалдық кірістерді қамтуы мүмкін, мұнда өлшенетін шама екі кіріс арасындағы айырмашылық болып табылады.

Музыкалық жазба

Аналогтық-цифрлық түрлендіргіштер қазіргі заманғы музыканы көшіру технологиясының және цифрлық аудио жұмыс станцияларында дыбыс жазудың маңызды бөлігі болып табылады. Музыка компьютерде аналогтық жазу арқылы жасалуы мүмкін, сондықтан компакт-дискілерге және цифрлық музыка файлдарына жіберілетін импульстік код модуляциясы (PCM) дерек ағынын құру үшін аналогтық-цифрлық түрлендіргіштер қажет. Қазіргі таңда музыкада қолданылатын аналогтық-цифрлық түрлендіргіштер 192 килогерцке дейін үлгілей алады. Көптеген жазу студиялары 24 бит 96 кГц импульстік код модуляциясы (PCM) форматында жазады, содан кейін сигналды Compact Disc Digital Audio өндірісі үшін (44,1 кГц) немесе радио және теледидар хабарларын тарату үшін 48 кГц-қа дейін төмендетеді.

Цифрлық сигналдарды өңдеу

АДК-лар кез келген аналогтық сигналды цифрлық түрде өңдеуге, сақтауға немесе тасымалдауға арналған цифрлық сигналдарды өңдеу жүйелерінде қажет. Мысалы, теледидарлық тюнерлік карталар жылдам бейне аналогты-цифрлық түрлендіргіштерді пайдаланады. Микробасқарушыларда 8, 10, 12 немесе 16 биттік аналогты-цифрлық түрлендіргіштер жиі кездеседі. Цифрлық жадтағы осциллографтарға өте жылдам аналогты-цифрлық түрлендіргіштер қажет, сондай-ақ бағдарламалық радио және олардың жаңа қолданыстары үшін де маңызды.

Ғылыми құралдар

Цифрлық бейнелеу жүйелері пикселдерді цифрландыру үшін аналог-цифрлық түрлендіргіштерді жиі пайдаланады. Кейбір радар жүйелері сигналдың күшін кейін сигналды өңдеу үшін цифрлық мәндерге түрлендіруге аналог-цифрлық түрлендіргіштерді қолданады. Көптеген басқа да in situ және қашықтан зондтау жүйелері де ұқсас технологияны қолданады. Ғылыми құралдардағы көптеген сенсорлар аналогты сигнал шығарады; температура, қысым, pH, жарық интенсивтілігі сияқты. Барлық осы сигналдарды күшейтіп, цифрлық түрге келтіру үшін ADC-ге жіберуге болады.

Дисплейлер

Жазық панельді дисплейлер негізінен цифрлық болып келеді және композиттік немесе VGA сияқты аналогты сигналды өңдеу үшін АЦҚ қажет.