Dynamic Range of ADC

محدوده دینامیکی مبدل آنالوگ به دیجیتال

رنج دینامیکی یا دامنه پویا (DR) نسبت حداکثر ولتاژبه حداقل ولتاژ است که ADC  میتواند تبدیل کند. این دامنه یک معیار عملکرد مشترک برای مبدل های آنالوگ به دیجیتال است. این

مشخصات در برنامه های کاربردی مثل ارتباطات بی سیم و ابزار  دقیق بسیار مهم است . ( برای کارآمد کردن دامنه دینامیکی ADC ، دامنه سیگنال ورودی باید به ولتاژ مرجع ADC تنظیم شود)

محدوده دینامیکی به عنوان نسبت بین بزرگترین و کوچکترین مقادیری که ADC میتواند بطور قابل اعتماد ( واقعی ) اندازه گیری شود، تعریف میشود.

برای ADC رنج دینامیکی مربوط به تعداد بیت هایی است که برای دیجیتالی کردن سیگنال آنالوگ استفاده می شود . اگر یک ADC ایده آل N بیتی را در نطر بگیریم ، حداقل مقدار قابل تشخیص

آن یک LSB ( حداقل بیت) است و حداکثر مقدار آن 2N-1 در مقدار LSB است. بنابر این از نظر دسی بل دامنه دینامیکی ADC برابر است با:

محدوده دینامیکی عمدتا در دسی بل تعریف میشود.  با توجه به رابطه انتظار داریم با یک 10 ADCبیتی محدوده دینامیکی 60.2 دسی بل باشد. این بدان معنی است که ADC قادر خواهد بود دامنه

های سیگنال را از X تا حدود 1000X را حل کند.( X حداقل مقداری است که میتواند تشخیص دهد.)

اهمیت محدوده دینامیکی

مشخصات محدوده دینامیکی می تواند به ویژه در بنامه های ارتباطی سودمند باشد که در آن قدرت سیگنال دریافت شده میتواند به شدت متفاوت باشد. به عنوان مثال یک را دیو دلخواه باید

هر دو سیگنال بسیار ضعیف و بسیار قوی را دریافت کند. این دامنه دینامیکی بزرگ گیرنده بطور قابل توجهی تحت تاثیر دامنه دینامیکی ADC مورد استفاده در زنجیره تامین قرار می گیرد.

ADC دارای دامنه دینامیکی خاصی است و بطو کلی دامنه سیگنال دریافتی را تنظیم میکنیم تا از دامنه دینامیکی موجود ADCبهره ببریم.

اگر سیگنال ورودی دارای دامنه دینامیکی بزرگی باشد می توان از یک تقویت کننده با بهره کم نویز ( VGA ) قبل از ADC  بهره برد. برنامه های خاصی مانند ارتباطات بی سیم نیاز به یک رنج

دینامیکی بزرگ برای سیستم دارند. معمولا رنج دینامیکی ADC میتواند رنج دینامیکی کل سیستم را محدود کند. در چنین مواردی مجبوریم یک VGA کم نویز را قبل از ADC قرار دهیم.

VGA سیگنا های ضعیف را تقویت میکند و سیگنال های بزرگ را کاهش میدهد. تنظیم حداکثر سیگنال ورودی به ولتاژ مرجع ADC منجر به دامنه دینامیکی قابل توجهی برای آبشار VGA و ADC

خواهد شد.

تجزیه و تحلیل یک سیگنال کوچک توسط دو سیگنال خطای مستقل محدود می شوند:

1) System noise floor signal ( سیگنال نویز کم )          2) Spurious signals ( سیگنال های جعلی)

SNR و SNDR

محدوده دینامیکی باید به صورت مستقل با توجه به این دو سیگنال خطا مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرند.

محدودیت سیگنال نویز با db بیان نمیشود و تنها با واحد dBFS/(Hz)^0.5 رنج دینامیکی واقعی داده میشود.

با این واحد میتوان سیستم ها را مقایسه کرد و بهینه سازی سیستم ها را انجام داد .

محدوده دینامیکی قابل دستیابی در حال حاضر dBFS/(Hz)^0.5  میباشد.

محدوده دینامیکی مبدل های آنالوگ به دیجیتال به میزان خطای INL و SFDR ( دامنه دینامیکی آزاد مضر) بستگی دارد.

بنابراین اگر بخواهیم درباره ADC اطلاعاتی بدهیم باید این دو عامل حتما اندازه گیری شوند.

SNR برابر ایست با : سیگنال (db) – [(نویز (db) + اغتشاش (اعوجاج)(db)] و

SNDR برابر است با : سیگنال( db )  – نویز ( db ) که مقدار SNR طبق روابط بیشتر از SNDR میباشد.

 محدوده دینامیکی (DR) معمولا 4-6 db بزرگتر از SNDR است اما تقریبا این محدوده شبیه با SNR یک مبدل ADC میباشد.به عنوان مثال با SNR = 88db نمیتوان DR = 100db انتظار داشت.

رنج دینامیکی پند مبدل آنالوگ به دیجیتال:

LTC2508 – 32 : DR = 145db

LTC2500 : DR = 148db

AK5552VN: DR = 115db

AK5572EN: DR = 121 db

AK5397EQ = DR = 127 db