پرش به محتوا
برد 4 کاناله

همه نکاتی که برای خرید برد داده برداری FPGA ADC باید بدانید:

قبل از انتخاب برد به چه نکاتی باید توجه کنیم؟

  • چه تعداد کانال آنالوگ ورودی لازم است؟

این بستگی به کاربرد شما دارد، گاهی اوقات برای انتخاب برد FPGA ADC  فقط یک کانال لازم است. اما به عنوان مثال شما ممکن است چهار ورودی آنتن داشته باشید که بخواهید به صورت فازی آنها را اندازه گیری و پردازش کنید.

اولین چیزی که در خرید برد داده برداری اینجا اهمیت پیدا میکند تعداد کانال است که برابر با تعداد ورودی یعنی چهار خواهد بود. البته لزوما تعداد کانال ورودی با تعداد ADC ها یکی نیست. گاهی اوقات یک ADC چندین کانال ورودی دارد به عنوان مثال در برد AD9650 چهار کاناله، دو عدد ADC دو کاناله وجود دارد.

 

  • نرخ نمونه برداری یا سمپلینگ؟

نرخ نمونه برداری چیست؟ برای تبدیل سیگنال آنالوگ به دیجیتال، ابتدا سیگنال مورد نظر را طبق قاعده نایکوئیست فیلتر میکنند. سپس از سیگنال فیلتر شده با سرعت خاصی نمونه برداری میکنند. به این سرعت نمونه برداری، نرخ نمونه برداری یا سمپلینگ گفته میشود.

در انتخاب و خرید برد داده برداری FPGA ADC نیز باید به این نکته توجه شود. این بستگی به فرکانس سیگنال شما دارد. حداقل فرکانس نمونه برداری باید دو برابر بالاترین فرکانس سیگنال باشد تا بتوان آن را بازسازی و با FPGA پردازش کرد.

نکته دیگری که باید به آن توجه کنید این است که ممکن است یک برد مدهای عملکردی مختلفی دارد به عنوان مثال در برد AD9650 چهار کاناله چهار مد سمپلینگ داریم که سرعت آنها 25، 65، 80، 105 مگاسمپل بر ثانیه است.

  • دقت یا رزولوشن برد داده برداری FPGA ADC؟

منظور از دقت داده برداری در واقع تعداد بیت های مبدل آنالوگ به دیجیتال است. این نکته اهمیت بالایی دارد چرا که تفاوت داده برداری با 16 و 24 بیت، 256 برابر متفاوت است. در واقع زمانی که نمونه برداری انجام میشود دقت، در تبدیل کردن آن نمونه به یک عدد 16 بیتی و 24 بیتی خیلی متفاوت خواهد بود.

هرچند گاهی افزایش دقت اهمیتی ندارد و فقط باعث اتلاف هزینه و افزایش حجم پردازش میشود. اما زمانی که دقت اهمیت داشته باشد باید به آن توجه شود. (در برد داده برداری چهار کاناله AD9650 دقت 16 بیت برای هر کانال است).

  • میزان خطی بودن در خرید برد داده برداری FPGA ADC چهار کاناله؟

Linearity یا خطی بودن به این معنا است که مثلا آیا اگر ولتاژ دو برابر شود، عدد دریافتی ما در مبدل آنالوگ به دیجیتال هم دو برابر میشود؟ همانطور که در تصویر مشاهده میشود یک اعوجاج در اندازه گیری داده آنالوگ وجود دارد که معمولا در همه ADC ها وجود دارد.

مشخص است که هرچه این نمودار غیر خطی به سمت خطی شدن پیش رود، بهتر است. قابل ذکر است که این پارامتر با DNL and INL (Differential and Integral Non-linearity) مشخص میشود. میتوانید میزان خطی بودن برد داده برداری چهار کاناله AD9650 را در PDF قرار داده شده  در آخر مطلب مشاهده کنید.

غیر خطی بودن ADC

تفاوت ADC ایده آل و واقعی

  • نسبت سیگنال به نویز چیست؟

نسبت سیگنال به نویز یا SNR که در خرید برد داده برداری FPGA ADC چهار کاناله باید به آن توجه کرد. معیار اندازه گیری آن به این صورت است که با تولید یک تک فرکانس، طیف را اندازه گیری میکنند. نسبت آن تک فرکانس به بالاترین مولفه ی فرکانس برابر خواهد بود با SNR.

میتوانید در تصویر نمونه ای از SNR یا نسبت سیگنال به نویز را ببینید. قابل ذکر است که نویز، از دو طریق ایجا میشود. منبع خارجی که نویز محیطی و غیره است، و خود مدارات داخلی مبدل آنالوگ به دیجیتال که یک منبع نویز ذاتی است. طبیعتا هرچقدر نویز ذاتی کمتر باشد بهتر است.

سیگنال به نویز

نسبت سیگنال به نویز ADC

  • دامنه سیگنال ورودی را درست انتخاب کنید.

نکته بعدی در خرید برد داده برداری FPGA ADC دامنه سیگنال آنالوگ ورودی است. بهترین حالت برای دامنه ولتاژ این است که دامنه سیگنال دقیقا برابر با دامنه ADC باشد. هرچقدر دامنه سیگنال کمتر باشد، دقت اندازه گیری کمتر خواهد بود.

اما زمانی که دامنه سیگنال بزرگتر از دامنه مبدل آنالوگ به دیجیتال باشد، سیگنال کلیپ (بریده) خواهد شد، در تصویر یک نمونه از این مشکل مشاهده میشود. برای این مورد نیاز به پیش تقویت کننده است. پیش تقویت کننده در واقع سیگنال را به گونه ای تنظیم میکند که سیگنال با دقت خوبی به طور کامل اندازه گیری شود.

شما میتوانید همزمان با خرید برد 4 کاناله AD9650، یک پیش تقویت کننده نیز خرید کنید که سیگنال مورد نظر شما را به خوبی با ورودی برد ADC FPGA تطبیق دهد. در واقع کار این پیش تقویت کننده سه مورد تقویت (یا تضعیف) است، به گونه ای که دقت اندازه گیری تا حد ممکن رخ دهد.

بریده شدن سیگنال

برده شدن سیگنال خارج از محدوده اندازه گیری

  • پروتوکل ارتباطی با ADC چیست؟

سوال بعدی این است که در خرید برد داده برداری FPGA ADC چطور با مبدل آنالوگ به دیجیتال AD9650 ارتباط برقرار کنیم. جواب کوتاه این است : ما از قبل این پروتوکل را برای راه اندازی آماده کرده ایم. اما جواب اصلی، پروتوکل ارتباطی SPI است.

معمولا مبدل ها با استفاده از همین پروتوکل SPI، داده ها را به پردازنده ارسال میکنند. اما در برخی موارد پروتوکل JESD نیز مشاهده میشود. پروتوکل JESD نسبت به SPI سرعت بالاتری دارد و معمولا در فرکانس های بالا از این پروتوکل استفاده میشود.

  • دامنه ولتاژ و توان مصرفی در برد داده برداری FPGA ADC.

دامنه ولتاژ و توان مصرفی مخصوصا زمانی که حجم پردازش زیاد میشود ممکن است بسیار مورد اهمیت قرار گیرد. فرض کنید آیسی تغذیه سوئیچینگ ورودی شما نهایتا برای 5 آمپر طراحی شده است. حالا پردازنده FPGA که خود در پردازش های حجیم، توان بالایی را مصرف میکند، توان مصرفی دیگر قطعات را محدود میکند.

در مبدل آنالوگ به دیجیتال AD9650، ولتاژ دیجیتال برای تغذیه 1.8 ولت است و بالاترین توان مصرفی نیز 650 میلی وات است. این توان زمانی است که هر دو کانال با بالاترین سرعت یعنی 105 مگاسمپل داده برداری کنند.

  • دمای کاری

این مورد زمانی مهم است که بخواهید از برد در شرایط غیر عادی استفاده کنید. در خرید برد داده برداری FPGA ADC دمای کاری از -40 درجه تا 85 درجه سانتی گراد است. علاوه بر آن باید توجه کنید که افزایش یا کاهش دمای محیط برد مشخصات فنی مبدل آنالوگ به دیجیتال موثر است.

  • رنج دینامیکی یا SFDR

این مشخصه در خیلی از تجهیزات مورد اهمیت قرار میگیرد. رنج دینامیکی به معنای نسبت بالاترین میزان قابل اندازه گیری به کمترین مقدار اندازه گیری است. مثلا فرض کنید بالاترین میزان اندازه گیری یک خط کش 20 سانتی متر است و کمترین میزان اندازه گیری آن یک میلی متر است که رنج دینامیکی آن میشود 200.

  • ورودی آنالوگ دیفرانسیلی

یکی دیگر از ویژگی هایی که باید در خرید برد داده برداری FPGA ADC به آن دقت شود کاهش نویز است. از آنجا که AD9650 دارای ورودی دیفرانسیلی آنالوگ است، کاهش نویز (در مسیر انتقال سیگنال آنالوگ) به خوبی اتفاق می افتد. ورودی دیفرانسیلی با در نظر گرفتن نویزی که روی هر دو مسیر می افتد میتواند آن را از بین ببرد.

  • ENOB، بیتهای موثر در خرید برد داده برداری FPGA ADC

ENOB در ADC که در واقع مخفف Effective Number Of Bits است به معنای تعداد بیت موثر آن مبدل آنالوگ به دیجیتال خواهد بود. در شرایط مختلف محیطی، برای تبدیل آنالوگ به دیجیتال قطعا سیگنال با نویز همراه خواهد بود.

فرضا ممکن است یک مبدل که دقت اندازه گیری آن 8 بیت است، ENOB آن 7.5 تعریف شود. این به این معنا است که به صورت متوسط 7.5 بیت سیگنال و نیم بیت نویز خواهیم داشت. طبیعی است در اینجا هرچقدر این عدد به 8 نزدیکتر شود بهتر خواهد بود.

ENOB در برد داده برداری محصول شرکت آریادنا صنعت در دمای 25 درجه 13.5بیت است که نسبتا مشخصه خوبی است. دقت داشته باشید که فرکانس داده برداری در تعداد بیت موثر، موثر است. افزایش فرکانس تعداد بیت موثر را کاهش خواهد داد. در اینجا کمترین ENOB 12.3بیت خواهد بود.

  • پورت های برد داده برداری FPGA ADC

نکته دیگری که باید در انتخاب تمامی بردها مدنظر قرار دهید ارتباط با برد است. مثلا فرض کنید قرار است داده های مورد نظر را علاوه بر پردازش در پردازنده به کامپیوتر هم منتقل کنید. در چنین مواردی مثلا بهترین ارتباط میتواند شبکه Ethernet یا USB باشد. یا فرض کنید قرار است داده ها را روی یک نمایشگر LCD نمایش دهید، پس وجود یک پورت HDMI میتواند خیلی مفید باشد.

سرعت این ارتباط ها نیز در برخی موارد خیلی مهم است مثلا ارتباط USB میتواند نسل USB2 یا USB3 باشد. اما این دو نسل تفاوت زیادی در سرعت ارتباط دارند. سرعت نسل 2، 480 مگابیت برثانیه و نسل 3، 5گیگابیت بر ثانیه است که خیلی تفاوت زیادی دارند. در این مورد میتوانید به بررسی بیشتر سرعت نسل های USB مراجعه کنید.

  • مشاوره جهت انتخاب برد داده برداری FPGA ADC

میتوانید با ارتباط گرفتن با همکاران ما در شرکت آریادنا صنعت از طریق واتساپ، تلگرام، ایمیل و یا تماس جهت انتخاب بهتر مشورت بگیرید. همه موارد ارتباطی در همین صفحه وجود دارد.