¿Cuál es la diferencia entre los ADC de propósito general, los ADC de audio y los ADC de video?

Primero, creo que usas la palabra "meramente" muy a la ligera. Los ADC son algunos de los sistemas de señales mixtas más complejos y desafiantes en uso. Para cumplir diferentes objetivos de rendimiento, los ADC prácticos utilizan muchas arquitecturas diferentes (las más importantes en este momento son sigma-delta, SAR y Pipelined).

El diseño de ADC se caracteriza por concesiones muy dolorosas entre la velocidad, la precisión, el ruido y la disipación de potencia. Por ejemplo, aumentar el SNDR de un ADC limitado por ruido térmico en un bit aumenta la potencia aproximadamente 4X (porque el ruido es proporcional a sqrt (C)).

Para el primer pedido (y esto es MUY rudo, recuerde) puede pensar que el producto de precisión de velocidad de un ADC es constante. Por lo tanto, para que un ADC sea muy preciso, debe ser lento y, a la inversa, los ADC más rápidos (ahora a 40 GS / sy más) tienen resoluciones muy bajas (4 a 6 bits o menos). Esto se debe a una combinación de factores como el sobremuestreo (tomar múltiples muestras y promediar) que reduce la velocidad y las capacidades de los circuitos de muestreo y retención para adquirir señales con la precisión necesaria (por ejemplo, un muestreo de 10 bits y -hay que muestrear la señal de entrada con una precisión de aproximadamente el 0,1%. Una muestra y retención de 16 bits debe muestrear la entrada con una precisión de aproximadamente el 0,001% (!). La precisión, es decir, la configuración de la señal, requiere tiempo.

Por lo tanto, un ADC de audio suele ser de 16 a 24 bits y tiene una frecuencia de muestreo efectiva de 44 kHz a 96 kHz o más. (Tenga en cuenta que el ADC muestra mucho MUCHO más rápido que esto debido a la modulación sigma-delta).

Un ADC de video suele ser de 8-12 bits (a veces 14b) y muestra entre 10 y 40 MHz.

Un ADC en un chip Ethernet Gb sería más como 6 a 8 bits a 125 MHz.

Un ADC en un chip Ethernet de 10 Gb sería más como 6 a 8 bits a 1.25 GHz.

Un ADC para un transceptor DDR4 o un receptor de radar puede ser más como 4 bits a 10 GHz.

Y así sucesivamente. La razón por la que hay tantos ADC es que hay tantos lugares en el espacio de parámetros. ¿Te importa el ruido? Te costará. ¿Te importa el poder? Te costará.

Un ADC de propósito general es un balance de diferentes factores que se usan en una variedad de aplicaciones, pero que no se pueden realizar con una velocidad o precisión extremas.

Se espera que un ADC de propósito general funcione razonablemente bien capturando cualquier tipo de contenido de frecuencia desde DC hasta su límite de ancho de banda; la precisión en la grabación de cualquier contenido de frecuencia particular no debe verse afectada por la presencia de otro contenido de frecuencia.

Se espera que un ADC de audio funcione razonablemente bien para capturar señales de audio en un rango que no se extiende a DC y, por lo general, no es tan alto como muchos dispositivos ADC de propósito general. Si bien la precisión con la que un ADC de propósito general puede capturar contenido en una frecuencia no debe verse afectada por otras frecuencias, eso no es un requisito tan importante para las audios. La relación entre la señal más alta permitida y la cantidad de ruido en la señal detectable más baja debe ser alta, pero a menudo es aceptable que la relación entre la señal más alta y la cantidad de ruido que estaría presente en esa señal sea mucho menor.

Un ADC de video necesitará operar mucho más rápido que muchos dispositivos de audio o de propósito general, pero a menudo no requerirá especificaciones particularmente buenas para la linealidad. Además, mientras que el retraso entre una señal que aparece en la entrada de un ADC de propósito general y su propagación a la salida generalmente no será más de dos tiempos de muestreo, ese tiempo puede ser mayor en un ADC de video. Cuando se usa un ADC en un bucle de control, es importante minimizar el retraso a través del ADC, pero cuando el retraso es aceptable, permite simplificar el hardware del ADC. Un ADC de 6 bits que debe producir resultados "instantáneos" necesitará 63 comparadores, y uno de 8 bits necesitará 255. Dicho diseño se denomina ADC "flash", y el costo de los ADC flash aumenta exponencialmente con la resolución. Si uno no necesita un ADC para ser rápido, una vez puede usar un ADC de aproximación sucesiva que toma una cierta cantidad de tiempo por bit, pero solo requiere circuitos proporcionales al número de bits.

Un moderno vídeo ADC funcionará como un cruce entre los dos enfoques. Cualquier muestra en particular deberá procesarse en varios pasos a través de diferentes partes del ADC, pero todas las diferentes partes del ADC pueden funcionar simultáneamente. Una vez que la primera etapa de un ADC canalizado entrega una muestra a la segunda etapa, puede comenzar a trabajar en la siguiente muestra inmediatamente; no tiene que esperar a que las etapas restantes terminen su trabajo en la primera muestra. Un ADC de video podría requerir 125 n para procesar una muestra y, sin embargo, poder procesar 64 millones de muestras por segundo. El hecho de que los datos de la primera muestra no estén disponibles hasta después de que hayan llegado ocho más es un pequeño precio a pagar por tener varias etapas simples en lugar de una realmente masiva.

• ADC de propósito general : esta es la ejecución general de los ADC del molino que usaría para su celda de carga, sensor de temperatura, lo que sea. Vienen de un solo extremo y diferenciales, todo tipo de

• ADC de audio : hay dos cosas que pueden hacer que los ADC de audio sean especiales. Primero, usualmente tienen entradas acopladas de CA, lo que significa que en lugar de un rango de 0-5V, tendrán un rango de -2.5-2.5V. La mayoría de estos días serán de 24 bits. La mayoría de las veces, tendrán una interfaz I2S y un DAC integrado para cada ADC.

• ADC de video : considere las señales VGA de la vieja escuela 640x480. Tenía un reloj de píxeles de 25MHz. Los ADC de video tienen que ser increíblemente rápidos.

En términos generales, se trata en gran medida del ancho de banda y la fidelidad de cuantificación.

El audio requiere tasas de conversión de velocidad relativamente bajas (por ejemplo, 44.1 kHz), pero generalmente una resolución de 16 bits o conversiones más altas.

El video tiene tasas de conversión mucho más altas (varios MHz), pero generalmente una resolución mucho más baja, por ejemplo, 8, 10 o 12 bits por canal de color (RGB).

Hay otras aplicaciones donde un ADC de "audio" o "video" también es apropiado.

Y es importante para estos tipos de aplicaciones (y otras) para que los ADC muestren múltiples canales simultáneamente (por ejemplo, audio izquierdo + derecho, o video RG & B), que esencialmente se duplica / triplica la cantidad de ADC necesarios en el sistema / en el chip (que por supuesto es más caro), mientras que los ADC de "propósito general" a menudo NO pueden muestrear múltiples canales simultáneamente, son solo un ADC único con un interruptor de multiplexación en la parte frontal de ellos para seleccionar el canal deseado, así que si desea muestrear los 4 canales, muestree # 1, luego # 2, luego # 3, luego # 4. Si esa diferencia en el tiempo entre el momento en que se toman las muestras no le importa, entonces este tipo de ADC de entrada múltiple está bien.

En cuanto a los amplificadores operacionales involucrados en los circuitos analógicos front-end de los ADC, nuevamente se especifican para una serie de parámetros que son apropiados para el ancho de banda & amplitud de las señales que se están manipulando: GainBandwidth-product, voltaje de offset de entrada, rangos de voltaje, linealidad, etc. El término op-amp "de propósito general" puede ser un poco intermedio, pero básicamente significa que no sobresale en ninguna especificación particular si eso es lo suficientemente bueno para una aplicación en particular, el diseñador lo puede calcular.

editar: Además, muchos ADC tienen entradas diferenciales, que generalmente requieren amplificadores operacionales diferenciales.