ADCs für Sensorarrays

Die meisten ADCs, die ich sehe, sind für eine einzelne Sensorspannung ausgelegt.

Hm, nun, das hängt davon ab, wo man hinschaut und was man anschaut. Ich würde also sagen, dass die Vermutung im Allgemeinen falsch ist.

Gibt es Mehrkanal-ADCs, die 100 oder 1000 analoge Eingänge akzeptieren und einen Vorteil gegenüber Multiplexing haben? Wenn ja, worin besteht dieser Vorteil?

Es gibt sicherlich Systeme , die eine ganze Menge kohärenter ADC-Kanäle haben – nicht unbedingt innerhalb desselben Siliziumchips, sondern verteilt auf mehrere synchronisierte ADC-ICs.

Ganz einfach, weil Ihre Annahme "Mein einzelner Kanal ist viel schmaler als das, was technisch machbare ADCs können" für andere Kanäle zusammenbricht.

Angenommen, Sie betreiben digitales Beamforming mit 128 Kanälen zu je 40 MHz – typische 5G-Forschung. Wo ist Ihr einzelner ADC, der diese Bandbreite jetzt durch Multiplexen abdecken kann?

Die Tatsache, dass es ADCs gibt, die eine weitaus höhere Bandbreite als Ihr Signal haben, liegt nicht daran, dass jemand Hunderte Ihrer Signale auf einmal verarbeiten wollte, sondern daran, dass sie ein breiteres Signal erfassen mussten. Für dieses breitere Signal gab es zum Zeitpunkt der Entwicklung des ADC, der dieses abdecken konnte, von Natur aus keinen ADC, der ein Vielfaches davon ausführen konnte. Ihre Frage scheint sich also ein wenig zu sehr auf Ihr eigenes Problem zu konzentrieren und andere vorhandene Signale zu ignorieren.

Wenn Sie beispielsweise mit 10 kHz abtasten möchten, was für Unterwassersituationen ausreichend ist, und Sie ein Array mit 100 Elementen haben, müsste der ADC nur mit 10 kHz * 100 = 1 MHz abtasten können was ein ADC ohne Probleme kann.

Fügen Sie hinzu, dass eine Umschaltung auch Zeit braucht, sodass Sie auch zusätzliche Signalverzerrungen haben.

Beachten Sie, dass, wenn Ihre Schaltfrequenz ist$f_M$, muss Ihr Signal immer eine Komponente dieser Frequenz enthalten, dreimal so hoch, fünf-, sieben-, neunmal ..., denn was Sie effektiv tun, ist, $N$-Signale zu nehmen$s_n$, und jeweils mit einem periodischen Rechtecksignal multipliziert$r(t)$von$\frac1{f_M}$Breite, verschoben um ihre individuelle Position in der Multiplexsequenz. Was Sie also als Summensignal zum ADC erhalten, ist

was im Frequenzbereich wird

($*$ist der Faltungsoperator)

$R(f) = \mathcal F\left\{r(t)\right\}(f)$ist bekannt – es ist ein Kamm von Diracs mit absteigender Amplitude, bei jedem ungeraden Vielfachen von$f_M$, und Faltung mit einem Kamm aus Diracs führt zu spektralen Wiederholungen.

Glücklicherweise haben wir die Bandbreite der Eingangssignale definiert$b_{in}\ll f_M$, damit diese Wiederholungen nicht ineinander übergehen, aber es bedeutet, dass Ihr System so aussehen muss

Eingangssignale –> filtern nach$b_{in}$–> Multiplex mit Rate$f_M$–> filtern$\ge f_M + b_{in}$-> ADC

Die Frage, wie schnell Ihr ADC sein muss, wird daher damit beantwortet, wie steil Ihr Filter nach dem Minimum, das er passieren muss, abschneidet. Es ist normalerweise einfacher, Ihren ADC einfach etwas schneller zu machen und keinen übermäßig komplexen analogen Filter zu verwenden. Die erste Wiederholung erfolgt um$3f_M$, und so haben Sie effektiv fast$2f_M$des maximalen Übergangsbands (aufgrund von Schaltfehlern sollten Sie deutlich darunter bleiben).