精確測(cè)量我們的模擬世界

您可能聽說過“這是一個(gè)數(shù)字世界”的說法。問題是這個(gè)世界真的充滿了熱、光、聲音、電壓、運(yùn)動(dòng)和成千上萬其他自然發(fā)生的信號(hào)，這些信號(hào)都是模擬的。如圖所示，模擬信號(hào)是連續(xù)的信息流。數(shù)字信號(hào)是開或關(guān)，1或0的信號(hào)流，這就是為什么它也被稱為二進(jìn)制代碼。

在計(jì)算機(jī)發(fā)展的早期，最大的爭(zhēng)論之一是是使用模擬（因?yàn)槭澜缫呀?jīng)是模擬的）還是數(shù)字工作。模擬計(jì)算機(jī)雖然今天仍在某些應(yīng)用中使用，但沒有數(shù)字計(jì)算機(jī)的速度和準(zhǔn)確性。隨著半導(dǎo)體的出現(xiàn)，數(shù)字計(jì)算機(jī)變得更快，更小，使用的功率更少，產(chǎn)生的熱量比它們的電子管祖先少得多。

好的，今天我們有非常快的數(shù)字計(jì)算機(jī)，但我們?nèi)匀挥幸粋€(gè)充滿模擬信號(hào)的世界，我們需要測(cè)量和分析。這就是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)入圖片的地方。事實(shí)證明，有不同的方法可以實(shí)現(xiàn)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字流的目標(biāo)。如果您需要更快地捕獲數(shù)據(jù)，有些方法會(huì)更好（一個(gè)很好的例子是蜂窩電話系統(tǒng)），其他方法適用于需要非常精確的情況（例如在機(jī)器人輔助手術(shù)中）;這兩個(gè)挑戰(zhàn)都不容易克服。然而，最棘手的挑戰(zhàn)之一是混疊。

為了最好地解釋混疊，我將帶您回到當(dāng)?shù)乜茖W(xué)博物館我最喜歡的互動(dòng)展覽之一，該展覽使用麻省理工學(xué)院的哈羅德·埃哲頓（Harold Edgerton）開創(chuàng)的方法，在緩慢的瀑布水流上照射頻閃光。最酷的部分是能夠控制頻閃燈的速度。如果你把速度調(diào)整得恰到好處，看起來就像水滴懸在半空中，一點(diǎn)也不動(dòng)。然而，水從未停止移動(dòng)，它以同樣的速度下降。這就是混疊。

這個(gè)簡(jiǎn)單的例子背后有很多數(shù)學(xué)，但別擔(dān)心，我們不會(huì)經(jīng)歷它。關(guān)于混疊，需要了解的重要一點(diǎn)是它如何導(dǎo)致轉(zhuǎn)換器無法區(qū)分以不同速度移動(dòng)的兩個(gè)模擬信號(hào)。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，并且依賴該數(shù)據(jù)的系統(tǒng)（可能是醫(yī)療保健設(shè)備或制造設(shè)備）會(huì)受到不利影響。消除混疊的最佳方法是在測(cè)量電路中添加特殊的濾波器。事實(shí)證明，所需強(qiáng)度的過濾器不容易制造。它們也往往占用電路板上的大量空間，并且會(huì)消耗大量功率.具有諷刺意味的是，這些濾波器也會(huì)將噪聲引入系統(tǒng)（這違背了首先擁有它們的目的）。

為了解決混疊挑戰(zhàn)，ADI公司開發(fā)了高分辨率（7134位）模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD24，具有極其穩(wěn)定、幾乎完全無噪聲的內(nèi)置濾波器，使該轉(zhuǎn)換器無混疊！這不僅確保了客戶最終產(chǎn)品的準(zhǔn)確性，而且為他們節(jié)省了設(shè)計(jì)和測(cè)試自己的過濾器所需的時(shí)間。AD7134上的內(nèi)置濾波器還將解決方案尺寸減小了70%。

高分辨率ADC與傳統(tǒng)分立濾波器與節(jié)省空間和時(shí)間的AD7134的比較

審核編輯：郭婷