АЦП для массивов датчиков

Большинство АЦП, которые я вижу, рассчитаны на одно напряжение датчика.

Хм, ну, это зависит от того, куда вы смотрите и на что вы смотрите. Так что я бы сказал, что презумпция в целом неверна.

Существуют ли многоканальные АЦП, которые принимают 100 или 1000 аналоговых входов и имеют преимущество перед мультиплексированием? Если да, то в чем это преимущество?

Конечно, есть системы , которые имеют множество когерентных каналов АЦП — не обязательно внутри одного кремниевого чипа, а распределены по нескольким синхронизированным ИС АЦП.

Очень просто, потому что ваше предположение «Мой единственный канал намного уже, чем то, что могут сделать технически возможные АЦП» не работает для других каналов.

Предположим, вы выполняете цифровое формирование луча со 128 каналами по 40 МГц каждый — типичное исследование 5G. Где теперь ваш единственный АЦП, который может покрыть эту полосу пропускания за счет мультиплексирования?

Тот факт, что существуют АЦП с гораздо более широкой полосой пропускания, чем ваш сигнал, связан не с тем, что кто-то хотел обрабатывать сотни ваших сигналов одновременно, а с тем, что им нужно было захватывать более широкий сигнал. Для этого более широкого сигнала в то время, когда был разработан АЦП, который мог бы перекрыть его, изначально не существовало АЦП, который мог бы обрабатывать их кратно. Итак, ваш вопрос кажется слишком сосредоточенным на вашей собственной проблеме, игнорируя другие существующие сигналы.

Так, например, если вы хотите семплировать на частоте 10 кГц, что достаточно для подводных ситуаций, и у вас есть массив из 100 элементов, вам просто нужно, чтобы АЦП мог семплировать на частоте 10 кГц * 100 = 1 МГц. что АЦП может сделать без проблем.

Ну и добавьте тот факт, что переключение тоже требует времени, так что у вас будут дополнительные искажения сигнала.

Обратите внимание, что если ваша частота переключения$f_M$, ваш сигнал обязательно должен содержать компонент на этой частоте, в три раза больше, в пять, семь, девять раз..., потому что вы фактически принимаете $N$ сигналов$s_n$, и умножая каждый на периодический прямоугольный сигнал$r(t)$из$\frac1{f_M}$ширина, сдвинутая на их индивидуальное положение в мультиплексной последовательности. Итак, вы получаете суммарный сигнал, поступающий на АЦП:

который в частотной области становится

($*$является оператором свертки)

$R(f) = \mathcal F\left\{r(t)\right\}(f)$известна – это гребенка дираков с убывающей амплитудой, при каждом нечетном кратном$f_M$, а свертка с гребенкой дираков приводит к спектральным повторениям.

К счастью, мы определили ширину полосы входных сигналов$b_{in}\ll f_M$, так что эти повторения не накладываются друг на друга, но это означает, что ваша система должна выглядеть как

входные сигналы -> фильтровать$b_{in}$--> мультиплексировать по скорости$f_M$-> фильтр$\ge f_M + b_{in}$-> АЦП

Таким образом, на вопрос о том, насколько быстрым должен быть ваш АЦП, отвечает то, насколько крутым будет отсечка вашего фильтра после минимума, который он должен пройти; обычно проще просто сделать АЦП немного быстрее и не использовать слишком сложный аналоговый фильтр. Первое повторение происходит в$3f_M$, и поэтому у вас фактически есть почти$2f_M$максимальной полосы перехода (из-за несовершенства переключения вы хотели бы оставаться значительно ниже этого значения).