ระบบที่มีความเกี่ยวข้องกับสัญญาณการสื่อสารหรือการรวมกันของสัญญาณสื่อสารอื่นๆ (Mix - Signal System) จะต้องมีการนำเอา ADC (Analog to Digital Converter) มาใช้ในการรวบรวมสัญญาณ ที่มาจากสัญญาณแบบอนาล็อกมาใช้ในการประมวลผลจนได้สัญญาณแบบดิจิตอล ดังนั้นในการออกแบบ ADC ต้องคำนึงความเข้ากันได้ของสัญญาณและความเหมาะสมกับ ADC นั้นๆ นอกจากนี้ ยังมีความท้าทายอื่นๆในการออกแบบในส่วนของ Analog front-end  ที่สัญญาณอนาล็อกอาจจะต้องมีการ Pre-Filter และต้องทำให้สัญญาณนั้นสามารถที่จะผ่าน ADC ไปยังส่วน component อื่นๆ ได้ อีกทั้งถ้าเราต้องการได้สัญญาณที่มีคุณภาพจึงต้องจัดการกับสิ่งรบกวนต่างๆ ให้ได้มากที่สุด (Noise)  เพื่อให้ได้สัญญาณที่มีความต่อเนื่องและเป็นสัญญาณที่เป็นข้อมูลที่มีคุณภาพ

ประเภทของ ADC Converter

ADC มีอยู่หลายประเภทที่ใช้ในการทดสอบและการวัดต่างๆที่แตกต่างกันในแต่ละชนิดของงานหรือระบบ การออกแบบภายในของ ADC นั้นจะคำนึงถึงความสามารถในการได้เอาต์พุต (Output) ในรูปแบบอนุกรม (Series) หรือขนาน (Parallel) และความสามารถในการส่งข้อมูลได้รวดเร็วหรือช้า ซึ่งในบางครั้ง ความช้าเร็วของการส่งข้อมูลมีความสำคัญมากกว่าความละเอียดของสัญญาณ ในขณะเดียวกันการคำนึงถึงการใช้แบนวิดและอัตราการ sample rate อาจจะมีความสำคัญมากๆ ต่อการใช้งานแบบอื่นๆ ดังนั้นเราจึงต้องแบ่งประเภทหลักๆของ ADC ออกได้เป็น 5 ประเภท ดังนี้

1. Sigma-Delta มีอัตราในการ Sample Rate ต่ำ อยู่ที่ประมาณ 1 MHz ความละเอียดอยู่ในระดับสูงมาก (Resolution ได้ถึง 32 บิต)
2. Successive Approximation (SAR) มีอัตราในการ Sample Rate ระดับปานกลางอยู่ที่ประมาณ 100 MHz ความละเอียดระดับปานกลาง 
3. Pipelined มีอัตราในการ Sample Rate เร็ว อยู่ที่ประมาณ 1 GHz ความละเอียดระดับต่ำ 
4. Dual-Slope มีอัตราในการ Sample Rate ต่ำที่สุด ซึ่งน้อยกว่า 1 kHz ความละเอียดระดับสูง 
5. Flash มีอัตราในการ Sample Rate เร็วที่สุดอยู่ที่ 10 GHz ความละเอียด (Resolution ระดับต่ำที่สุด)

ตัวแปร(Parameters) ที่สำคัญในการออกแบบ ADC

Input Impedance เป็นคุณลักษณะเฉพาะของ Impedance ในการออกแบบ ในการใช้งานทั่วไปจะอยู่ที่ 50 โอห์ม แต่ในบางกรณีออกจะเป็นตัวเลขอื่นๆ ค่านี้มีความสำคัญในการทำให้เกิดการ Balance กันกับ Load โดยรวม ในวงจร Amplifier ค่า Impedance จะถูกระบุเป็นค่า Input Impedance และค่า Output ที่ไม่เปลี่ยนแปลงไปตามความถี่

VSWR (Voltage Standing-Wave Ratio) เป็นค่าที่ถูกใช้งานและให้เข้าใจถึง Power ที่จะสะท้อนกลับมายัง Load มากน้อยเพียงใดต่อความถี่นั้นๆ ในการทดสอบทดลองนั้นต้องมีการค้นหาระดับของสัญญาณที่จะสามารถทำให้ ADC ทำงานได้เต็มที่

Bandwidth คือช่วงของความถี่ที่ใช้ในระบบ สามารถเป็นได้ทั้งช่วงความถี่ที่กว้างหรือช่วงความถี่ที่แคบ (Narrow or Wide Bandwidth) โดยทั่วไป ความถี่ลิมิตอยู่ที่ -3 dB 

Pass-Band Flatness หรือ Gain Flatness ค่าที่มี บวกหรือลบ ในการตอบสนองต่อความถีนั้นๆในห้วงแบนวิดที่ใช้งาน ซึ่งอาจจะเป็น แค่ Ripple โดยทั่วไป Pass-Band Flatness จะมีค่าน้อยกว่า หรือเท่ากับ 1 dB เป็นค่าที่สำคัญในการตั้งค่า Gain โดยรวม

Signal to Noise Ratio (SNR) เป็นค่าในเทอมของ Log ในการใช้งานส่วนของ Front End ค่า SNR นั้นจะลดลงพร้อมไปกับแบนวิดที่เพิ่มขึ้น Jitter และGain (ถ้า ค่า Gain สูงมาก Noise ก็ยิ่งสูงตามไปด้วย)

ตัวอย่างในการออกแบบ ADC Transformer Couple Front End

ในที่นี้การออกแบบจะแบ่งเป็น 5 ขั้นตอน เพื่อช่วยในการออกแบบ ADC Fron End มีประสิทธิภาพมากที่สุด สำหรับ Narrow Band โดยใช้ความถี่ High Intermediate  

ในยุคปัจจุบัน ความต้องการของระบบการสื่อสารและอุปกรณ์ต่างๆ ต้องการสัญญาณดิจิตอลที่มาจากการแปลงสัญญาณอนาล็อกได้อย่างรวดเร็ว อย่างไรก็ตามการออกแบบ ADC Transformer ในส่วนของ Front End นั้นไม่ใช่เรื่องง่ายโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อระบบอยู่ในความถี่ High Intermediate (IF) ดังนั้น จึงต้องมีขั้นตอนการออกแบบที่ความเป็นเหตุเป็นผลและมีความเหมาะสม โดยมีขั้นตอนอยู่ 5 ขั้นตอนดังนี้ 

1. ต้องรู้ว่าระบบที่จะใช้และการออกแบบต้องการอะไรหรือเงื่อนไข (Requirement) อะไรบ้าง ยกตัวอย่างเช่น ระบบต้องการ Sampling Rate, SNR เท่าไหร่  Input Signal ที่ความถี่เท่าไหร่ Performance ต้องการกี่บิต เป็นต้น
2. การค้นหา ADC Input Impedance โดยการหา Input Impedance ที่เหมาะสมกับระบบหาได้จาก Spreadsheet ของ ADC Product มาเทียบกับการวัดจริงในความถี่นั้นๆและโหมดต่างๆ
3. การค้นหา ADC Baseline Performance โดยการใช้ Fast Fourier Transform (FFT) เพื่อเก็บรวบรวมข้อมูล SNR แล้วเทียบเคียงกับ Data Sheet Specification
4. การเลือก Transformer อุปกรณ์ passive อื่นๆที่สามารถเข้ากันได้กับ Load โดยเฉพาะอย่างยิ่งค่า Load Impedance  และการคำนวณหา Return Loss (RL) รวมถึงการหาค่าอื่นๆ เช่น Inductor และ Real Impedance เป็นต้น
5. ทำการ Test จากการออกแบบ หา Performance โดยรวมและแต่ละส่วน เพื่อให้สามารถปรับแต่งให้ตรงกับที่ต้องการมากที่สุด

‍

‍