Chip tín hiệu hỗn hợp kết nối hai thế giới ra sao?

• Phần mạch tương tự
• Bộ chuyển đổi nối hai phần
• Phần mạch số

Bạn sẽ học được gì

• Nói được chip tín hiệu hỗn hợp chứa những phần nào.
• Theo dõi đường đi của một tín hiệu qua ADC và DAC.
• Hiểu vì sao hai kiểu mạch ở chung một khối silicon lại khó thiết kế.

Cần biết trước

Nên đọc trước bài về chip tương tự và chip số. Nếu chưa đọc, chỉ cần biết tín hiệu tương tự thay đổi liên tục còn tín hiệu số là mã rời rạc.

Chip tín hiệu hỗn hợp gồm những gì?

Theo trang của IEEE, vi mạch tín hiệu hỗn hợp là linh kiện bán dẫn chứa cả mạch tương tự lẫn mạch số trên một khối silicon duy nhất. Nhờ đó chip có thể thu nhận, chuyển đổi, xử lý và xuất tín hiệu trải trên cả miền tương tự liên tục lẫn miền số rời rạc.

IEEE nêu hai ví dụ trong nhóm này: chip chuyển đổi dữ liệu, dịch điện áp tương tự sang mã số và ngược lại, và các thiết kế hệ thống trên chip, tích hợp bộ xử lý cùng giao diện vô tuyến và cảm biến.

• Chip chuyển đổi dữ liệu
• Hệ thống trên chip

Vì sao phải đặt hai loại mạch chung một chip?

Vì thế giới thật là tương tự còn tính toán là số. IEEE cho biết nhiệt độ, áp suất, ánh sáng hay âm thanh vốn là đại lượng tương tự, trong khi tính toán và truyền thông vốn là số. Mọi hệ thống phải đo một đại lượng thật rồi tính toán trên nó đều cần cả hai phần.

Trang IEEE về mạch tương tự–số mô tả loại mạch này đặt giao diện giữa thế giới vật lý liên tục và phần xử lý số rời rạc trên một chip hoặc trong một gói. Đặt gần nhau, đường đi của tín hiệu ngắn và gọn.

Tín hiệu đi qua chip như thế nào?

Đường đi gồm ba chặng, và bộ chuyển đổi nằm ở hai đầu. Theo IEEE, chuyển đổi dữ liệu là chức năng trung tâm của phần lớn mạch tín hiệu hỗn hợp. ADC lấy mẫu một tín hiệu liên tục ở những khoảng đều nhau và lượng tử hóa mỗi mẫu thành một mã nhị phân. Phần số xử lý các mã đó. Rồi DAC dựng lại một dạng sóng tương tự từ chuỗi mã số.

Tài liệu điện tử của Analog Devices cũng mô tả vòng lặp này: trong nhiều trường hợp, dữ liệu số hóa được xử lý rồi chuyển ngược lại thành tín hiệu tương tự để điều khiển các bộ chuyển đổi bên ngoài.

• Tín hiệu tương tự vào
• Bộ chuyển đổi ADC
• Phần số xử lý
• Bộ chuyển đổi DAC
• Tín hiệu tương tự ra

Vì sao khó thiết kế hai loại mạch trên cùng một khối silicon?

Vì hai miền đòi hỏi những thứ trái nhau. IEEE viết rằng hai miền đặt ra những đòi hỏi mâu thuẫn lên quy trình chế tạo, bố trí mạch, nguồn cấp và nền chip. Kỹ sư phải áp dụng cùng lúc kỹ thuật của cả hai ngành.

Ví dụ trong đời sống

Hãy nghĩ tới một nhiệt kế điện tử giả định. Cảm biến cho ra một điện áp tương tự; ADC đổi điện áp đó thành mã số; phần số tính và hiển thị kết quả. Nếu cả ba phần nằm trong một chip thì đó là một chip tín hiệu hỗn hợp. Đây là mô hình minh họa, không phải mô tả một sản phẩm cụ thể.

Hiểu lầm thường gặp

Chip tín hiệu hỗn hợp là hai chip dán lại. Theo IEEE, cả hai loại mạch nằm trên một khối silicon duy nhất.

Chỉ có ADC mới là mạch tín hiệu hỗn hợp. ADC là ví dụ điển hình, nhưng IEEE cũng đưa cả hệ thống trên chip có bộ xử lý và giao diện cảm biến vào nhóm này.

Cứ gộp chung là dễ. Hai miền đặt ra những đòi hỏi mâu thuẫn lên chế tạo và bố trí, nên việc thiết kế khó hơn.

Câu hỏi thường gặp

Chip tín hiệu hỗn hợp là gì?

Là chip chứa cả mạch tương tự lẫn mạch số trên một khối silicon duy nhất.

ADC và DAC làm gì trong chip này?

ADC đổi tín hiệu tương tự thành mã nhị phân; DAC dựng lại tín hiệu tương tự từ chuỗi mã số.

Hệ thống trên chip có phải chip tín hiệu hỗn hợp không?

Một số thì có. IEEE kể các thiết kế hệ thống trên chip có bộ xử lý cùng giao diện vô tuyến và cảm biến trong nhóm tín hiệu hỗn hợp.

Tóm tắt

• Chip tín hiệu hỗn hợp có mạch tương tự và mạch số trên một khối silicon.
• ADC đưa tín hiệu thật vào phần số, DAC đưa kết quả ra lại thế giới thật.
• Hai miền đòi hỏi trái nhau về chế tạo và bố trí, nên thiết kế khó.