Вход |  Регистрация
 
 
Время электроники Четверг, 14 ноября
 
 


Это интересно!

Ранее

Эффективная разрядность как критерий выбора АЦП

При выборе АЦП нельзя руководствоваться только эффективной разрядностью. В некоторых случаях этот параметр не отражает качества работы преобразователя. В статье рассмотрены некоторые тонкости, касающиеся расчета и трактовки данного параметра.

В чем разница между точностью и разрядностью АЦП?

Очень часто разрядность АЦП отождествляют с его точностью. Это не всегда верно. В статье объясняется, в чем состоит разница между этими параметрами.

Снижение стоимости мониторинга электросетей с помощью высокопроизводительных АЦП с одновременной выборкой

Стремление повысить мощность и снизить расход энергии стимулируют рост инвестиций в развитие единой инфраструктуры электросетей. В результате системы мониторинга электросетей становятся критическими элементами в новых интеллектуальных энергетических системах как в однофазных, так и в многофазных приложениях. Чтобы удовлетворить жесткие требования к таким системам мониторинга, разработчики систем релейной защиты или многоканальных систем SCADA используют высокопроизводительные многоканальные АЦП с одновременной выборкой.

Реклама

По вопросам размещения рекламы обращайтесь в отдел рекламы

Реклама наших партнеров

 

1 июля

Как установить синфазное напряжение при сопряжении усилителя с АЦП

В статье рассмотрены методы сопряжения усилителя и АЦП, позволяющие установить синфазное напряжение на входе преобразователя так, чтобы обеспечить максимальный динамический диапазон и точность преобразования. Статья представляет собой перевод [1].



П

о мере совершенствования технологических процессов и уменьшения минимальных топологических норм микросхем требования к точности задания напряжения питания и постоянных смещений в схеме растут. Большинство устройств использует однополярный источник для питания компонентов, но, как правило, поступающие на вход сигналы являются двухполярными. Чтобы установить уровень нуля или середину кода для усилителя и АЦП, необходимо задать синфазное напряжение при сопряжении этих двух компонентов. Если этого не сделать, то схема не будет работать.
Иногда возникают трудности при создании общей земли между усилителем и АЦП. Часто этой проблеме не уделяют должного внимания во многом потому, что техническая документация как на усилитель, так и АЦП весьма запутана. Оба устройства имеют определенные ограничения по входному/выходному диапазону и напряжению питания. Поэтому рекомендуется как можно внимательнее читать документацию.
Какие проблемы могут возникнуть после того, как был выбран усилитель и высокоскоростной АЦП? Вы провели полный анализ помех в схеме и установили, что все характеристики отвечают требованиям к данному приложению. Но учли ли вы напряжение синфазного сигнала при сопряжении этих двух устройств? Вот и попались!
Службы технической поддержки часто получают вопросы от заказчиков относительно синфазного напряжения. Если в разрабатываемой схеме осуществляется связь по переменному току и не требуется постоянная составляющая сигнала, дальше можно не читать. Для приложений со связью по переменному току следует использовать разделительный конденсатор между усилителем и АЦП, чтобы исключить рассогласование синфазного напряжения. Это позволит оптимизировать синфазное смещение выходов усилителя и входов преобразователя.
Если в разрабатываемом приложении осуществляется связь по постоянному току, то следует сохранить постоянную составляющую сигнала. Синфазное напряжение в этом случае играет весьма важную роль, т.к. оно, по сути, обеспечивает точное соответствие между входным сигналом и его цифровым представлением.
Синфазное напряжение — это, попросту говоря, центральная точка, относительно которой изменяются сигналы (см. рис. 1). В усилителе синфазное напряжение устанавливается на выходах, как правило, с помощью специального вывода VOCM или аналогичного ему. Будьте внимательны, поскольку эти выводы также имеют определенные ограничения по току и напряжению.

 

Рис. 1. Синфазное напряжение — это центральная точка, относительно которой изменяются дифференциальные сигналы


Рекомендуется тщательно изучить техническую документацию на усилитель или выбрать надежную точку для задания смещения, которая не перегружает другой узел или опорное напряжение в схеме. Не следует использовать для этого вывод опорного напряжения преобразователя (VREF), на котором обычно задается напряжение, равное половине полной шкалы преобразователя, т.к. на этом выводе нельзя обеспечить смещение нужного уровня с требуемой точностью.
Было бы также разумным познакомиться с описанием выводов в технической документации на преобразователь. Обычно для усилителя надлежащее синфазное смещение обеспечивается с помощью резистивного делителя напряжения с 1-% допусками на сопротивление или с помощью буферного драйвера.
Со стороны преобразователя необходимо создать синфазное смещение на аналоговых входах, чтобы это опорное напряжение было выше нулевого. Но, прежде всего, следует уточнить, будет ли использоваться преобразователь с буфером или без буфера. Если использовать преобразователь без буфера (т.н. преобразователь с переключаемыми конденсаторами), то следует обеспечить внешнее синфазное смещение на аналоговых входах.
Как правило, преобразователи с буфером имеют аналоговые входы с автоматическим смещением. Этот уровень обычно составляет половину напряжения питания плюс падение напряжения на диоде (AVDD/2 + 0,7 В), в то время как преобразователь без буфера не обеспечивает автоматического смещения и требует синфазного смещения, равного половине аналогового напряжения питания (AVDD/2). Поэтому разработчики должны обеспечить синфазное смещение с помощью внешних цепей, что достигается различными способами.
Некоторые преобразователи имеют вывод VCM или CML, который позволяет задавать смещение с помощью пары резисторов, подсоединенных к аналоговым входам. Разработчики также могут использовать среднюю точку на обмотке трансформатора или подключить резистивный делитель к каждому аналоговому входу, соединяя его с AVDD и землей.
Опять-таки, следует «подальше держаться» от вывода VREF или проверить требования на этот вывод в документации. Большинство выводов такого типа не приспособлено для создания синфазного смещения, если только не используется внешний буфер. Не забывайте, что вывод VREF устанавливает все внутренние опорные напряжения в преобразователе. Он также определяет пределы полной шкалы на входе преобразователя.
Если вывод VREF используется неправильно, т.е. нагружен, входной диапазон полной шкалы может быть смещен. Как следствие, ограничивается полный динамический диапазон системы. Или, что еще хуже, преобразователь выходит из строя. На рисунке 2 показаны примеры схем сопряжения усилителя и АЦП, в которых правильно задано синфазное смещение.

Рис. 2. Примеры схем сопряжения усилителя и АЦП, в которых правильно задано синфазное смещение


Если не обеспечить синфазное смещение, то в преобразователе появятся ошибки усиления и смещения, что ухудшит точность измерений. Выход преобразователя будет, например, иметь вид, показанный на рисунке 3. Выходной спектр будет похож на перегруженный входной сигнал полной шкалы. Это означает, что нулевая точка преобразователя сместится относительно середины шкалы и не оптимальна.
Разработчик может обнаружить, что выход преобразователя слишком рано обрезается или не достигает полной шкалы. В последнее время эта проблема усугубилась в связи с тем, что для питания преобразователей теперь используется напряжение 1,8 В. Это означает, что синфазное смещение для аналоговых входов равно 0,9 В (AVDD/2). Не все усилители с однополярным питанием могут поддерживать такое низкое синфазное напряжение, при этом обеспечивая достаточно хорошие характеристики.

Рис. 3. Если не обеспечить синфазное смещение, то выходной спектр будет похож на перегруженный входной сигнал полной шкалы, т.е. нулевая точка преобразователя сместится относительно середины шкалы


Однако многие новые усилители приспособлены для работы с таким низким напряжением и доступны на рынке. Поэтому следует оценить, какой усилитель использовать в новом проекте. Не все старые усилители будут работать при таком питании, поскольку запас по напряжению в них весьма мал и внутренние транзисторы могут не работать.
Если в усилителе используется двуполярное питание, то запас по напряжению должен быть достаточным для большинства случаев. Оборотной стороной этого является необходимость использовать дополнительный источник питания, что означает большее количество компонентов, более высокую стоимость и потребляемую мощность. Простые инверторные схемы могут не помочь в этом случае, но разработчикам так или иначе придется искать компромиссное решение.


Заключение

Синфазное смещение играет важную роль, когда преобразователь сопрягают с предшествующим каскадом схемы, например, усилителем. Необходимо тщательно проверять в технической документации соответствие усилителя и преобразователя по входному диапазону и требованиям по синфазному напряжению.

Литература

1. Rob Reeder. Achieve CM Convergence Between Amps And ADCs//electronicdesign.com.

 



Вы можете скачать эту статью в формате pdf здесь.
Оцените материал:

Автор: Роб Ридер (Rob Reeder), инженер по применению, Analog Devices



Комментарии

0 / 0
0 / 0

Прокомментировать





 

Горячие темы

 
 




Rambler's Top100
Руководителям  |  Разработчикам  |  Производителям  |  Снабженцам
© 2007 - 2019 Издательский дом Электроника
Использование любых бесплатных материалов разрешено, при условии наличия ссылки на сайт «Время электроники».
Создание сайтаFractalla Design | Сделано на CMS DJEM ®
Контакты