Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Poprawne prowadzenie masy: wyjścia cyfrowe układów ADC

ghost666 08 Sie 2012 20:47 2411 0
  • Zgodnie z prośbą z tego wątku - https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?p=11160928#11160928 - będę tłumaczył sukcesywnie kolejne rozdziały tego ogromnego artykułu, odnośnie prowadzenia masy w układach cyfrowych i analogowych. Ten rozdział dotyczy specjalnym traktowaniu cyfrowych wyjść układów konwerterów analogowo-cyfrowych.

    Zawsze dobrze jest umieścić pomiędzy układem ADC a resztą sekcji cyfrowej jakiś bufor, w celu zaizolowania konwertera od zakłóceń pochodzących z sekcji cyfrowej, tak jak pokazano to na poniższym obrazku.

    Poprawne prowadzenie masy: wyjścia cyfrowe układów ADC


    Taki bufor, chociażby w postaci opornika, oznaczonego tutaj R pozwala także zmniejszyć pobór mocy przez sekcje cyfrową, co w konsekwencji zmniejsza zakłócenia w sekcji analogowej, z którą połączony jest ADC. Oczywiście bufor ten będzie stanowił doskonałe zabezpieczenie sekcji analogowej przed wnikaniem szumu (oznaczonego strzałką na ilustracji). Nawet pomimo faktu iż większość konwerterów ADC posiada trójstanowe wyjścia z wbudowanymi różnego rodzaju buforami i driverami umieszczenia szeregowego opornika w linii danych cyfrowych z konwertera jest dobrą praktyką. W niektórych przypadkach warto nawet zastąpić taki prosty bufor normalnym cyfrowym driverem, znajdującym się na potencjale masy analogowej.

    Szeregowy opornik w linii danych, oprócz izolowania układu ADC pozwala także zminimalizować szybkozmienne prądy w liniach danych, izolując wyjścia ADC od pojemności bramek wejściowych układów w sekcji cyfrowej, formując układy RC. Typowa bramka wykonana w technologii CMOS, wraz otworem montażowym i ścieżką formuje pojemność wynoszącą ok 10 pF. Napięcie narastające z prędkością 1 V/ns produkuje 10 mA prądu zmieniającego się dynamicznie w linii cyfrowej. Opornik 500 Ω wstawiony szeregowo w linię danych spowoduje zmniejszenie tego prądu oraz 'wygładzenie' przebiegu; jednocześnie czasy narastania wyniosą nie więcej niż 11 ns przy sterowaniu opisanej pojemności. Z uwagi na większą pojemność układy TTL powinny być unikane w takich miejscach.

    Bufory znajdujące się za izolującą barierą oraz inne układy cyfrowe powinny być oczywiście umasione na potencjale masy cyfrowej. Pamiętać oczywiście należy iż szum może przenikać także w drugą stroną. Jakikolwiek szum pojawiający się na interfejsie cyfrowym zmniejszy margines akceptowalnych zakłóceń na wejściu sekcji cyfrowej. Nie jest to jednakże poważny problem, gdyż, jak pisałem, układy cyfrowe charakteryzują się marginesem szumu rzędu kilkuset miliwoltów, co oznacza iż są znacznie odporniejsze na zakłócenia i szum pochodzący z sekcji analogowej nie powinien stanowić zagrożenia dla ich poprawnego działania. Masa analogowa nie jest zbyt zaszumionym miejscem, ale należy pamiętać żeby szum w sekcji cyfrowej nie był zbyt duży i nie przekraczał amplitudy kilkuset miliwoltów względem masy analogowej, gdyż znacznie obniży to jakość interfejsu cyfrowo-analogowego. W przypadku zbyt dużego szumu w masie cyfrowej należy zwiększyć impedancję wylewki masy tak aby amplituda szumu spadła. Ekstremalnie ważnym jest to aby różnica potencjałów pomiędzy siecią masy analogowej i cyfrowej nigdy nie przekroczyła 300 mV. Taka sytuacja może doprowadzić do uszkodzenia układów.





    Osobne źródła zasilania dla sekcji analogowej i cyfrowej także są bardzo pożądane. Napięcie zasilające sekcje analogową powinno zasilać także konwerter. Jeśli posiada on osobny pin do zasilania jego sekcji cyfrowej proponuje się zastosować osobną szynę zasilania, zamiast doprowadzać tam napięcie z sekcji cyfrowej. Możliwe jest także zasilanie sekcji cyfrowej układu ADC poprzez filtr złożony z koralika ferrytowego i kondensatora, tak jak pokazuje to poniższa ilustracja.

    Poprawne prowadzenie masy: wyjścia cyfrowe układów ADC


    Wszystkie piny zasilania konwertera muszą zostać odsprzęgnięte kondensatorami do masy cyfrowej, a układy cyfrowe do masy cyfrowej. Jeśli zasilanie cyfrowe nie jest zbyt zaszumione zakłóceniami z sekcji cyfrowej, którą zasila, możliwe jest jego wykorzystanie do zasilania ADC, ale jest to wysoce niewskazane i zaleca się ostrożność.

    W niektórych wypadkach nie można zasilać sekcji cyfrowej układu konwertera tym samym napięciem co sekcje analogową. Wiele szybkich układów zasilane jest napięciem 5 V dla sekcji analogowej i 3,3 V dla sekcji cyfrowej, w celu zachowania kompatybilności poziomów z układami szybkiej logiki. W takim wypadku konieczne jest podłączenie cyfrowego zasilania, jednakże koniecznie przez koralik ferrytowy i odsprzęgając je do masy analogowej, przy samym pinie zasilania sekcji cyfrowej ADC.

    Generator zegara próbkowania należy w tym układzie traktować jak układ analogowy i zasilać z sekcji analogowej. Powinien on być także umasiony na potencjale masy analogowej i do niej dobrze odsprzęgnięty. Szum (szczególnie szum fazowy) zegara próbkującego wpływa bardzo mocno na ogólny stosunek sygnału do szumu całego systemu. Zagadnienia związane z zegarem taktującym układ ADC omówione zostaną w kolejnym rozdziale.
    Źródła:
    http://www.analog.com/library/analogdialogue/archives/46-06/staying_well_grounded.pdf


    Fajne! Ranking DIY