logo elektroda
logo elektroda
X
logo elektroda
Adblock/uBlockOrigin/AdGuard mogą powodować znikanie niektórych postów z powodu nowej reguły.

Projektowanie systemów napięcia odniesienia dla ADC SAR - część 4

ghost666 28 Cze 2013 10:51 4164 0
  • Szum i dryft termiczny

    Gdy już upewnimy się iż zaprojektowany przez nas układ drivera napięcia odniesienia spełnia wymagania które stawia mu przetwornik ADC upewnić się musimy że szum pochodzący z układu napięcia referencyjnego nie będzie miał większego wpływu na pracę konwertera analogowo-cyfrowego. Aby zachować specyfikowane dla układu parametry, takie jak SNR, musimy zagwarantować aby szum napięcia odniesienia nie wprowadzał zakłóceń do ADC, typowo przyjmuje się aby jego wartość była ułamkiem szumu samego przetwornika (zwyczajowo zakłada się 20% i mniej jako wartość idealną). AD7980 w swojej karcie katalogowej, przy pracy z napięciem odniesienia 5 V charakteryzuje się 91 decybelowym odstępem sygnału od szumu. Po konwersji do rms otrzymujemy:

    Projektowanie systemów napięcia odniesienia dla ADC SAR - część 4


    Zatem układ napięcia odniesienia musi mieć mniej niż 10 µV rms szumu, aby mieć minimalny wpływ na SNR całego systemu. Specyfikacje szumowa układów stabilizacji napięcia odniesienia i wzmacniaczy operacyjnych składają się z dwóch części - szumu niskiej częstotliwości (1/f) i szumu szerokopasmowego. Złożenie tych dwóch szumów pozwala na ocenę całkowitego wpływu układu na SNR projektowanego systemu. Na poniższym wykresie pokazano krzywą szumu w funkcji częstotliwości dla układu ADR431, stabilizatora napięcia odniesienia 2,5 V.

    Projektowanie systemów napięcia odniesienia dla ADC SAR - część 4


    Układ ADR435 kompensuje swój wewnętrzny wzmacniacz operacyjny w celu poprawnej pracy z obciążeniem dużą pojemnością i wygładzenia charakterystyki szumowej - czyni go to niezwykle atrakcyjnym do pracy z układami ADC. Kompensacja ta jest opisana szerzej w karcie katalogowej układu. Z pojemnością 10 mikro faradów jako obciążeniem specyfikuje się mu szum 1/f na poziomie 8 µV p-p, a gęstość widmowa szumu szerokopasmowego 115 nV/√Hz. Pasmo szumu wynosi 3 kHz. Aby skonwertować wartość szumu 1/f na rms podzielić należy wartość peak-to-peak na rms podzielić należy go przez 6,6, aby otrzymać:

    Projektowanie systemów napięcia odniesienia dla ADC SAR - część 4


    Następnie, obliczamy wpływ szumu szerokopasmowego na całkowity szum przy takim obciążeniu. Efektywne pasmo obliczmy jako:

    Projektowanie systemów napięcia odniesienia dla ADC SAR - część 4


    Korzystając z tego pasma obliczamy zatem rms szumu szerokopasmowego:

    Projektowanie systemów napięcia odniesienia dla ADC SAR - część 4


    A całkowity szum obliczamy jako średnią kwadratową obu szumów rms:

    Projektowanie systemów napięcia odniesienia dla ADC SAR - część 4


    Zatem szum wyniesie mniej niż 10 µV rms, zatem nie będzie miał on wpływu na SNR systemu. Takie równania mogą zostać wykorzystane do oceny wpływu szumu na pracę układów ADC w ogólności. Jednakże należy pamiętać iż są to tylko obliczenia i gotowy układ należy zweryfikować fizycznymi pomiarami na gotowym prototypie.

    Taka sama analiza może zostać wykorzystana do oceny wpływu buforu na szum napięcia odniesienia. Na przykład AD8031 charakteryzuje się gęstością widmową szumu o wysokości 15 nV/√Hz. Z 10 µF obciążeniem pasmo efektywne wynosi około 16 kHz. Jeśli pominiemy w obliczeniach wpływ szumu 1/f całkowity szum wyniesie 2.4 µV rms. Wartość tą można dodać tak jak powyżej do wartości szumu z napięcia odniesienia aby otrzymać realną wartość. Generalnie bufor powinien mieć znacznie mniejszy szum niż samo źródło napięcia odniesienia.

    Dodatkowo, przy wykorzystaniu bufora, możliwe jest ograniczenie pasma sygnału poprzez dodanie filtra RC. Schemat taki pokazany jest na poniższym rysunku. Pozwala to na ograniczenie pasma, a w konsekwencji zmniejszenie wpływu szumu szerokopasmowego na całkowity poziom szumu w układzie.

    Projektowanie systemów napięcia odniesienia dla ADC SAR - część 4


    Innym istotnym zagadnieniem przy doborze napięcia odniesienia jest jego dokładność i dryft termiczny. Dokładność podawana jest w procentach lub mV i w systemach gdzie dokonywana jest wstępna kalibracja nie jest ona tak istotna jak dryft. Dryft specyfikowany jest w ppm/°C lub µV/°C. Większość dobrych napięć odniesienia musi się charakteryzować dryftem poniżej 10 ppm/°C. Pamiętać należy że zmiana wartości napięcia referencyjnego w funkcji temperatury będzie miała wpływ na całkowity błąd pomiarowy projektowanego systemu.
    Źródła:
    http://www.analog.com/library/analogdialogue/archives/47-06/reference_design.html

    Fajne? Ranking DIY
    O autorze
    ghost666
    Tłumacz Redaktor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    https://twitter.com/Moonstreet_Labs
    ghost666 napisał 11960 postów o ocenie 10197, pomógł 157 razy. Mieszka w mieście Warszawa. Jest z nami od 2003 roku.
REKLAMA