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

Poszukujesz nieliniowości przetwornika ADC? zajrzyj pod dywan!

ghost666 15 Paź 2013 11:57 3537 0
REKLAMA
  • Vinay Agarwal, inżynier firmy Texas Instruments, przeprowadzał ostatnio remont w swoim domu. Remont skupiał się głównie na wymianie dywanów na drewnianą podłogę. Po zerwaniu dywanu ułożonego na schodach okazało się że to co wcześniej wydawało się równymi schodami w rzeczywistości wykazuje bardzo duży rozrzut wielkości poszczególnych schodków. Była to dla niego duża niespodzianka, ponieważ przez wiele lat chodził po tych schodach nie zauważając niczego. Dywan odwalił kawał dobrej roboty przez te lata maskując wszystkie niedoskonałości schodów pod spodem.

    Myśląc jak prawdziwy inżynier, ta sytuacja pozwoliła mu lepiej zastanowić się nad działaniem przetworników analogowo-cyfrowych (ADC). Skupmy się na przetwornikach o sukcesywnej aproksymacji (SAR) o dużej rozdzielczości. Schody, które wyglądały idealnie, przypominają idealną funkcję przejścia przetwornika ADC, obrazującą niezaszumione kroki kwantyzacji o idealnej symetrii. Poniżej znajduje się przykładowa idealna funkcja przejścia przetwornika o rozdzielczości 3 bitów (dla uproszczenia).

    Poszukujesz nieliniowości przetwornika ADC? zajrzyj pod dywan!


    Analizując dalej, jak na prawdziwego inżyniera przystało, swoje schody w domu okazuje się że charakteryzują się one pewną nieliniowością wynikającą z różnej wielkości poszczególnych stopni. Pokazane jest to na poniższym wykresie. W przypadku przetworników ADC ten brak symetrii w funkcji przejścia definiuje się z pomocą dwóch parametrów - różnicowej nieliniowości (DNL) i całkowitej nieliniowości (INL). Te dwa błędy wynikają z odbiegającego od ideału dobrania do siebie kondensatorów lub rezystorów w strukturze przetwornika.

    Poszukujesz nieliniowości przetwornika ADC? zajrzyj pod dywan!


    Co więcej dywan ułożony na schodach w przekroju wygląda jak warstwa szumu przejścia, którą dodaje się (a w zasadzie nakłada) do funkcji przejścia pokazanej poniżej. Szum ten pochodzi z wewnętrznych układów przetwornika analogowo-cyfrowego, włączając w to źródło napięcia odniesienia. Poziom szumów w takiej funkcji przejścia może, bardzo często, zamaskować nieliniowości schodkowej funkcji przejścia przetwornika.

    Poszukujesz nieliniowości przetwornika ADC? zajrzyj pod dywan!


    Tak jak w przypadku nieliniowości schodów, tak w przypadku układów ADC, ta informacja nie jest podana jawnie w karcie katalogowej. Jednakże możemy w niej odnaleźć typową wartość szumu przejścia, albo mocy szumów lub wartość rms tych tak zwanych "szumów przejściowych". Fragment tabelki poniżej pokazuje tą wartość. Tabelka pochodzi z karty katalogowej 18 bitowego przetwornika SAR ADS8881.

    Drugim miejscem gdzie można znaleźć wartość tego szumu jest fragment karty katalogowej poświęcony typowym charakterystykom układów. Pośród nich możemy znaleźć histogram pokazujący rozkład kodów wyjściowych, który dosyć dobrze obrazuje wartość międzyszczytową szumu przejścia. Zazwyczaj wynosi ona kila LSB. Poniżej tabelki pokazano rozkłąd dla ukłądu ADS8881.

    Poszukujesz nieliniowości przetwornika ADC? zajrzyj pod dywan!


    Zatem co z używaniem parametrów DNL i INL do kwantyfikowania nierówności schodków funkcji przejścia? Czasami trudno jest zrozumieć w jaki sposób te parametry mogą lepiej parametryzować nieliniowość funkcji przejścia niż pokazany rozkład.

    Weźmy pokazany powyżej układ ADS8881 za przykład (parametry poniżej). Jak można przyjąć iż maksymalna nieliniowość różnicowa wynosi 1,5 LSB gdy widzimy na rozkładzie błąd aż do +5 LSB? I analogicznie - jak spodziewać możemy się zobaczyć nierówności schodów gdy przykrywa je gruby dywan szumów?

    Poszukujesz nieliniowości przetwornika ADC? zajrzyj pod dywan!


    Odpowiedź jest już podana w pierwszym akapicie - aby zmierzyć nieliniowość w precyzyjny sposób należy usunąć 'dywan'. Zatem, aby precyzyjnie poznać prawdziwe parametry nieliniowości układu (INL i DNL) należy spojrzeć na niego poniżej poziomu szumów usuwając z naszego pomiaru szum przejścia. W przypadku wysokorozdzielczych przetworników ADC najłatwiej jest to zrobić poprzez uśrednianie. Jest to podstawowe narzędzie to usuwania 'dywanu' szumów w celu pomiaru poprawnej wartości parametrów nieliniowości. Wszystko to jest możliwe z uwagi na fakt iż szum przejścia, co widać na histogramie, charakteryzuje się rozkładem normalnym.

    Proces uśredniania możemy przeprowadzić podłączając do układu bardzo stabilne źródło odniesienia oraz stabilny i precyzyjny przetwornik cyfrowo-analogowy. Wtedy możliwe jest wielokrotne próbkowanie i konwersja stabilnego napięcia wejściowego i uśrednianie otrzymanych wyników.

    Zatem jeśli kiedykolwiek utkniesz w połowie analizowania karty katalogowej przetwornika ADC poświęć moment na obudzenie w sobie swojego wewnętrznego nerda, który nawet w dywanie na schodach zobaczy dobrą analogię do układów elektronicznych. Zrozumienie tego znacznie uprości zrozumienie parametrów związanych z nieliniowością tego typu układów.
    Źródła:
    http://e2e.ti.com/blogs_/b/precisiondesignshu...-adc-non-linearity-look-under-the-carpet.aspx

    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
REKLAMA