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

Sterowanie ADC - dedykowany driver czy symetryzator?

ghost666 23 Gru 2014 18:40 1593 0
  • Symetryzatory toru (tak zwany balun, ang. balanced - unbalanced) jest często wykorzystywany w torze pomiarowym do konwersji niesymetrycznego sygnału do sygnału w pełni różnicowego, teoretycznie bez dodawania żadnego szumu ani nadmiernych zniekształceń. Popularnym zastosowaniem tego typu układów jest sterowanie szybkich przetworników analogowo-cyfrowych (ADC) wyposażonych w wejście różnicowe.

    Jednakże można rozważyć wykorzystanie wzmacniacza różnicowego aby zastąpić balun w torze sygnału RF. Jeśli nigdy nie rozważaliście takiej możliwości, warto właśnie teraz to zrobić, korzystając z poniższego artykułu. Jakkolwiek rozwiązanie to nie dla każdej aplikacji ma send to w pełni różnicowy tor analogowy ma pewne zalety, względem balunów.

    Poniżej znajduje się szereg pytań, pozwalający na zdeterminowanie czy w naszej aplikacji lepiej sprawdzi się symetryzator sygnału czy w pełni symetryczny tor analogowy.

    Czy Twoja aplikacja wymaga sprzężenia stałoprądowego?

    Symetryzatory sygnału sprzężone są tylko zmiennoprądowo (AC), jeśli Twoja aplikacja wymaga sprzężenia DC, lepiej jest zastosować w pełni symetryczny tor, gdyż taki wspiera także sprzężenia DC.

    Czy Twoja aplikacja jest ograniczona wymiarami elementów na PCB?

    Wzmacniacze różnicowe są układami scalonymi. Rezultatem tego jest fakt, iż zastosowanie tych elementów wiąże się z znacznie mniejszą objętością zajmowaną przez aplikację - pole powierzchni na PCB jest mniejsze, ale także wysokość elementów jest mniejsza. Z punktu widzenia objętości rozwiązania symetryczny tor zawsze będzie lepszym rozwiązaniem.

    Czy Twój tor sygnałowy wymaga wzmocnienia mocy w analizowanym torze sygnału?

    Balun nie jest w stanie zapewnić wzmocnienia mocy, a w przypadku wzmocnienia napięcia są one uzależnione od impedancji systemu w przypadku aplikacji wzmacniającej napięcie (do tego celu wykorzystuje się odpowiedni stosunek ilości uzwojenia po stronie wtórnej i pierwotnej). Z uwagi na to trudno jest wykorzystać filtry o takiej impedancji jaka jest potrzebna, przy jednoczesnym zachowaniu wybranego stosunku zwojów symetryzatora. Co więcej symetryzatory często wykazują pewne straty, a z kolei tor symetryczny zapewnia elastyczność impedancji i wzmocnienia sygnału.

    Czy wykorzystywany przetwornik ADC lub filtr potrzebuje bufora

    Symetryzatory nie są w stanie pełnić roli bufora źródła sygnału. Jest to szczególnie istotne w momentach gdy układ próbkujący przetwornika ADC generuje impulsy prądu, które trafiają poprzez balun do źródła sygnału albo też wybrany filtr zapewnia nadmierne obciążenie źródła. Z kolei w pełni symetryczne wzmacniacze zapewniają poziom elastyczności aplikacji, umożliwiający konfigurację odpowiedniego wzmocnienia przy sterowaniu zadanej impedancji i jednocześnie buforując źródło sygnału.

    Czy istotna jest prędkość narastania sygnału?





    Symetryzatory nie ograniczają prędkości narastania sygnału, tak jak klasyczne wzmacniacze symetryczne, jednakże możliwe jest dobranie dostatecznie szybkiego wzmacniacza, tak, iż efekt ten nie będzie odczuwalny w układzie. Na przykład wzmacniacz symetryczny LMH5401 charakteryzuje się prędkością narastania sygnału na wyjściu nie mniejszą niż 17500 V/µs przy czasie narastania sygnału równym 80 ps.

    Czy uważasz, że balun lepiej sprawdzi się w Twoim układzie, ponieważ jest elementem pasywnym?

    Balun jest elementem pasywnym i nie zużywa mocy w układzie, jednakże bardzo często potrzebny jest dodatkowy wzmacniacz kompensujący straty na odbiorniku sygnału, filtrze czy samym symetryzatorze, znajdującymi się przed ADC. Zastosowanie symetrycznego wzmacniacza zastąpi balun i powoli skompensować powyższe straty.

    Czy wykorzystanie aktywnego wzmacniacza nie zwiększy poziomu szumów?

    Wykorzystanie aktywnego wzmacniacza symetrycznego doda szum do sygnału, jeśli porówna się to z balunem, jednakże wzmacniacz w torze sygnału i tak będzie gdzieś poprzedni, a poza tym i tak w większości przypadków wzmacniacz RF w torze determinuje poziom szumu całego toru.

    Czy wykorzystanie wzmacniacza symetrycznego nie pogorszy poziomu zniekształceń w sygnale?

    Wielu projektantów systemów radiowych uważa że wykorzystanie symetryzatorów pasywnych zapewnia mniejszy poziom zniekształceń w sygnale. Jakkolwiek jest to prawda, to tylko dla dużych częstotliwości, znacznie powyżej 1 GHz. Przy mniejszych częstotliwościach, w zakresie DC - 1 GHz aktywne wzmacniacze symetryczne zapewniają porównywalny albo niższy poziom zniekształceń sygnału.

    Na przykład układ LMH5401 firmy Texas Instruments zapewnia błąd zbalansowania wyjść poniżej 60 dB przy 100 MHz i 50 dBc przy GHz. Równa się o zniekształceniom harmonicznym na poziomie ok. 100 dBc przy 100 MHz o ok. 60 dBc przy 1 GHz. Detale można zobaczyć na poniższym wykresie.

    Sterowanie ADC - dedykowany driver czy symetryzator?
    Rysunek 1. Błąd zrównoważenia wyjść LMH5401 konwertującego sygnał niesymetryczny do symetrycznego.


    Ogólnie mówiąc układy takie jak LMH3401 i LMH5401 zapewniają zniekształcenia na tyle niskie iż są w stanie sterować 16 bitowym ADC do 300 MHz, 14 bitowym ADC do 500 MHz, 12 bitowym ADC do 1 GHz, a przy 8 i 10 bitowych ADC nawet do 2 GHz.

    Podsumowując symetryczne wzmacniacze aktywne mogą integrować kilka funkcji w jednym układzie, co pozwala na poprawienie własności toru, analogowego, zwiększenie wzmocnienia przy niskim zużyciu mocy, wyższym pasmie, doskonałym poziomie zniekształceń i bardzo małej powierzchni na PCB. Jest to prawdziwe nawet w aplikacjach konwersji sygnału niesymetrycznego na różnicowy.

    Rysunek drugi pokazuje typową aplikację układu aktywnego symetryzatora opartego o wzmacniacz LMH5401, zapewniający wzmocnienie, buforowanie i konwersję sygnału na różnicowy dla przetwornika gigasamplowego ADC. W tej roli 12 bitowy , przetwornik ADC12J4000 o częstotliwości próbkowania równej 4 GHz.

    Sterowanie ADC - dedykowany driver czy symetryzator?
    Rysunek 2. Aplikacja LMH5401 jako aktywny symetryzator sygnału.


    Poniższa tabela zapewnia szybkie podsumowanie zalet i wad obu omawianych rozwiązań:

    SymetryzatorW pełni symetryczny tor
    RozmiarDuże - powyżej 20 mm² i 3 mm wysokościNiewielki rozmiar
    Sprzężenie DCBrakJest
    Odpowiedź w funkcji częstotliwościZnaczne straty; duża wariacja parametrów w funkcji częstotliwościNiskie straty, stabilne charakterystyki
    Wzmocnienie mocyBrak; problemy z dopasowaniem impedancjiElastyczne dopasowywanie impedancji, możliwe wzmocnienie mocy
    BuforowanieBrakMożliwe
    ZniekształceniaBrak, ale istnieją problemy z balansowaniem amplitudyWystępują, ale zapewniają lepsze zbalansowanie sygnału symetryczneg
    SzumMniejszyWiększy
    Zakres temperaturOgraniczony, zmiany wzmocnienia w funkcji temperaturySzeroki zakres temperatury pracy, stabilne parametry
    NiezawodnośćBrak odporności na uszkodzenia mechaniczne, np. przez wibracjeNiezawodne, monolityczne układy scalone
    Szerokość wyboru elementówNiewielkaSzeroki wybór, dostępne modele SPICE


    Zatem następnym razem, projektując układ wykorzystujący szybki przetwornik ADC z wejściem różnicowym warto jest rozważyć zastosowanie aktywnego, w pełni symetrycznego toru zamiast pasywnego symetryzatora. W wielu aplikacjach, szczególnie poniżej 1 GHz nie tylko poprawi to parametry elektryczne układu, ale także zmniejszy jego koszt, rozmiar i stopień skomplikowania.

    Źródło:

    http://e2e.ti.com/blogs_/b/analogwire/archive/2014/11/18/driving-adcs-amplifier-or-balun


    Fajne!