Witam w kolejnym artykule z cyklu "Rzadko zadawane pytania". W tej odsłonie zajmiemy się pewnymi ograniczeniami prędkości układów analogowych.
Pytanie: Wzmacniacz w mojej aplikacji nie zachowuje się zgodnie z przewidywaniami, gdy umieszczam go na wyjściu multipleksera. Co może być tego przyczyną?
Odpowiedź: Niektórzy ludzie (szczególnie inżynierowie) twierdzą, że można zakwestionować mandat prosząc o certyfikat kalibracji radaru policyjnego. Wydaje im się, że jeśli certyfikat jest na przykład nieaktualny, to nie można ukarać kierowcy mandatem. Czy to prawda czy nie (bo okazać się zawsze może że certyfikat kalibracji jest aktualny), najbezpieczniejszym sposobem na uniknięcie kary jest nieprzekraczanie ograniczenia prędkości. Ale co jeżeli nie wiemy, że jechaliśmy taaaak szybko..? Ta wymówka rzadko działa.
Podobna sytuacja może przydarzyć się wzmacniaczom. W niektórych aplikacjach inżynierowie projektujący tor analogowy mogą zapomnieć, że źródło sygnału może wykazywać bardzo szybkie sygnały w stanach przejściowych. Na przykład multiplekser, za którym znajduje się wzmacniacz napięciowy (bufor) albo wzmacniacz pomiarowy, jak pokazano na schemacie poniżej. Załóżmy, że sygnały wejściowe do multipleksera są statyczne i odfiltrowane poprzez układ RC w celu zmniejszenia pasma szumu lub interferencji RF. Jednakże wzmacniacz bufora musi być bardzo szybki, gdyż występować będą szybkie zmiany napięcia podczas przełączania kanałów multipleksera, zatem trzeba koniecznie uwzględnić jego pasmo i prędkość narastania sygnału. Jeśli zrealizujemy prototyp układu, może okazać się, iż wzmacniacz nie działa tak, jak tego oczekujemy: napięcie narasta powolnie i wykazuje długi czas stabilizacji, który nijak nie zgadza się z tym, podanym w specyfikacji układu. Co może być przyczyną takiego zachowania się systemu?
Wiele rzeczy może pójść źle, ale zasadniczą przyczyną takiego zachowania może być przeciążenie wejścia wzmacniacza w momencie, gdy zmienia się kanał multipleksera. Jeśli wyjście ze wzmacniacza nie nadąża za jego wejściem podczas przełączania kanałów, tworzy się ogromne napięcie różnicowe na wejściach op-ampa w buforze. Takie napięcie może być w stanie wysycić tranzystory wejściowe wzmacniacza, powodując zwiększenie prądu polaryzacji wejść, spolaryzować w stronę przewodzenia diody zabezpieczające wejścia czy też wygenerować inne niepożądane efekty. Rzeczywiste zachowanie układu podczas przełączania zależy bardzo mocno od technologii wykonania op-ampa, jego wewnętrznych układów zabezpieczających, a także od prędkości i wielkości zmian napięcia na wyjściu multipleksera. Dodatkowo, jako że jednym z efektów przeładowania wzmacniacza jest zwiększenie prądu polaryzacji, to pojemności pasożytnicze pomiędzy wyjściem multipleksera a wejściem op-ampa mogą ulec dodatkowemu naładowaniu lub rozładowaniu. Te perturbacje zmieniają napięcie wejściowe, które musi ustabilizować się rozładowując pasożytnicze pojemności poprzez układy aktywne. Jeśli stała czasowa filtra analogowego (dolnoprzepustowego) w układzie będzie zbyt wielka, zaowocuje to długim czasem stabilizacji, co widoczne będzie w napięciu wyjściowym z wtórnika napięciowego.
Szereg rzeczy może pomóc zapobiec tym problemom, zależnie od ich dokładnego powodu. Tanim rozwiązaniem jest dodanie rezystora szeregowo z wejściem wzmacniacza i podłączenie przezeń szybkiego źródła - w tym wypadku multipleksera. Pozwoli to na uniknięcie saturacji wejść i wytworzy dodatkową impedancję widzianą przez źródło szybkiego sygnału przejściowego. Na wyjściu układu DAC lub wyjściu cyfrowym mikrokontrolera lub układu FPGA, które generują przebieg prostokątny, albo po prostu zmianę stanu logicznego, prosty filtr RC może pozwolić na zwolnienie narastania napięcia do poziomu, który zapewni poprawną pracę wzmacniacza. Każdy z przypadków wymaga jednak dokładniejszej analizy pozwalającej na dobranie optymalnego sposobu na rozwiązanie ewentualnych problemów, jednakże co warto zapamiętać, jest to, że trzeba być świadomym tego problemu. Najlepszym rozwiązaniem, aby nie wpakować się w kłopoty, jest po prostu zwolnić!
Źródło:
http://www.analog.com/library/analogDialogue/...ialogue&utm_medium=email&utm_campaign=Jan2015
Pytanie: Wzmacniacz w mojej aplikacji nie zachowuje się zgodnie z przewidywaniami, gdy umieszczam go na wyjściu multipleksera. Co może być tego przyczyną?
Odpowiedź: Niektórzy ludzie (szczególnie inżynierowie) twierdzą, że można zakwestionować mandat prosząc o certyfikat kalibracji radaru policyjnego. Wydaje im się, że jeśli certyfikat jest na przykład nieaktualny, to nie można ukarać kierowcy mandatem. Czy to prawda czy nie (bo okazać się zawsze może że certyfikat kalibracji jest aktualny), najbezpieczniejszym sposobem na uniknięcie kary jest nieprzekraczanie ograniczenia prędkości. Ale co jeżeli nie wiemy, że jechaliśmy taaaak szybko..? Ta wymówka rzadko działa.
Podobna sytuacja może przydarzyć się wzmacniaczom. W niektórych aplikacjach inżynierowie projektujący tor analogowy mogą zapomnieć, że źródło sygnału może wykazywać bardzo szybkie sygnały w stanach przejściowych. Na przykład multiplekser, za którym znajduje się wzmacniacz napięciowy (bufor) albo wzmacniacz pomiarowy, jak pokazano na schemacie poniżej. Załóżmy, że sygnały wejściowe do multipleksera są statyczne i odfiltrowane poprzez układ RC w celu zmniejszenia pasma szumu lub interferencji RF. Jednakże wzmacniacz bufora musi być bardzo szybki, gdyż występować będą szybkie zmiany napięcia podczas przełączania kanałów multipleksera, zatem trzeba koniecznie uwzględnić jego pasmo i prędkość narastania sygnału. Jeśli zrealizujemy prototyp układu, może okazać się, iż wzmacniacz nie działa tak, jak tego oczekujemy: napięcie narasta powolnie i wykazuje długi czas stabilizacji, który nijak nie zgadza się z tym, podanym w specyfikacji układu. Co może być przyczyną takiego zachowania się systemu?
Wiele rzeczy może pójść źle, ale zasadniczą przyczyną takiego zachowania może być przeciążenie wejścia wzmacniacza w momencie, gdy zmienia się kanał multipleksera. Jeśli wyjście ze wzmacniacza nie nadąża za jego wejściem podczas przełączania kanałów, tworzy się ogromne napięcie różnicowe na wejściach op-ampa w buforze. Takie napięcie może być w stanie wysycić tranzystory wejściowe wzmacniacza, powodując zwiększenie prądu polaryzacji wejść, spolaryzować w stronę przewodzenia diody zabezpieczające wejścia czy też wygenerować inne niepożądane efekty. Rzeczywiste zachowanie układu podczas przełączania zależy bardzo mocno od technologii wykonania op-ampa, jego wewnętrznych układów zabezpieczających, a także od prędkości i wielkości zmian napięcia na wyjściu multipleksera. Dodatkowo, jako że jednym z efektów przeładowania wzmacniacza jest zwiększenie prądu polaryzacji, to pojemności pasożytnicze pomiędzy wyjściem multipleksera a wejściem op-ampa mogą ulec dodatkowemu naładowaniu lub rozładowaniu. Te perturbacje zmieniają napięcie wejściowe, które musi ustabilizować się rozładowując pasożytnicze pojemności poprzez układy aktywne. Jeśli stała czasowa filtra analogowego (dolnoprzepustowego) w układzie będzie zbyt wielka, zaowocuje to długim czasem stabilizacji, co widoczne będzie w napięciu wyjściowym z wtórnika napięciowego.
Szereg rzeczy może pomóc zapobiec tym problemom, zależnie od ich dokładnego powodu. Tanim rozwiązaniem jest dodanie rezystora szeregowo z wejściem wzmacniacza i podłączenie przezeń szybkiego źródła - w tym wypadku multipleksera. Pozwoli to na uniknięcie saturacji wejść i wytworzy dodatkową impedancję widzianą przez źródło szybkiego sygnału przejściowego. Na wyjściu układu DAC lub wyjściu cyfrowym mikrokontrolera lub układu FPGA, które generują przebieg prostokątny, albo po prostu zmianę stanu logicznego, prosty filtr RC może pozwolić na zwolnienie narastania napięcia do poziomu, który zapewni poprawną pracę wzmacniacza. Każdy z przypadków wymaga jednak dokładniejszej analizy pozwalającej na dobranie optymalnego sposobu na rozwiązanie ewentualnych problemów, jednakże co warto zapamiętać, jest to, że trzeba być świadomym tego problemu. Najlepszym rozwiązaniem, aby nie wpakować się w kłopoty, jest po prostu zwolnić!
Źródło:
http://www.analog.com/library/analogDialogue/...ialogue&utm_medium=email&utm_campaign=Jan2015
Fajne? Ranking DIY
