W tej odsłonie cyklu "rzadko zadawane pytanie" przyjrzymy się specyfikacji wzmocnienia w układach przetworników analogowo-cyfrowych (ADC).
Pytanie: Czy możecie wytłumaczyć nam, dlaczego minimalne i maksymalne błędy wzmocnienia, specyfikowane dla przetwornika ADC tak bardzo się od siebie różnią?
Odpowiedź: Wzmocnienie nie jest zazwyczaj kluczowym parametrem, na jaki patrzy się dobierając szybki przetwornik ADC dla konkretnej aplikacji. Szum, zniekształcenia, poziom rozpraszanej mocy i cena przyciągają dużo większą uwagę na etapie projektowania urządzenia. Jednakże przez lata praktyki dowiedzieliśmy się, że gdy projektant dobierze już ADC i inne elementy toru analogowego do konkretnej aplikacji, czasami może zechcieć wyliczyć zmiany wzmocnienia sygnału w torze, aby określić jaki wpływ ma to na działanie projektowanego urządzenia. Przetwornik nie jest zazwyczaj dominującym źródłem błędów wzmocnienia w systemie, jednakże jak zawsze pewne układy sprawują się w tej materii lepiej, inne gorzej.
Błąd wzmocnienia definiuje się jako różnicę pomiędzy zmierzoną wartością pełnej skali, a idealną, modelową jej wartością. Zazwyczaj błąd ten wyraża się jako procent pełnej wartości wejścia. Najgorsza specyfikacja z jaką można się spotkać, wynosi ?10% pełnego zakresu (FS), co przekłada się na błąd pomiaru wynoszący ?1 dB. Co zastanawia niektórych użytkowników układów ADC, to asymetryczna definicja błędu wzmocnienia, jako procentu FS. Spotyka się zapisy takie jak: ?6/+2, ?1,5/+3,5 czy nawet ?10/+0. Generalnie projektantów to jakoś specjalnie nie denerwuje, ale te konwertery analogowo-cyfrowe nie są typowo analogowymi elementami toru sygnałowego. Większość pytań ma u swojej podstawy po prostu chęć zrozumienia takiego sposobu zapisu błędu.
Więc skąd taka asymetria i czasami ogromna różnica? Kilka czynników wpływa na błąd wzmocnienia, wliczając w to stabilizator napięcia odniesienia, bufor tego napięcia, a także wariacja w parametrach poszczególnych kanałów układu ADC, w przypadku wielokanałowych przetworników. Jednakże podstawową przyczyną jest fakt, że nominalny zakres wejściowy nie pokrywa się z podawaną w karcie katalogowej wartością zakresu napięć wejściowych układu. Może wydawać się to z lekka szalone, ale istnieje kilka dobrych powodów, aby tak właśnie było. Jedną z przyczyn, o której typowy inżynier-projektant by raczej nie pomyślał, jest fakt, że docelowy zakres wejściowy przetwornika ADC definiowany jest zanim zostanie on zaprojektowany, wyprodukowany i scharakteryzowany. Może to wynikać na przykład z faktu, że układ był projektowany z myślą bycia zamiennikiem innego układu, czy coś takiego. Takie rzeczy działy się zazwyczaj w momencie gdy specyfikacja wzmocnienia przyjmuje postać -10/+0 %FS. Układ taki został zaprojektowany do bycia układem kompatybilnym z ADC o zakresie wejściowym 2 Vp-p, z minimalnym/maksymalnym błędem wzmocnienia w zakresie -4,2/+4,2 %FS.
Jeśli wariacja wzmocnienia przetwornika gra istotną rolę w całym błędzie toru sygnałowego, rekomendowane jest redefiniowanie zakresu napięć wejściowych, tak aby był on w środku rozkładu. W przypadku układu, który specyfikuje błąd ?10/+0% FS wystarczy zmienić w projekcie nominalny zakres napięć wejściowych na 5% niższy, na przykład 1,9 Vp-p. To powinno wyjaśnić zdziwienie taką definicją błędu wzmocnienia.
Źródło:
http://www.analog.com/library/analogdialogue/archives/49-03/RAQ_115.html
Pytanie: Czy możecie wytłumaczyć nam, dlaczego minimalne i maksymalne błędy wzmocnienia, specyfikowane dla przetwornika ADC tak bardzo się od siebie różnią?
Odpowiedź: Wzmocnienie nie jest zazwyczaj kluczowym parametrem, na jaki patrzy się dobierając szybki przetwornik ADC dla konkretnej aplikacji. Szum, zniekształcenia, poziom rozpraszanej mocy i cena przyciągają dużo większą uwagę na etapie projektowania urządzenia. Jednakże przez lata praktyki dowiedzieliśmy się, że gdy projektant dobierze już ADC i inne elementy toru analogowego do konkretnej aplikacji, czasami może zechcieć wyliczyć zmiany wzmocnienia sygnału w torze, aby określić jaki wpływ ma to na działanie projektowanego urządzenia. Przetwornik nie jest zazwyczaj dominującym źródłem błędów wzmocnienia w systemie, jednakże jak zawsze pewne układy sprawują się w tej materii lepiej, inne gorzej.
Błąd wzmocnienia definiuje się jako różnicę pomiędzy zmierzoną wartością pełnej skali, a idealną, modelową jej wartością. Zazwyczaj błąd ten wyraża się jako procent pełnej wartości wejścia. Najgorsza specyfikacja z jaką można się spotkać, wynosi ?10% pełnego zakresu (FS), co przekłada się na błąd pomiaru wynoszący ?1 dB. Co zastanawia niektórych użytkowników układów ADC, to asymetryczna definicja błędu wzmocnienia, jako procentu FS. Spotyka się zapisy takie jak: ?6/+2, ?1,5/+3,5 czy nawet ?10/+0. Generalnie projektantów to jakoś specjalnie nie denerwuje, ale te konwertery analogowo-cyfrowe nie są typowo analogowymi elementami toru sygnałowego. Większość pytań ma u swojej podstawy po prostu chęć zrozumienia takiego sposobu zapisu błędu.
Więc skąd taka asymetria i czasami ogromna różnica? Kilka czynników wpływa na błąd wzmocnienia, wliczając w to stabilizator napięcia odniesienia, bufor tego napięcia, a także wariacja w parametrach poszczególnych kanałów układu ADC, w przypadku wielokanałowych przetworników. Jednakże podstawową przyczyną jest fakt, że nominalny zakres wejściowy nie pokrywa się z podawaną w karcie katalogowej wartością zakresu napięć wejściowych układu. Może wydawać się to z lekka szalone, ale istnieje kilka dobrych powodów, aby tak właśnie było. Jedną z przyczyn, o której typowy inżynier-projektant by raczej nie pomyślał, jest fakt, że docelowy zakres wejściowy przetwornika ADC definiowany jest zanim zostanie on zaprojektowany, wyprodukowany i scharakteryzowany. Może to wynikać na przykład z faktu, że układ był projektowany z myślą bycia zamiennikiem innego układu, czy coś takiego. Takie rzeczy działy się zazwyczaj w momencie gdy specyfikacja wzmocnienia przyjmuje postać -10/+0 %FS. Układ taki został zaprojektowany do bycia układem kompatybilnym z ADC o zakresie wejściowym 2 Vp-p, z minimalnym/maksymalnym błędem wzmocnienia w zakresie -4,2/+4,2 %FS.
Jeśli wariacja wzmocnienia przetwornika gra istotną rolę w całym błędzie toru sygnałowego, rekomendowane jest redefiniowanie zakresu napięć wejściowych, tak aby był on w środku rozkładu. W przypadku układu, który specyfikuje błąd ?10/+0% FS wystarczy zmienić w projekcie nominalny zakres napięć wejściowych na 5% niższy, na przykład 1,9 Vp-p. To powinno wyjaśnić zdziwienie taką definicją błędu wzmocnienia.
Źródło:
http://www.analog.com/library/analogdialogue/archives/49-03/RAQ_115.html
Fajne? Ranking DIY