Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Dokładność przetworników analogowo-cyfrowych, część III

ghost666 12 Mar 2015 17:19 2151 0
  • W poprzednich częściach cyklu, traktującego o dokładności przetworników analogowo-cyfrowych (ADC) dowiadywaliśmy się czym różni się rozdzielczość od dokładności ( https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?p=14113095#14113095 ) oraz jakie są źródła błędu pomiaru z wykorzystaniem układu ADC ( https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?p=14127103#14127103 ). W trzeciej części cyklu przyjrzymy się wpływowi efektów termicznych (dryft termiczny) na tor pomiarowy z układem ADC.

    Wiedząc już czym różni się dokładność od rozdzielczości układu ADC i jakie są przyczyny pogarszania tej dokładności, nie sposób zauważyć, iż całkowity, nieskalibrowany błąd (TUE) przetwornika jest wartością statyczną (a przynajmniej w dużej mierze statyczną, gdyż większość źródeł błędu jest statyczna). Oznacza to, że możliwe jest niwelowanie ich wpływu poprzez kalibrację układu. Jednakże nie oznacza to, że dokładność realnego urządzenia będzie stała i nie będzie zmieniać się w czasie, po dokonaniu kalibracji. Z uwagi na zmiany temperatury układu, co jest typowe, szczególnie w systemach stosowanych w motoryzacji czy w przemyśle, zmieniać się będzie też dokładność systemu. Inne czynniki, takie jak starzenie się elementów elektronicznych, wilgotność czy ciśnienie także mają wpływ na długoczasową stabilność i dokładność systemu, jednakże poniżej skupmy się na wpływie temperatury.

    Trzy główne czynniki mają wpływ na dryft dokładności systemu pomiarowego:

    * Dryft napięcia offsetu przetwornika ADC.
    * Dryft wzmocnienia przetwornika ADC.
    * Dryft napięcia odniesienia.

    Zmiana wartości wewnętrznych oporników i kondensatorów układu ADC i innych elementów aktywnych w systemie, spowoduje zmianę napięcia offsetu i wartości wzmocnienia toru pomiarowego. Dryft napięcia offsetu (TDOS) nazywany jest czasem także bipolarnym dryftem zera, szczególnie w systemach pracujących z bipolarnym zakresem napięć wejściowych. Zmiana napięcia offsetu powoduje przesuwanie się całej funkcji przejścia przetwornika w dół lub w górę, zależnie od kierunku zmian offsetu. Zaprezentowane jest to na rysunku 1. Warto także pamiętać, że na TDOS nie ma wpływu dryft napięcia odniesienia, podłączonego do ADC.

    Dokładność przetworników analogowo-cyfrowych, część III
    Rysunek 1. Wpływ dryftu termicznego napięcia offsetu.


    Z drugiej natomiast strony, dryft wartości wzmocnienia przetwornika ADC (TDG) jest mocno zależny od dryftu napięcia odniesienia, dlatego też często specyfikuje się go z zewnętrznym napięciem odniesienia, a procedura pomiaru wartości TDG pozwala na kompensację tego wpływu. Offset wartości wzmocnienia powoduje zmianę nachylenia prostej, będącej funkcją przejścia przetwornika ADC, zależnie od kierunku dryftu.

    Dokładność przetworników analogowo-cyfrowych, część III
    Rysunek 2. Wpływ dryftu termicznego wartości wzmocnienia.




    Dryft termiczny napięcia odniesienia (wewnętrznego lub zewnętrznego) (TDREF) jest główną składową całkowitej dokładności analogowo-cyfrowego toru pomiarowego. Zazwyczaj zewnętrzne źródła napięcia odniesienia charakteryzują się lepszymi parametrami, jeśli chodzi o zachowanie w zmieniającej się temperaturze, jeśli porówna się je ze źródłami zintegrowanymi z układem ADC. Zmiana napięcia referencyjnego powoduje natychmiastową zmianę nachylenia funkcji przejścia układu ADC, co zasadniczo wygląda tak samo jak zmiana wartości wzmocnienia układu.

    Całkowite wzmocnienie przetwornika jest funkcją napięcia referencyjnego i współczynnika mnożenia (K). Współczynnik K zależny jest od konkretnego układu. Na przykład dla układu ADS8688, zakres napięć wejściowych wynosi od -2,5*VREF do +2,5*VREF (gdzie VREF to napięcie odniesienia). Oznacza to że pełen zakres wynosi 5*VREF. Jeśli w takim przypadku wartość dryftu termicznego napięcia referencyjnego wynosi TDREF ppm/°C, to całkowita zmiana nachylenia krzywej, będącej funkcją przejścia ADC, wyniesie 5*TDREF ppm/°C.

    Jeśli system pomiarowy zostanie skalibrowany w temperaturze otoczenia równej TA, a zakres temperatur jego pracy zmieniać się będzie od TLO do THI, to całkowity błąd, wynikający z dryftu termicznego elementów (TDERR) opisać można równaniem:

    TDERR = K*TDREF*(THI, TLO ? TA)MAX + TDG*(THI, TLO ? TA)MAX + TDOS*(THI, TLO ? TA)MAX (Równanie 1)

    Dla przykładu, jeśli trzymać się dalej będziemy układu ADS8688 w systemie pracującym od 0?C do 80?C i skalibrowanym w temperaturze równej 25?C, to najgorszy błąd (dla zakresu napięć wynoszącego ?10,24 V) wyznaczyć można jako 3135 ppm, co zapisano poniżej. Wartość ta to około 0,3% dokładności, a głównym źródłem błędu jest dryft termiczny wewnętrznie stabilizowanego napięcia referencyjnego.

    TDERR = 5*10*55 + 4*55 + 3*55 = 3135ppm (Równanie 2)

    Niektóre systemy pomiarowe mogą być szczególnie czułe na tego rodzaju niedokładności, z uwagi na szeroki zakres temperatur pracy. W takich przypadkach, standardową praktyką jest kalibrowanie całego toru pomiarowego dla kilku różnych temperatur i używanie różnych kalibracji, zależnie od aktualnej temperatury układów. Jest to oczywiście dosyć czasochłonny rodzaj kalibracji, wymagający implementacji dodatkowych układów do pomiaru temperatury, jednakże pozwala na ograniczenie błędu. Czas kalibracji i większe skomplikowanie układu przekładają się oczywiście na zwiększenie jego kosztów.

    W układach w których nie realizuje się kalibracji termicznej, kluczowym jest przykładanie uwagi do wartości dryftu i wyznaczanie najgorszego możliwego błędu układu, bazując na równaniu pierwszym. Warto także znać jaki może być największy dryft poszczególnych wartości. Producenci elementów elektronicznych zazwyczaj specyfikują jedynie typowy dryft parametrów, nie wspominając o maksymalnej jego wartości, dla zaoszczędzenia środków. Warto korzystać dlatego korzystać z kalibracji termicznej dla układów, takich jak ADS8688, w których karcie katalogowej znajduje się nie tylko typowa, ale i maksymalna wartość dryftu poszczególnych parametrów.

    Źródło:

    http://e2e.ti.com/blogs_/b/precisionhub/archi...-temperature-drift-on-adc-signal-chain-part-3

    Cool? Ranking DIY
    Can you write similar article? Send message to me and you will get SD card 64GB.
    About Author
    ghost666
    Translator, editor
    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.
    ghost666 wrote 11093 posts with rating 9409, helped 157 times. Live in city Warszawa. Been with us since 2003 year.