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

Twój przetwornik ADC będzie tylko tak dobry, jak jego zasilanie - część 1

ghost666 11 Cze 2015 18:44 1731 0
  • Jeśli chodzi o analogowy tor sygnałowy, każdy rozumie jak ważny jest tor wejściowy. Projektujemy nasze systemy tak, aby były w stanie dokładnie odwzorowywać interesujące nas sygnały i blokowały lub redukowały wszelkiego rodzaju interferencje i zniekształcenia w sygnale. Zwraca się szczególną uwagę na każdy element tej sekcji, a następnie... po prostu się to zasila.

    Usłyszałem kiedyś określenie na zasilacze w układach elektronicznych: "sznurowadła systemów elektronicznych". Podobnie jak w projektowaniu toru analogowego, bardzo wiele uwagi poświęca się projektowaniu butów, a o sznurowadłach myśli się dopiero pod koniec. O zasilaczach w systemie elektronicznym często nawet myśli się jeszcze później, a okazuje się, że zasilacz układu elektronicznego może być równie istotny co projekt całego toru sygnałowego.

    W pierwszej części tego cyklu wprowadzimy koncepcję i definicję odporności na wpływ zasilania (PSR) i wyjaśnimy, w jaki sposób zasilacz może mieć wpływ na działanie przetwornika analogowo-cyfrowego (ADC).

    Moje zasilanie jest stabilne jak skała, nie?

    Wierzcie w to lub nie, ale najpewniej Twoje zasilacze nie są tak stabilne, jak o nich myślisz. Z punktu widzenia napięcia DC, tolerancja elementów i dryft (czasowy i termiczny) powoduje że napięcie wyjściowe z układu zmienia się z czasem i temperaturą i różni się od płytki do płytki. Niewielka zmiana może nie wydawać się istotna, jeśli pozostaje w granicach akceptowalnych napięć zasilających przetwornika ADC, ale może wprowadzać ona pewien offset napięciowy w układ ADC, a także zwiększać błąd wzmocnienia w funkcji przejścia przetwornika (co to jest błąd wzmocnienia opisano tutaj https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?p=14523145#14523145 ).

    Zasilacze mogą być także całkiem poważnym źródłem szumów. Zależnie od źródła ich zasilania i otoczenia, zasilacze prądu stałego mogą przenosić jakąś składową zmienną. Jeśli jesteś zaznajomiony z zakłóceniami 50 Hz/ 60 Hz, wprowadzanymi do układów przez zasilacze sieciowe, to wiesz o co chodzi. Zakłócenia z sieci energetycznej bardzo łatwo sprzęgają się z czułymi układami i mogą wnikać nawet w układy zasilane bateryjnie. Szum pochodzący z zasilacza może przypadać na zakres częstotliwości pracy układu analogowego i interesujące nas pasmo użytecznego sygnału.

    Bardziej skomplikowane układy zasilające, gdzie stabilizowane jest wiele napięć z jednego źródła wykorzystują przetwornice DC/DC typu 'buck' lub 'boost'. Częstotliwości przełączania tych przetwornic mogą przenikać do zasilania. Jakkolwiek jesteśmy w stanie zadbać o to, aby częstotliwość wypadała poza pasmem pracy toru analogowego, ale nie zabezpiecza to przed aliasowaniem się tych zakłóceń do sygnału. Ma to bezpośredni wpływ na pracę ADC: jego stosunek sygnału do szumu (SNR) i zakres dynamiki wolny od zakłóceń (SFDR).





    Przetworniki ADC wymagają stabilnego i czystego od zakłóceń zasilania napięciem stałym, więc każde odstępstwo od tego może mieć potencjalnie wpływ na parametry pracy układu. Jak w przypadku większości elementów aktywnych przetworniki ADC są do pewnego stopnia odporne na wpływ zasilania, jednakże wiadomo, że odporność na wpływ zasilania nie może być nieskończona i koniecznie trzeba sprawdzić jaka wartość jest optymalna w naszej konkretnej aplikacji.

    Jak czuły na wpływ zasilania jest mój układ?

    Parametr PSR opisuje jak zmienia się wyjście przetwornika ADC w funkcji zmian w jego napięciu zasilania. Czasami spotyka się wyrażony w decybelach i opisywany jako PSRR. Bardzo często specyfikuje się PSR osobno dla prądu stałego (PSRRDC) i zmiennego (PSRRAC).

    PSRRDC opisuje w jaki sposób układ radzi sobie ze zmianami napięcia zasilającego na wejściu zasilającym. Aby zmierzyć ten parametr zwiera się wejścia ADC i polaryzuje je napięciem równym połowie zasilania, jak pokazano na rysunku 1. Następnie zasila się sekcję analogową ADC (AVDD) z czystego źródła zasilania i mierzy napięcie wyjściowe. Zwiększa i zmniejsza się następnie napięcie zasilania o 100 mV i obserwuje jak zmieni się napięcie wyjściowe. Rysunek 2 przedstawia zmianę napięcia offsetu układu ADS1220 - 562 nV przy zmianie napięcia zasilającego o 100 mV. Wykorzystując równanie (1) wyznaczyć można PSRRDC jako -105 dB

    Twój przetwornik ADC będzie tylko tak dobry, jak jego zasilanie - część 1
    Rysunek 1. Układ pomiarowy.

    Twój przetwornik ADC będzie tylko tak dobry, jak jego zasilanie - część 1
    Rysunek 2.Wyniki pomiarów PSRRDC ADS1220.

    Twój przetwornik ADC będzie tylko tak dobry, jak jego zasilanie - część 1 (1)


    Z kolei PSRRAC opisuje w jaki sposób przetwornik ADC radzi sobie z szumem w napięciu zasilającym. Aby dokonać pomiaru wartości PSRRAC wejście ADC, podobnie jak dla DC, polaryzuje się połową napięcia zasilania, a do napięcia zasilającego dodaje się przebieg sinusoidalny o wartości międzyszczytowej 100 mV. Układ pomiarowy pokazano na rysunku 3. Dla interesujących nas częstotliwości zakłóceń mierzy się amplitudę widoczną w widmie FFT sygnału wyjściowego z ADC. Pozwala to, zgodnie z równaniem (2), wyznaczyć PSRRAC. W przypadku ADS1278 przy amplitudzie zakłócenia równej 100 mV widoczny był prążek na FFT o wartości -28 dB (przy napięciu odniesienia równym 2,5 V i 24 bitowej rozdzielczości). Jeśli częstotliwością zakłócenia jest 60 Hz będzie ono dodatkowo tłumione o -80 dB, co zmniejszy wartość zakłócenia na wyjściu do -108 dB. Karta katalogowa układu ADC zazwyczaj podaje wartości PSRRAC dla 50 Hz i 60 Hz, a wszystkie inne wartości zazwyczaj podawane są dla częstotliwości 100 kHz lub 1 MHz.

    Twój przetwornik ADC będzie tylko tak dobry, jak jego zasilanie - część 1
    Figure 3: PSRRAC test setup
    Twój przetwornik ADC będzie tylko tak dobry, jak jego zasilanie - część 1
    Figure 4: ADS1278 PSRRAC measurement
    Twój przetwornik ADC będzie tylko tak dobry, jak jego zasilanie - część 1 (2)


    Jak wspominano na początku wszystkie przetworniki ADC mają jakiś niezerowy poziom tłumienia wpływu zasilania (PSR), ale w pewnych aplikacjach to za mało. W kolejnych częściach cyklu dowiemy się jak zwiększać PSR systemu do wymaganej przez nas wartości.

    Źródło:

    https://e2e.ti.com/blogs_/b/precisionhub/arch...a-dsig-dsigpsseries-newsmyti-blog-20150522-en


    Fajne!