W https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic3046855.html poprzedniej części artykułu wytłumaczone zostało to, jak różne wahania i odstępstwa od normy zasilania i jego szum mają wpływ na konwertery analogowo-cyfrowe (ADC). Na szczęście sytuacja nie jest bez wyjścia. Poniżej opisano cztery sposoby na jakie można radzić sobie z opisanymi poprzednio zjawiskami i uczynić nasze przetworniki ADC mniej podatnymi na przenikanie szumu i wahań napięcia zasilania do wyjścia cyfrowego.
Wybierz ADC, który ma dobry współczynnik odrzucenia wpływu zasilania (PSRR). Jest to oczywiście najlepszy i zasadniczy sposób na uchronienie przetwornika przed negatywnym wpływem zasilania. Jeśli wybrany ADC ma zbyt niski PSRR, można poprawić sytuację dodając w linii zasilania, za zasilaczem impulsowym stabilizator LDO o wysokim PSRR. Pozwala to na 'wyczyszczenie' zasilania ze zniekształceń i poprawia PSRR całego toru analogowo-cyfrowego.
Odpowiednie odsprzęganie i filtrowanie linii zasilania jest istotne. Realizuje się to w dwóch punktach linii zasilającej. Pierwszym jest zasilacz, a drugi znajduje się zaraz obok nóżek zasilających układ scalony. Duże kondensatory, zazwyczaj o pojemności 1 µF lub więcej umieszcza się zazwyczaj od razu za wyjściem układów zasilających. Pozwalają one na odfiltrowanie największych zakłóceń zasilania i pomaga stabilizować napięcie. Można takie, duże kondensatory umieszczać też w okolicach układów, jeśli spodziewamy się dużego poboru mocy przez przetwornik ADC.
Lokalne filtrowanie zasilania, z wykorzystaniem kondensatorów o pojemności 1 µF i mniejszej, realizuje się możliwie blisko nóżek układu zasilania. Kondensatory te pozwalają na odfiltrowanie szumu z zasilania, który wniknąć mógł do linii zasilających po drodze od zasilacza. Wykorzystanie dwóch kondensatorów (np. 1 µF i 100 nF) połączonych równolegle pozwala na osiągnięcie niższej impedancji odsprzęgu dla szerszego zakresu częstotliwości, co efektywniej tłumi szum szerokopasmowy zasilania.
Koniecznie zwrócić trzeba uwagę na rozkład ścieżek na płytce drukowanej. Trzeba traktować linie zasilające z podobnym pietyzmem, jak wszystkie istotne ścieżki w torze analogowym. Ideałem jest zapewnienie możliwie krótkich ścieżek o niskiej indukcyjności od zasilacza do nóżek zasilanego konwertera. Jeśli nie można wykorzystać wylewek na PCB, trzeba zaprojektować możliwie krótkie, ale szerokie ścieżki (ich szerokość dobrać trzeba do płynącego nimi prądu). Ścieżki zasilania powinny biec bezpośrednio nad wylewką masy, co pozwala na powrót prądu równie łatwą trasą do zasilacza.
Niska induktancja jest szczególnie istotna przy filtrowaniu nagłych zmian w zasilaniu. Wysoka induktancja może zachowywać się jak dławik, szczególnie w momentach gdy np. dynamicznie zwiększa się zapotrzebowanie na prąd układu, a zasilacz musi za tym nadążyć. Sytuacja taka ma miejsce np. podczas rozruchu systemu.
Dodatkowo, jeśli pomiędzy masami układu - cyfrową DGND i analogową AGND - występuje duża induktancja, opisane powyżej dynamiczne zmiany poboru prądu mogą powodować występowanie różnicy potencjałów pomiędzy tymi masami. Różnica ta może przekroczyć maksymalną dopuszczalną różnicę napięć mas AGND i DGND. Na przykład dla układu ADS1278, którego fragment karty katalogowej pokazano poniżej, różnica ta nie może wynosić więcej niż 300 mV. Wystąpienie większej różnicy potencjałów może spowodować permanentne uszkodzenie przetwornika(!).
Projektując układ trzeba być świadomym pewnych częstotliwości charakterystycznych dla zasilania. Jeśli szum z linii zasilającej będzie w jakiś sposób przenikał do układu ADC, ostatnią linią obrony danych cyfrowych są dedykowane filtry cyfrowe, pozwalające usunąć ten szum. Jedną z podstawowych funkcji filtra cyfrowego w układzie z konwerterem ADC jest tłumienie sygnałów leżących poza pasmem przetwarzania. Jednakże odpowiedź filtra cyfrowego schodzi do 0 dB w wielokrotnościach częstotliwości próbkowania modulatora (fMOD). Zakłócenia obecne w zasilaniu mogą aliasować się do sygnału wyjściowego przy tych właśnie częstotliwościach.
Jeśli w systemie koniecznym jest wykorzystanie zasilacza impulsowego do zasilania ADC, to warto jest zsynchronizować częstotliwość jego przełączania do częstotliwości próbkowania przetwornika. Zależnie od konstrukcji filtra cyfrowego zakłócenia o tej właśnie częstotliwości będą wliczane do sygnału DC albo będą tłumione przez filtr. Niektóre precyzyjne układy ADC posiadają wbudowane dodatkowe filtry cyfrowe, których zadaniem jest tłumienie zakłóceń przy częstotliwości sieci (50/60 Hz).
Źródło:
https://e2e.ti.com/blogs_/b/precisionhub/arch...rotect-your-adc-system-power-supply-rejection
1
Wybierz ADC, który ma dobry współczynnik odrzucenia wpływu zasilania (PSRR). Jest to oczywiście najlepszy i zasadniczy sposób na uchronienie przetwornika przed negatywnym wpływem zasilania. Jeśli wybrany ADC ma zbyt niski PSRR, można poprawić sytuację dodając w linii zasilania, za zasilaczem impulsowym stabilizator LDO o wysokim PSRR. Pozwala to na 'wyczyszczenie' zasilania ze zniekształceń i poprawia PSRR całego toru analogowo-cyfrowego.
2
Odpowiednie odsprzęganie i filtrowanie linii zasilania jest istotne. Realizuje się to w dwóch punktach linii zasilającej. Pierwszym jest zasilacz, a drugi znajduje się zaraz obok nóżek zasilających układ scalony. Duże kondensatory, zazwyczaj o pojemności 1 µF lub więcej umieszcza się zazwyczaj od razu za wyjściem układów zasilających. Pozwalają one na odfiltrowanie największych zakłóceń zasilania i pomaga stabilizować napięcie. Można takie, duże kondensatory umieszczać też w okolicach układów, jeśli spodziewamy się dużego poboru mocy przez przetwornik ADC.
Lokalne filtrowanie zasilania, z wykorzystaniem kondensatorów o pojemności 1 µF i mniejszej, realizuje się możliwie blisko nóżek układu zasilania. Kondensatory te pozwalają na odfiltrowanie szumu z zasilania, który wniknąć mógł do linii zasilających po drodze od zasilacza. Wykorzystanie dwóch kondensatorów (np. 1 µF i 100 nF) połączonych równolegle pozwala na osiągnięcie niższej impedancji odsprzęgu dla szerszego zakresu częstotliwości, co efektywniej tłumi szum szerokopasmowy zasilania.
3
Koniecznie zwrócić trzeba uwagę na rozkład ścieżek na płytce drukowanej. Trzeba traktować linie zasilające z podobnym pietyzmem, jak wszystkie istotne ścieżki w torze analogowym. Ideałem jest zapewnienie możliwie krótkich ścieżek o niskiej indukcyjności od zasilacza do nóżek zasilanego konwertera. Jeśli nie można wykorzystać wylewek na PCB, trzeba zaprojektować możliwie krótkie, ale szerokie ścieżki (ich szerokość dobrać trzeba do płynącego nimi prądu). Ścieżki zasilania powinny biec bezpośrednio nad wylewką masy, co pozwala na powrót prądu równie łatwą trasą do zasilacza.
Niska induktancja jest szczególnie istotna przy filtrowaniu nagłych zmian w zasilaniu. Wysoka induktancja może zachowywać się jak dławik, szczególnie w momentach gdy np. dynamicznie zwiększa się zapotrzebowanie na prąd układu, a zasilacz musi za tym nadążyć. Sytuacja taka ma miejsce np. podczas rozruchu systemu.
Dodatkowo, jeśli pomiędzy masami układu - cyfrową DGND i analogową AGND - występuje duża induktancja, opisane powyżej dynamiczne zmiany poboru prądu mogą powodować występowanie różnicy potencjałów pomiędzy tymi masami. Różnica ta może przekroczyć maksymalną dopuszczalną różnicę napięć mas AGND i DGND. Na przykład dla układu ADS1278, którego fragment karty katalogowej pokazano poniżej, różnica ta nie może wynosić więcej niż 300 mV. Wystąpienie większej różnicy potencjałów może spowodować permanentne uszkodzenie przetwornika(!).
4
Projektując układ trzeba być świadomym pewnych częstotliwości charakterystycznych dla zasilania. Jeśli szum z linii zasilającej będzie w jakiś sposób przenikał do układu ADC, ostatnią linią obrony danych cyfrowych są dedykowane filtry cyfrowe, pozwalające usunąć ten szum. Jedną z podstawowych funkcji filtra cyfrowego w układzie z konwerterem ADC jest tłumienie sygnałów leżących poza pasmem przetwarzania. Jednakże odpowiedź filtra cyfrowego schodzi do 0 dB w wielokrotnościach częstotliwości próbkowania modulatora (fMOD). Zakłócenia obecne w zasilaniu mogą aliasować się do sygnału wyjściowego przy tych właśnie częstotliwościach.
Jeśli w systemie koniecznym jest wykorzystanie zasilacza impulsowego do zasilania ADC, to warto jest zsynchronizować częstotliwość jego przełączania do częstotliwości próbkowania przetwornika. Zależnie od konstrukcji filtra cyfrowego zakłócenia o tej właśnie częstotliwości będą wliczane do sygnału DC albo będą tłumione przez filtr. Niektóre precyzyjne układy ADC posiadają wbudowane dodatkowe filtry cyfrowe, których zadaniem jest tłumienie zakłóceń przy częstotliwości sieci (50/60 Hz).
Źródło:
https://e2e.ti.com/blogs_/b/precisionhub/arch...rotect-your-adc-system-power-supply-rejection
Fajne? Ranking DIY
