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

Przetworniki SAR ADC z przeplotem - mniejsze i bardziej kompaktowe systemy

ghost666 04 Lut 2018 16:57 1467 0
  • Niedawne postępy w zakresie przetworników analogowo-cyfrowych (ADC) o sukcesywnej aproksymacji (SAR) umożliwiły produkcję układów o bardzo niskim poborze mocy. Tego rodzaju ADC osiągają bardzo dobrą rozdzielczość i prędkość próbkowania - są szybsze niż ADC delta-sigma, ale wolniejsze niż potokowe ADC. Z drugiej strony rozdzielczość układów SAR jest lepsza niż dla układów potokowych.

    Obecnie na rynku dostępne są układy o niemalże każdej potrzebnej w przemyśle rozdzielczości, ale jeśli chodzi o prędkość, jest spora różnica pomiędzy układami SAR ADC a przetwornikami potokowymi. Aby zapełnić tą przerwę w dostępnych prędkościach, możliwe jest wykorzystanie technologii przeplotu.

    Technologia przeplotu

    Przeplatanie polega na próbkowaniu tego samego sygnału przetwornikami o takiej samej częstotliwości próbkowania, ale przesuniętymi w fazie względem siebie. Dzięki temu, efektywna częstotliwość próbkowania takiego systemu jest istotnie wyższa, a rozdzielczość przetwarzania pozostaje taka sama jak poszczególnych układów. Aby taki układ działał wszystkie ADC muszą być dokładnie zsynchronizowane. Sygnały wyzwalające poszczególne układy muszą być względem siebie przesunięte o kąt opisany równaniem 1 zamieszczonym poniżej:

    $$Faza_{ADC} = 360° \times \frac {k-1}{n}$$ (1)


    gdzie k = 1, 3, 4 ... n, a n = to liczba przetworników ADC w systemie.

    Na rysunku 1 pokazano schematyczny rysunek koncepcji przesunięcia próbkowania poszczególnych przetworników w fazie w systemie z przeplotem dla trzech ADC.

    Przetworniki SAR ADC z przeplotem - mniejsze i bardziej kompaktowe systemy
    Rys.1. Koncepcja działania ADC z przeplotem.


    W teorii w ten sposób zintegrować ze sobą można nieskończoną liczbą ADC, jednakże są pewne realistyczne ograniczenia na działanie tego systemu:

    * Każdy ADC ma jakiś minimalny czas akwizycji i konwersji sygnału. Jeśli przetworniki ADC próbkują ten sam sygnał, to ich czasy akwizycji nie powinny na siebie nachodzić, gdyż przetworniki te będą w ten sposób ze sobą interferować, zaburzając pomiar. Czas próbkowania ADC jest jednym z ograniczeń częstotliwości próbkowania systemu z przeplotem, a co za tym idzie - nakłada pewne ograniczenie co do ilości zrównoleglonych ADC w systemie.
    * Pasmo elektryczne poszczególnych ADC musi być równe co najmniej dwukrotności pasma, jakie ma mieć cały system, jak mówi teoria próbkowania Nyquista. Wraz ze zwiększaniem się częstotliwości sygnału wejściowego do granicznej częstotliwości działania naszych ADC, nasz układ z przeplotem będzie coraz gorzej przenosił taki sygnał, pomimo dostatecznie dużej, wypadkowej częstotliwości próbkowania systemu.




    * Inne czynniki ograniczające skalowanie systemu to miejsce na PCB, długość ścieżek oraz całkowity pobór mocy systemu akwizycji danych.

    Oprócz opisanych powyżej zasadniczych, twardych ograniczeń skalowania systemu z przeplotem istnieją też inne problemy w tego rodzaju systemach akwizycji danych, które nie występują w systemach z pojedynczym przetwornikiem. Można wyróżnić tu dwie kategorie problemów - systemowe i na poziomie poszczególnych ADC.

    Na poziomie systemowym kłopot może sprawić doprowadzenie napięcia odniesienia do wszystkich układów ADC - sugeruje się tutaj wykorzystanie niezależnych buforów dla każdego ADC. Podobnie jest z sterownikiem na wejściu ADC - musi on stabilizować się dostatecznie szybko, by zapewnić stabilny sygnał dla każdego ADC w układzie. Jeśli nie jest on dostatecznie szybki, to sugeruje się zastosowanie niezależnych driverów wejścia dla każdego z przetworników w układzie.

    Niestety takie rozwiązania, jak niezależne bufory wejścia czy napięcia odniesienia powodują, że błędy wzmocnienia tych układów 'przenikają' do błędów konwersji poszczególnych ADC, sprawiając że poszczególne sygnały przesunięte względem siebie w fazie działają różnie - wariacje parametrów pomiędzy poszczególnymi torami przetwarzania wpływają negatywnie na całkowitą precyzję systemu akwizycji danych.

    W dalszej części artykułu znajdziemy informacje dotyczące rozwiązywania konkretnych problematycznych kwestii związanych z budową systemu z wieloma przetwornikami ADC, próbkującymi ten sam sygnał oraz metodami kalibrowania ADC z przeplotem.

    Oprócz omówionych w tekście zagadnień istotne są także kwestie np. projektu PCB dla takiego systemu. Projektując płytkę drukowaną dla układu ADC działających z przeplotem należy zadbać o minimalizację szumu w poszczególnych kanałach, szczególnie szumu fazowego w sygnale zegarowym, który synchronizuje poszczególne ADC ze sobą.

    Źródło: http://www.ti.com/lit/an/slyt731/slyt731.pdf


    Fajne! Ranking DIY
  Szukaj w 5mln produktów