Сіздің ADC/DAC-ыңыз төмендеме? Мәселенің себебі кернеу эталоны болуы мүмкін

Дәл аналогты-сандық және сандық-аналогтық түрлендіру саласында инженерлер көбінесе АЦТ немесе ЦАТ-ның өзінің техникалық сипаттамаларына назар аударады да, жүйенің жұмыс істеуін жеңілдететін немесе бұзады деп есептелетін маңызды компонентті елемей қояды. Кернеу эталоны дәл түрлендірудің негізі болып табылады, ол толық шкаланың диапазонын белгілейді және өлшеулердің абсолютті дәлдігін анықтайды. Түрлендіру жүйелері күтпеген дыбыс, дрейф немесе дәлдік мәселелерін көрсеткенде, кернеу эталоны жиі осындай мәселелердің негізгі себебі болып табылады және оған дер кезінде назар аудару қажет.

Қазіргі заманның дәлдік қолданбалары сигналдық тізбектегі әрбір компоненттен ерекше өнімділікті талап етеді. Сіз медициналық құралдар, өнеркәсіптік процестерді басқару жүйелері немесе жоғары ажыратымдылықты өлшеу құрылғыларын жобалауда болсыңыз, кернеу эталонының сапасы сіздің деректеріңіздің дәлдігіне тікелей әсер етеді. Эталондық өнімділік пен жүйенің жалпы дәлдігі арасындағы байланысты түсіну инженерлерге сенімділік пен дәлдікті арттыру үшін жобаларын оптимизациялауға мүмкіндік береді.

Кернеу эталонының негізгі принциптерін түсіну

Деректерді түрлендіруде кернеу эталондарының рөлі

Кернеу эталоны АЦТ және ЦАТ операциялары үшін өзгертулерді салыстыру үшін пайдаланылатын тұрақты, белгілі кернеу деңгейін қамтамасыз етеді. АЦТ-да сілтеме кернеуі толық масштабты кіріс ауқымын анықтайды, ал ЦАТ-да ол максималды шығыс кернеуін анықтайды. Бұл сілменің дәлдігі мен тұрақтылығы бүкіл конверсия жүйесінің дәлдігі мен тұрақтылығына тікелей әсер етеді және оны дәл аналогтық қолданбалардағы ең маңызды компонент етеді.

Анықтама кернеу мен түрлендіру дәлдігі арасындағы математикалық байланыс қарапайым, бірақ терең. Номиналды кернеуі Vref болатын N битті түрлендіргіш үшін теориялық ажырату қабілеті Vref/2^N шамасына тең. Алайда, практикалық дәлдік нақты анықтама кернеуінің номинал мәніне қаншалықты жақын болуына және уақыт, температура және жүктеме жағдайлары өзгерген кезде тұрақтылығын сақтауына үлкен әсер етеді. Бұл негізгі тәуелділік жоғары ажырату қабілетіне ие түрлендіргіштің өзі де анықтама кернеудің сапасымен шектелетінін білдіреді.

Негізгі жұмыс параметрлері

Бастапқы дәлдік белгілі жағдайларда қалыпты температурада анықтама шығыс кернеуінің номинал мәнінен ауытқуын көрсетеді. Бұл параметр түрлендіру жүйесінің абсолюттік дәлдігіне тікелей әсер етеді және көптеген қолдануларда калибрлеу арқылы жойылмайды. Қазіргі заманғы дәлдік кернеу анықтамалары ±0,02% дәлдікке дейін жетуге қол жеткізеді, бірақ жүйенің талаптары таңдау және реттеу процестері арқылы одан да жақсы сапа талап етуі мүмкін.

Температура коэффициенті эталондық кернеудің температураның өзгеруіне байланысты қалай өзгеретінін сипаттайды. Бұл сипаттама миллиондағы бірлікке шаққандағы Цельсий градусы (ppm/°C) арқылы өрнектеледі және температураның тербеліске ұшырайтын қолдануларда маңызды болып табылады. Өнеркәсіптік қолдануларда жұмыс істеу температуралық диапазоны бойынша қабылданатын дәлдікті сақтау үшін әдетте температура коэффициенті 10 ppm/°C төменгі эталондар талап етіледі, ал дәл лабораториялық құралдар 2 ppm/°C деңгейіндегі коэффициенттерді қажет етуі мүмкін.

Кең тараған кернеу эталонының мәселелері мен белгілері

Дыбыс шуы мен тұрақсыздық мәселелері

Кернеу эталонындағы аса көп дабыл АЦТ жүйелерінде түрлендіру дабылының өсуі мен тиімді ажырату қабілетінің төмендеуі ретінде көрінеді. Бұл дабыл эталондық тізбектің өзінен, жеткіліксіз қоректендіру сүзгілеуден немесе жаман ППҚ орналасу практикасынан туындауы мүмкін. Кең жолақты дабыл әдетте сигнал/дабыл қатынасының төмендеуі ретінде пайда болады, ал төмен жиілікті дабыл өлшеу қайталанушылығын әсер ететін базистік дрейфті тудырады. Дабыл көзін анықтау жиілік спектрін және жүйенің жұмыс жағдайларымен байланысты мұқият талдауды талап етеді.

Ұзақ мерзімді тұрақтылық мәселелері біртіндеп пайда болады және жүйені калибрлеу систематикалық қателерді ашқанша көбінесе байқалмайды. Анықтама компоненттердегі старение әсерлері айлар немесе жылдар бойы кернеудің баяу ығысуына әкеледі, ал термиялық циклдеу бұзылу механизмдерін жылдамдатады. Бұл тұрақтылық мәселелері ұзақ уақыт бойы адамсыз жұмыс істеуі немесе сирек калибрлеу циклдері қажет болатын қолдануларда ерекше проблемаға айналады. Анықтамалық кернеу трендін бақылау жақындағы өнімділіктің төмендеуі туралы ерте хабардар етеді.

Жүктеме реттеуі және шығыс кедергісі

Жүктеме токтары өзгерген кезде сілтеме кернеуінің мәні бірқалыпсыз өзгеруі жүктемені реттеудің нашар болуы деп аталады. Бұл проблема әдетте сілтеме тізбегіндегі шығыс драйвер мүмкіндігінің жеткіліксіздігі немесе шығыстағы жоғары импеданстан туындайды. АЦТ-ның түрлендіру циклдары кезінде кіріс токтары өзгергенде, жүктемені реттеуі нашар болатын кернеу сілтемесі сызықты емес және коэффициенттің тербелісі түріндегі түрлендіру қателіктерін енгізеді. Транзиентті жүктеме токтары динамикалық кернеу өзгерістерін тудыратын жоғары жылдамдықты қолдануларда бұл әсер одан әрі күшейеді.

Түрлендіргіштің кіріс сипаттамаларымен шығыс импедансының өзара әрекеттесуі күтпеген жұмыс істеу шектеулерін тудыруы мүмкін. Жоғары шығыс импеданстыы сілтемелер ретті жуықтау мен дельта-сигма түрлендіргіштер сияқты әртүрлі кіріс импедансы бар АЦТ-лар үшін жеткілікті жетекшілік қабілетін қамтамасыз ете алмауы мүмкін. Бұл сәйкессіздік отыру уақыты қателіктеріне, дыбыс деңгейінің артуына немесе кейбір жағдайларда тербеліске әкеп соғуы мүмкін. Импеданс сәйкестендіруді дұрыс орындау үшін сілтеме мүмкіндіктері мен түрлендіргіш талаптарын түсіну қажет.

Кернеу сілтемесінің дұрыс шешімін таңдау

Архитектуралық ескертулер

Бандгэп сілтемелері көптеген дәл қолданбалар үшін өте жақсы температуралық тұрақтылық пен орташа бастапқы дәлдікті қамтамасыз етеді. Бұл сілтемелер төменгі температуралық коэффициенттерге қолжетімсіз температураны түзету арқылы жартылай өткізгіштік өтулердің болжанатын температуралық сипаттамаларын пайдаланады. Қазіргі заманғы бандгэп архитектуралары өнеркәсіптік температуралық диапазондарда 5 ppm/°C-тен төменгі температуралық коэффициенттерге жету үшін қисықтықты түзету және үйлестіру әдістерін қамтиды. Компромисс ретінде басқа архитектуралармен салыстырғанда шуыл деңгейі жоғарырақ болады және қорек көзі кернеуінің өзгерістеріне сезімталдығы бар.

Басылған Зенер эталондары температура коэффициенттері мен қуаттың жоғары болуына қарамастан, ұзақ мерзімді тұрақтылықты және төменгі дыбыс деңгейін қамтамасыз етеді. Бұл сілтемелер абсолюттік дәлдік пен тұрақтылық температуралық өндіру талаптарынан басым болатын қолдануларда жақсы көрсеткіш береді. Зенер сілтемелерінің жақсы дыбыс сипаттамалары оларды жоғары ажырату қабілеті бар өлшеу жүйелері үшін идеалды етеді, ал олардың тамаша ескіру сипаттамалары калибрлеусіз ұзақ уақыт бойы азды-көпті дрейфті талап ететін қолдануларға сәйкес келеді.

Интеграция мен дискретті шешімдер

Интегралды кернеу эталоны aDC немесе DAC құрылғыларына енгізілген шешімдер ыңғайлылық және құнының арзан болуын ұсынады, бірақ талаптары жоғары қолдануларда олардың тиімділігі төмендейді. Бұл интеграцияланған сілтемелер көбінесе жалпы мақсаттағы қолданбалар үшін жеткілікті тиімділік қамтамасыз етеді, бірақ жоғары дәлдікті өлшеулерге қажетті дәлдік пен тұрақтылықтың болмауы мүмкін. Сілтеме мен түрлендіргіш схемалары арасындағы жылулық байланыс жалпы жүйенің тиімділігін нашарлататын температураға тәуелді қателіктерді туғызуы да мүмкін.

Сыртқы дискретті кернеу сілтемелері тізбектің күрделілігі мен компоненттер санының өсуіне байланысты жоғары тиімділік пен икемділік ұсынады. Бұл тәсіл сілтеменің тиімділігін түрлендіргішті таңдаудан тәуелсіз оптимизациялауға және арнайы жоғары тиімділікті сілтемелерді қолдануға мүмкіндік береді. Сілтеме схемасының айналасында дұрыс сүзгілеу, дефлокациялау және жылулық басқаруды іске асыру мүмкіндігі жиі дәлме-дәл қолданбаларда қосымша күрделілікті оправдандырады.

Қолдану үшін жағдайлы практикалар

Қорек Көзін Жобалау және Сүзгілеу

Кернеу референстері үшін дұрыс қуаттандыру схемасын жобалау кезінде дыбыс шуы, реттеу және транзиенттік жауапқа мұқият назар аудару қажет. Дәлдік референстерге әдетте ең таза қуатты төменгі құлақшалы сызықтық реттегіштер береді, ал импульстік реттегіштерден шу инъекциясын болдырмау үшін қатаң сүзгілеу қажет. Референстің қуаттандыру блогы референстің дәлдік талаптарынан жақсырақ реттелу көрсеткішіне ие болуы тиіс, әдетте 0,01% астындағы желілік реттеу мен микровольт/миллиампер диапазонындағы жүктемелік реттеу қол жеткізіледі.

Толық фильтрлеу стратегиялары әртүрлі жиілік диапазондарын шешу үшін сыйымдылықты және индуктивті фильтрлеудің бірнеше сатыларын қамтиды. Жоғары жиілікті дыбыс-шауылдар үшін анықталған құрылғыға жақын орналасқан керамикалық конденсаторлар қажет, ал төменгі жиілікті тербелістер үшін үлкен электролитті немесе пленкалы конденсаторлар қажет. Ферриттік сақиналар немесе кішкентай индуктивтік орамдар анықталған құрылғыны жоғары жиілікті импульсті дыбыс-шауылдан бөліп, тұрақты жұмыс істеу үшін қажетті таза электр қоректендіру ортасын қамтамасыз етеді. Сонымен қатар, фильтрлеу желісі тұрақтылықты сақтауы керек және өнімділікті нашарлататын резонанстардан құтылуы керек.

ППС монтаждық сызбасы және жылумен басқару

ПП тақшасының орналасуы жылу, электр және магниттік байланыс механизмдері арқылы кернеу эталонының жұмыс істеуіне шешуші әсер етеді. Эталонды жылу бөлетін компоненттерден жылулық тұтастықпен ұстау температураға байланысты дрейфті азайтады және тұрақты жұмыс режимін сақтайды. Жерге қосу жазықтығын жобалау эталон токтары үшін төменгі импедансты кері жолдарын қамтамасыз ете отырып, жерлік контурлардың пайда болуын алдын алу үшін мұқият қарастыру талап етеді. Аналогтық және сандық жерге қосу жазықтықтарын дұрыс бір нүктеде қосу арқылы тиімді түрде дыбыс байланысын азайтуға болады.

Жылумен басқару тек компоненттердің орналасуымен ғана шектелмейді, сонымен қатар ауа ағынының үлгілерін, жылу шашқыштарды және жылу уақыт тұрақтыларын қарастыруды қамтиды. Кернеу эталондары жылу тұрақтылығынан пайда көреді, ол жағдайға байланысты дербес жылу шашқыш немесе жылулық изоляцияны талап етуі мүмкін қолдану . Эталон құрылымының жылу уақыт тұрақтысы жылыну уақыты мен температуралық транзиенттерге реакциясына әсер етеді және өлшеу дәлдігіне, сонымен қатар жүйені іске қосу процедураларына ықпал етеді.

Ақауларды табу және диагностикалау әдістері

Өлшеу және сипаттау әдістері

Дәл кернеу эталонын диагностикалау үшін өлшеу қателіктерін енгізбейтін дәл өлшеу құралдары мен дұрыс әдістер қажет. Тиісті дәлдікпен және дәлме-дәлдікпен сандық көпфункционалды құралдар негізгі кернеу өлшеулерін береді, бірақ толық сипаттама алу үшін арнайы кернеу стандарттары мен өлшеу жүйелері қажет. Температураны циклдық өзгерту сынақтары жылу коэффициентінің сипаттамасын ашады, ал ұзақ мерзімді тұрақтылықты бағалау тұрақты өлшеу эталондарымен кеңейтілген бақылауды талап етеді.

Дыбыс сипаттамасы бұрғылар мен жиіліктерді анықтау үшін спектрлік талдауды және уақыттық аймақтағы өлшеулерді талап етеді. Тиісті жолақтық пен сезімталдықпен осциллограф арқылы өлшеулер өту процесінің сипаттамасын және тұрақтану сипатын ашып көрсетеді. Жүктеме реттеу сынағы кезінде кернеу өзгерістерін бақылай отырып, салыстырмалы жүктеме тогы өзгертіледі, осының нәтижесінде шығыс кедергісі мен жетектің мүмкіндіктерінің шектеулері туралы мәлімет алынады. Бұл өлшеулер оптимизациялау жұмыстарын бағыттайды және салыстырмалық параметрлерге сәйкестікті тексеруге мүмкіндік береді.

Жиі кездесетін істен шығу түрлері мен шешімдер

Катастрофалық істен шығулар, әдетте, кернеудің шамадан тыс көтерілуі, кері полярлық немесе эталондық тізбектерді зақымдайтын токтың шамадан тыс тартылуы салдарынан болады. Мұндай істен шығулар, әдетте, шығыс сигналының толық жоғалуы немесе кернеу деңгейлерінің айтарлықтай өзгеруі түрінде көрінеді. Оның алдын алу үшін, енгізу кернеуін шектеу, кері полярлыққа қарсы қорғаныс және қажетті жағдайда токты шектеу сияқты дұрыс тізбектік қорғанысты қамтиды. Мықты конструкциялар қымбат дәлдікті компоненттердің бір нүктедегі істен шығуы арқылы жойылуын болдырмау үшін бірнеше қорғаныс механизмдерін қамтиды.

Бавырлау механизмдеріне электромиграция, метал миграциясы және уақыт өте келе эталондық өнімділікті баяу өзгертетін параметрлер дрейфі жатады. Бұл әсерлер температура, электрлік кернеу және механикалық соққымен тездейді, сондықтан ұзақ мерзімді тұрақтылық үшін орташа бақылау маңызды болып табылады. Регулярлы калибрлеу мен өнімділікті бақылау жүйенің дәлдігіне әсер етуіне дейін бавырлау тенденцияларын анықтауға және алдын ала техникалық қызмет көрсету мен компоненттерді ауыстыру стратегияларын қамтамасыз етеді.

ЖИІ ҚОЙЫЛАТЫН СҰРАҚТАР

Мен өзімнің кернеу эталонымын АЦТ-ның өнімділігіне әсер ететінін қалай анықтаймын?

Алдымен дәл көпфункциялы өлшеуішпен эталондық кернеуді өлшеп, оны анықталған мәнмен салыстырыңыз. Тиісті жолақ ені мен сезімталдықпен осциллографты пайдаланып, дыбыс деңгейін тексеріңіз. Жылу коэффициентінің жұмыс істеуін тексеру үшін температура өзгерісін бақылау сынағын жүргізіңіз және жүктеме шарттары өзгерген кезде эталондық шығысты бақылаңыз. Егер өлшеулер техникалық талаптардан ауытқуларды немесе жұмыс сапасымен байланысты мәселелерді көрсетсе, эталондық құрылғының назар аудару немесе ауыстыру қажет болуы мүмкін.

Кернеу эталонында бастапқы дәлдік пен ұзақ мерзімді тұрақтылық арасындағы айырмашылық қандай?

Бастапқы дәлдік жаңа құрылғының орташа температурадағы номиналды кернеуден ауытқуын көрсетеді және жиі пайыз немесе миллионға шаққандағы бөліктер түрінде көрсетіледі. Ұзақ мерзімді тұрақтылық шығыс кернеуінің уақыт өте келе қаншалықты ығысатынын сипаттайды және түп негізінде 1000 сағатқа немесе жылына миллионға шаққандағы бөліктермен беріледі. Бастапқы дәлдікті жиі калибрлеу арқылы түзетуге болады, алайда ұзақ мерзімді ығысу қайта калибрлеуді талап етеді және уақыт өте келе өлшеу дәлсіздігіне әсер етеді.

Сыртқы электр тізбектері арқылы кернеу эталонының өнімділігін жақсартуға бола ма?

Иә, сыртқы буферлеу, сүзу және температураны түзету сілтеме дәлдігін айтарлықтай жақсартуы мүмкін. Бірлік күшейту коэффициенті бар буферлік күшейткіштер жүктеме әсерін азайтады және жеткізу қабілетін жақсартады, ал төмен жиілікті сүзгі жоғары жиілікті дыбысты азайтады. Температураны түзету тізбектері жылу коэффициентінің дәлдігін жақсартуы мүмкін, ал дәл түзету желілері бастапқы дәлдікті реттеуге мүмкіндік береді. Дегенмен, осы жақсартуларды жаңа қате көздерін немесе тұрақсыздықты енгізбейтіндей етіп ұқыпты түрде жобалау қажет.

Мен интеграцияланған референстің орнына сыртқы кернеу референсін қашан қолдануды қарастыруым керек?

Қолданылу талаптары интеграцияланған референстік басқару мүмкіндігінен асып кеткенде, сыртқы кернеу референстері қажет болады. Бастапқы дәлдігі 0,1% -дан жоғары, температуралық коэффициенті 10 ppm/°C-тан төмен немесе ұзақ мерзімді тұрақтылығы жылына 100 ppm-нан жақсырақ болатын қолданбалар үшін сыртқы референстерді қарастырыңыз. Жоғары ажыратымдылықты өлшеулер, дәл құралдар мен калибрлеу қолданбалары әдетте АЦТ-ны таңдаудан тәуелсіз реттелуі мүмкін болатын арнайы сыртқы референстерден пайда көреді.