المؤلف: توماس براند ، مهندس التطبيق الميداني ، الأجهزة التناظرية
هناك العديد من أشكال سلاسل الإشارات الكهربائية ، ويمكن أن تتكون من مكونات كهربائية مختلفة ، بما في ذلك المستشعرات ، والمحركات ، ومكبرات الصوت ، والمحولات التناظرية إلى الرقمية (ADC) ، والمحولات الرقمية إلى التناظرية (DAC) ، وحتىمتحكم. تلعب دقة سلسلة الإشارة بأكملها دورًا حاسمًا. من أجل تحسين الدقة ، من الضروري أولاً تحديد وتقليل الأخطاء الفردية في كل سلسلة إشارة. نظرًا لتعقيد سلسلة الإشارات ، سيكون هذا التحليل مهمة صعبة. يقدم هذا المقال الدقة الرقمية التناظرية محول (DAC) أداة حساب ميزانية خطأ سلسلة الإشارة. ستصف هذه المقالة تأثيرات الخطأ الفردية للمكونات المتصلة بـ DAC. أخيرًا ، ستوضح هذه المقالة خطوة بخطوة كيفية استخدام الأداة لتحديد هذه المشكلات وتصحيحها.
الدقة الرقمية التناظرية محول (DAC) حاسبة ميزانية الخطأ دقيقة وسهلة الاستخدام ويمكن أن تساعد المطورين في اختيار المكون الأكثر ملاءمة لتطبيق معين. نظرًا لأن المحول الرقمي إلى التناظري (DAC) لا يظهر عادةً في سلسلة الإشارة وحدها ، ولكنه متصل بالمرجع الجهد االكهربى ومضخم التشغيل (على سبيل المثال ، كمخزن مؤقت مرجعي) ، من الضروري الانتباه إلى هذه المكونات الإضافية وأخطاءها الفردية وتلخيصها. من أجل فهم هذا المفهوم بشكل أفضل ، ننظر أولاً إلى تأثير الأخطاء الفردية للمكونات الرئيسية ، كما هو موضح في الشكل 1.
الشكل 1. المكونات الرئيسية لسلسلة إشارة المحول الرقمي إلى التناظري (DAC)
المرجع الجهد االكهربى أربعة تأثيرات رئيسية للخطأ. الأول يتعلق بالدقة الأولية (الخطأ الأولي) ، مما يدل على أن جهد الخرج المقاس في اختبار الإنتاج عند 25 درجة مئوية (درجة الحرارة المحددة) غير مستقر. بالإضافة إلى ذلك ، هناك أخطاء تتعلق بمعاملات درجة الحرارة (أخطاء معامل درجة الحرارة) وأخطاء ضبط الحمل وأخطاء ضبط الخط. الدقة الأولية وخطأ معامل درجة الحرارة لهما التأثير الأكبر على الخطأ الكلي.
في مكبر تشغيلي ، خطأ جهد تعويض الدخل ومقاومةخطأ المقاومة له التأثير الأكبر. يشير خطأ جهد إزاحة الإدخال إلى فرق الجهد الصغير الذي يتم تطبيقه قسرًا على طرف الإدخال من أجل الحصول على خرج جهد صفري. يحدث خطأ الكسب بسبب خطأ المقاومة المقابل المقاوم تستخدم لضبط كسب الحلقة المغلقة. تحدث الأخطاء الأخرى بسبب تيار التحيز ، ونسبة رفض مصدر الطاقة (PSRR) ، وكسب الحلقة المفتوحة ، وتيار إزاحة الإدخال ، وإزاحة CMRR ، وانحراف جهد إزاحة الإدخال.
بالنسبة للمحول الرقمي إلى التناظري (DAC) نفسه ، يتم تقديم أنواع مختلفة من الأخطاء في ورقة البيانات ، مثل خطأ غير خطي متكامل (INL) ، والذي يرتبط بالاختلاف بين جهد الخرج المثالي والجهد الناتج الفعلي المقاس بواسطة كود إدخال معين. أنواع الأخطاء الأخرى هي خطأ الكسب وخطأ الإزاحة وخطأ معامل درجة الحرارة المكتسب. في بعض الأحيان يتم دمجها لتشكيل خطأ إجمالي غير قابل للتعديل (TUE). يرتبط TUE بجميع أخطاء DAC الناتجة عن القياس ، مثل أخطاء INL والإزاحة والكسب وانحراف الإخراج ضمن نطاق جهد الإمداد ودرجة الحرارة.
نظرًا لأن مصادر الخطأ المختلفة عادة ما تكون غير مرتبطة ، فإن الطريقة الأكثر دقة لحساب الخطأ الكلي في سلسلة الإشارة هي طريقة التسامح التربيعي الإحصائي:
عادة ما يكون جمع الخطأ لكل مكون مهمة شاقة. الآن يمكننا استخدام حاسبة ميزانية الخطأ لتبسيط هذا العمل والحصول على نفس نتائج الحساب الدقيقة.
الشكل 2. تمثيل تأثير الخطأ في حاسبة خطأ ADI
خطوات استخدام حاسبة موازنة خطأ المحول الرقمي إلى التناظري الدقيق (DAC)
أولاً ، استخدم حاسبة ميزانية الخطأ للاختيار من بين ثلاثة أنواع من المحولات الرقمية إلى التناظرية (DAC): إخراج الجهد DAC ، وضرب DAC ، و 4 مللي أمبير إلى 20 مللي أمبير مصدر التيار DAC. بعد ذلك ، قم بتعيين نطاق درجة الحرارة وتموج جهد إمداد الطاقة المطلوب لحساب الخطأ ، وسوف يلعب الأخير دورًا حاسمًا في خطأ PSRR. بعد إدخال هذه القيم ، ستقوم الآلة الحاسبة بإنشاء رسم بياني يوضح تأثير كل خطأ على كل مكون في سلسلة الإشارة ، كما هو موضح في الشكل 2.
يتأثر الخطأ الإجمالي في هذا المثال بشكل أساسي بالجهد المرجعي. يمكن تحسين سلسلة الإشارة هذه باستخدام مرجع أكثر دقة الوحدات.
المقاومة المتكاملة للمحول الرقمي إلى التناظري (DAC) هي المسؤولة عن مقارنة مكبرات الصوت العاكسة الداخلية ، وبالتالي تحسين الدقة ، وتلعب دورًا حاسمًا في الخطأ الكلي للمحول الرقمي إلى التناظري (DAC) . في المحولات الرقمية إلى التناظرية (DACs) بدون مقاومات متكاملة أو مكبرات صوت مقلوبة داخلية ، يمكن تعيين هذه المعلمات بشكل فردي ، كما هو موضح في الشكل 2.
تعد حاسبة ميزانية الخطأ موثوقة وسهلة الاستخدام ، مما يسهل إنشاء سلسلة إشارات دقيقة لمحول رقمي إلى تناظري (DAC) وتقييم مقايضات التصميم بسرعة.
عن المؤلف
انضم توماس براند إلى ADI في ميونيخ بألمانيا في عام 2015 ، عندما كان لا يزال يدرس للحصول على درجة الماجستير. بعد التخرج ، شارك في برنامج المتدربين في ADI. في عام 2017 ، أصبح مهندس تطبيق ميداني. يقدم Thomas الدعم للعملاء الصناعيين الكبار في أوروبا الوسطى ويركز على مجال الإيثرنت الصناعي. تخرج في الهندسة الكهربائية من جامعة يونيون للتعليم في موسباخ بألمانيا ، ثم حصل على درجة الماجستير في المبيعات الدولية من جامعة كونستانز للعلوم التطبيقية بألمانيا.