Autor: Thomas Brand, Field Application Engineer, Analog Devices
Es gibt viele Formen elektrischer Signalketten. Sie können aus verschiedenen elektrischen Komponenten bestehen, darunter Sensoren, Aktoren, Verstärker, Analog-Digital-Wandler (ADC), Digital-Analog-Wandler (DAC) und sogarMikrocontroller. Dabei spielt die Genauigkeit der gesamten Signalkette eine entscheidende Rolle. Um die Genauigkeit zu verbessern, müssen zunächst einzelne Fehler in jeder Signalkette identifiziert und minimiert werden. Aufgrund der Komplexität der Signalkette wird diese Analyse eine schwierige Aufgabe. Dieser Artikel stellt eine präzise Digital-zu-Analog-Methode vor Konverter (DAC) Tool zur Berechnung des Signalkettenfehlerbudgets. In diesem Artikel werden die einzelnen Fehlerauswirkungen der an den DAC angeschlossenen Komponenten beschrieben. Schließlich wird in diesem Artikel Schritt für Schritt gezeigt, wie Sie das Tool verwenden, um diese Probleme zu identifizieren und zu beheben.
Die Präzision von Digital zu Analog Konverter (DAC) Fehlerbudgetrechner ist genau, einfach zu verwenden und kann Entwicklern bei der Auswahl der am besten geeigneten Komponente für eine bestimmte Anwendung helfen. Denn der Digital-Analog-Wandler (DAC) erscheint meist nicht allein in der Signalkette, sondern ist mit der Referenz verbunden Spannung und Operationsverstärker (zB als Referenzpuffer) ist es notwendig, diese zusätzlichen Komponenten und ihre einzelnen Fehler zu beachten und zusammenzufassen. Um dieses Konzept besser zu verstehen, betrachten wir zunächst den Einfluss einzelner Fehler der Hauptkomponenten, wie in Abbildung 1 dargestellt.
Abbildung 1.Die Hauptkomponenten der Signalkette des Digital-Analog-Wandlers (DAC)
Die Referenz Spannung hat vier Hauptfehlereffekte. Der erste bezieht sich auf die Anfangsgenauigkeit (Anfangsfehler), die zeigt, dass die im Produktionstest bei 25 °C (spezifizierte Temperatur) gemessene Ausgangsspannung instabil ist. Darüber hinaus gibt es Fehler im Zusammenhang mit Temperaturkoeffizienten (Temperaturkoeffizientenfehler), Lastanpassungsfehler und Leitungsanpassungsfehler. Den größten Einfluss auf den Gesamtfehler haben die Anfangsgenauigkeit und der Temperaturkoeffizientfehler.
In einem Operationsverstärker sind der Eingangs-Offsetspannungsfehler undWiderstandDer Widerstandsfehler hat den größten Einfluss. Der Eingangs-Offsetspannungsfehler bezieht sich auf die kleine Spannungsdifferenz, die zwangsweise an den Eingangsanschluss angelegt wird, um einen Nullspannungsausgang zu erhalten. Der Verstärkungsfehler wird durch den Widerstandsfehler des entsprechenden verursacht Widerstand wird verwendet, um die Closed-Loop-Verstärkung einzustellen. Andere Fehler werden durch Bias-Strom, Stromversorgungs-Unterdrückungsverhältnis (PSRR), Leerlaufverstärkung, Eingangs-Offset-Strom, CMRR-Offset und Eingangs-Offset-Spannungsdrift verursacht.
Für den Digital-Analog-Wandler (DAC) selbst sind im Datenblatt verschiedene Arten von Fehlern angegeben, wie z. B. der integrale Nichtlinearitätsfehler (INL), der mit der Differenz zwischen der idealen Ausgangsspannung und der tatsächlichen Ausgangsspannung, die durch einen bestimmten Eingangscode gemessen wird, zusammenhängt. Andere Fehlertypen sind Verstärkungsfehler, Offsetfehler und Verstärkungstemperaturkoeffizientenfehler. Manchmal werden sie zu einem Total Unadjustable Error (TUE) zusammengefasst. TUE bezieht sich auf alle DAC-Fehler des Messausgangs, nämlich INL, Offset- und Verstärkungsfehler sowie Ausgangsdrift innerhalb des Versorgungsspannungs- und Temperaturbereichs.
Da verschiedene Fehlerquellen in der Regel unkorreliert sind, ist die genaueste Methode zur Berechnung des Gesamtfehlers in der Signalkette die statistische quadratische Toleranzmethode:
Das Sammeln der Fehler jeder Komponente ist normalerweise eine mühsame Aufgabe. Jetzt können wir den Fehlerbudgetrechner verwenden, um diese Arbeit zu vereinfachen und die gleichen genauen Berechnungsergebnisse zu erhalten.
Abbildung 2. Darstellung des Einflusses des Fehlers im ADI-Fehlerbudgetrechner
Schritte zur Verwendung des Fehlerbudgetrechners für den Präzisions-Digital-Analog-Wandler (DAC)
Verwenden Sie zunächst den Fehlerbudgetrechner, um aus drei Arten von Digital-Analog-Wandlern (DAC) auszuwählen: Spannungsausgangs-DAC, Multiplikations-DAC und 4 mA bis 20 mA Stromquellen-DAC. Als nächstes stellen Sie den Temperaturbereich und die Welligkeit der Versorgungsspannung ein, die für die Fehlerberechnung erforderlich sind, letztere spielen eine entscheidende Rolle für den PSRR-Fehler. Nach Eingabe dieser Werte generiert der Rechner ein Diagramm, das die Auswirkungen jedes Fehlers auf jede Komponente in der Signalkette zeigt, wie in Abbildung 2 gezeigt.
Der Gesamtfehler in diesem Beispiel wird hauptsächlich durch die Referenzspannung beeinflusst. Diese Signalkette kann durch genauere Referenzen verbessert werden Module.
Der integrierte Widerstand des Digital-Analog-Wandlers (DAC) ist für den Vergleich der internen invertierenden Verstärker verantwortlich, verbessert dadurch die Genauigkeit und trägt entscheidend zum Gesamtfehler des Digital-Analog-Wandlers (DAC) bei. . Bei Digital-Analog-Wandlern (DACs) ohne integrierte Widerstände oder interne invertierende Verstärker können diese Parameter individuell eingestellt werden, wie in Abbildung 2 dargestellt.
Der Fehlerbudget-Rechner ist zuverlässig und einfach zu bedienen, was es einfacher macht, eine präzise Digital-Analog-Wandler-(DAC)-Signalkette zu erstellen und Designkompromisse schnell zu bewerten.
Über den Autor
Thomas Brand kam 2015 zu ADI in München, Deutschland, als er noch sein Masterstudium absolvierte. Nach seinem Abschluss nahm er am Traineeprogramm der ADI teil. Im Jahr 2017 wurde er Field Application Engineer. Thomas betreut große Industriekunden in Mitteleuropa und konzentriert sich auf den Bereich Industrial Ethernet. Er schloss sein Studium der Elektrotechnik an der Pädagogischen Hochschule der Union in Mosbach (Deutschland) ab und erwarb anschließend einen Master-Abschluss in internationalem Vertrieb an der Hochschule Konstanz (Deutschland).