Autor: Thomas Brand, ingeniero de aplicaciones de campo, Analog Devices
Existen muchas formas de cadenas de señales eléctricas y pueden estar compuestas por diferentes componentes eléctricos, incluidos sensores, actuadores, amplificadores, convertidores analógico a digital (ADC), convertidores digital a analógico (DAC) e inclusoMicrocontroladores. La precisión de toda la cadena de señales juega un papel decisivo. Para mejorar la precisión, primero es necesario identificar y minimizar los errores individuales en cada cadena de señales. Debido a la complejidad de la cadena de señales, este análisis será una tarea difícil. Este artículo presenta una precisión de digital a analógico. convertidor (DAC) herramienta de cálculo del presupuesto de errores de la cadena de señales. Este artículo describirá los efectos de error individuales de los componentes conectados al DAC. Finalmente, este artículo demostrará paso a paso cómo utilizar la herramienta para identificar y corregir estos problemas.
La precisión de digital a analógico convertidor La calculadora de presupuesto de errores (DAC) es precisa, fácil de usar y puede ayudar a los desarrolladores a elegir el componente más adecuado para una aplicación específica. Dado que el convertidor de digital a analógico (DAC) generalmente no aparece solo en la cadena de señal, sino que está conectado a la referencia voltaje y amplificador operacional (por ejemplo, como un búfer de referencia), es necesario prestar atención y resumir estos componentes adicionales y sus errores individuales. Para comprender mejor este concepto, primero observamos la influencia de los errores individuales de los componentes principales, como se muestra en la Figura 1.
Figura 1: Los componentes principales de la cadena de señales del convertidor digital a analógico (DAC)
La referencia voltaje tiene cuatro efectos de error principales. El primero está relacionado con la precisión inicial (error inicial), que muestra que el voltaje de salida medido en la prueba de producción a 25°C (temperatura especificada) es inestable. Además, hay errores relacionados con los coeficientes de temperatura (errores de coeficiente de temperatura), errores de ajuste de carga y errores de ajuste de línea. La precisión inicial y el error del coeficiente de temperatura tienen la mayor influencia en el error total.
En un amplificador operacional, el error de voltaje de compensación de entrada yresistenciaEl error de resistencia tiene el mayor impacto. El error de voltaje de compensación de entrada se refiere a la pequeña diferencia de voltaje que se aplica a la fuerza al terminal de entrada para obtener una salida de voltaje cero. El error de ganancia es causado por el error de resistencia del correspondiente Resistencia utilizado para establecer la ganancia de bucle cerrado. Otros errores son causados por la corriente de polarización, la relación de rechazo de la fuente de alimentación (PSRR), la ganancia de bucle abierto, la corriente de compensación de entrada, la compensación de CMRR y la deriva del voltaje de compensación de entrada.
Para el convertidor de digital a analógico (DAC) en sí, se dan varios tipos de errores en la hoja de datos, como el error de no linealidad integral (INL), que está relacionado con la diferencia entre el voltaje de salida ideal y el voltaje de salida real medido. por un código de entrada dado. Otros tipos de errores son error de ganancia, error de compensación y error de coeficiente de temperatura de ganancia. A veces se combinan para formar un error total no ajustable (TUE). TUE está relacionado con todos los errores DAC de salida de medición, a saber, INL, errores de compensación y ganancia, y desviación de salida dentro del rango de temperatura y voltaje de suministro.
Dado que las diferentes fuentes de error generalmente no están correlacionadas, el método más preciso para calcular el error total en la cadena de señales es el método estadístico de tolerancia al cuadrado:
Recoger el error de cada componente suele ser una tarea tediosa. Ahora podemos usar la calculadora de presupuesto de error para simplificar este trabajo y obtener los mismos resultados de cálculo precisos.
figura 2. Representación de la influencia del error en la calculadora de presupuesto de error ADI
Pasos para utilizar la calculadora de presupuesto de error del convertidor digital a analógico (DAC) de precisión
Primero, use la calculadora de presupuesto de error para elegir entre tres tipos de convertidores de digital a analógico (DAC): salida de voltaje DAC, multiplicador de DAC y fuente de corriente de 4 mA a 20 mA DAC. A continuación, establezca el rango de temperatura y la ondulación del voltaje de la fuente de alimentación necesarios para el cálculo del error, este último jugará un papel decisivo en el error PSRR. Después de ingresar estos valores, la calculadora generará un gráfico que muestra el efecto de cada error en cada componente de la cadena de señal, como se muestra en la Figura 2.
El error total en este ejemplo se ve afectado principalmente por la tensión de referencia. Esta cadena de señal se puede mejorar utilizando una referencia más precisa Módulos.
La resistencia integrada del convertidor de digital a analógico (DAC) es responsable de la comparación de los amplificadores inversores internos, mejorando así la precisión, y juega un papel decisivo en el error total del convertidor de digital a analógico (DAC). . En los convertidores de digital a analógico (DAC) sin resistencias integradas o amplificadores inversores internos, estos parámetros se pueden configurar individualmente, como se muestra en la Figura 2.
La calculadora de presupuesto de error es confiable y fácil de usar, lo que facilita la creación de una cadena de señal de conversión digital a analógica (DAC) de precisión y evalúa rápidamente las compensaciones del diseño.
Sobre la autora
Thomas Brand se incorporó a ADI en Múnich, Alemania, en 2015, cuando aún estaba estudiando una maestría. Después de graduarse, participó en el programa de prácticas de ADI. En 2017, se convirtió en ingeniero de aplicaciones de campo. Thomas brinda soporte a grandes clientes industriales en Europa Central y se enfoca en el campo de Ethernet industrial. Se graduó en ingeniería eléctrica de la Union University of Education en Mosbach, Alemania, y luego obtuvo una maestría en ventas internacionales de la Konstanz University of Applied Sciences, Alemania.