מחבר: תומס ברנד, מהנדס יישומי שטח, מכשירים אנלוגיים
ישנן צורות רבות של שרשראות אותות חשמליים. הן יכולות להיות מורכבות מרכיבים חשמליים שונים, כולל חיישנים, מפעילים, מגברים, ממירים אנלוגיים לדיגיטליים (ADC), ממירים דיגיטליים לאנלוגיים (DAC), ואפילובקרים זעירים. הדיוק של כל שרשרת האותות משחק תפקיד מכריע. על מנת לשפר את הדיוק, תחילה יש צורך לזהות ולמזער שגיאות בודדות בכל שרשרת אות. בשל המורכבות של שרשרת האותות, ניתוח זה יהיה משימה קשה. מאמר זה מציג דיוק דיגיטלי לאנלוגי מֵמִיר (DAC) כלי חישוב תקציב שגיאת שרשרת האותות. מאמר זה יתאר את השפעות השגיאה האישיות של הרכיבים המחוברים ל-DAC. לבסוף, מאמר זה ידגים צעד אחר צעד כיצד להשתמש בכלי כדי לזהות ולתקן בעיות אלו.
הדיוק הדיגיטלי לאנלוגי מֵמִיר מחשבון תקציב שגיאות (DAC) מדויק, קל לשימוש ויכול לעזור למפתחים לבחור את הרכיב המתאים ביותר עבור יישום ספציפי. מכיוון שהממיר הדיגיטלי לאנלוגי (DAC) בדרך כלל אינו מופיע בשרשרת האותות בלבד, אלא מחובר להפניה מתח ומגבר תפעולי (לדוגמה, כמאגר התייחסות), יש צורך לשים לב ולסכם את הרכיבים הנוספים הללו ואת השגיאות האישיות שלהם. על מנת להבין טוב יותר מושג זה, אנו מסתכלים תחילה על ההשפעה של שגיאות בודדות של הרכיבים העיקריים, כפי שמוצג באיור 1.
איור 1. המרכיבים העיקריים של שרשרת האותות של ממיר דיגיטלי לאנלוגי (DAC).
ההתייחסות מתח יש ארבע השפעות שגיאה עיקריות. הראשון קשור לדיוק הראשוני (שגיאה ראשונית), מה שמראה שמתח המוצא שנמדד במבחן הייצור ב-25°C (טמפרטורה שצוינה) אינו יציב. בנוסף, ישנן שגיאות הקשורות למקדמי טמפרטורה (שגיאות מקדם טמפרטורה), שגיאות התאמת עומס ושגיאות כוונון קו. לדיוק הראשוני ושגיאת מקדם הטמפרטורה יש את ההשפעה הגדולה ביותר על השגיאה הכוללת.
במגבר תפעולי, שגיאת היסט המתח והתנגדותלשגיאת ההתנגדות יש את ההשפעה הגדולה ביותר. שגיאת מתח היסט הקלט מתייחסת להפרש המתח הקטן המופעל בכוח על מסוף הקלט על מנת לקבל פלט מתח אפס. שגיאת הרווח נגרמת משגיאת ההתנגדות של המקביל נַגָד משמש להגדרת הרווח בלולאה סגורה. שגיאות אחרות נגרמות על ידי זרם הטיה, יחס דחיית ספק כוח (PSRR), רווח לולאה פתוחה, זרם היסט קלט, היסט CMRR וסחף מתח היסט קלט.
עבור הממיר הדיגיטלי לאנלוגי (DAC) עצמו, ניתנים בדף הנתונים סוגים שונים של שגיאות, כגון שגיאת אי-לינאריות אינטגרלית (INL), הקשורה להפרש בין מתח המוצא האידיאלי למתח המוצא הנמדד בפועל. לפי קוד קלט נתון. סוגי שגיאה אחרים הם שגיאת רווח, שגיאת היסט ושגיאת מקדם טמפרטורה רווח. לפעמים הם משולבים ליצירת שגיאה מוחלטת בלתי ניתנת להתאמה (TUE). TUE קשור לכל שגיאות ה-DAC של פלט המדידה, כלומר INL, שגיאות היסט והגבר, וסחיפה של הפלט בטווח מתח האספקה והטמפרטורה.
מכיוון שמקורות שגיאה שונים בדרך כלל אינם מתואמים, השיטה המדויקת ביותר לחישוב השגיאה הכוללת בשרשרת האותות היא שיטת הסובלנות הסטטיסטית בריבוע:
איסוף השגיאה של כל רכיב הוא בדרך כלל משימה מייגעת. כעת נוכל להשתמש במחשבון תקציב השגיאה כדי לפשט עבודה זו ולקבל את אותן תוצאות חישוב מדויקות.
איור 2. ייצוג השפעת השגיאה במחשבון תקציב שגיאות ADI
שלבים לשימוש במחשבון תקציב שגיאות דיגיטלי-לאנלוגי (DAC) מדויק
ראשית, השתמש במחשבון תקציב השגיאה כדי לבחור מבין שלושה סוגים של ממירים דיגיטליים לאנלוגיים (DAC): DAC פלט מתח, הכפלת DAC ו-DAC מקור זרם של 4 mA עד 20 mA. לאחר מכן, הגדר את טווח הטמפרטורה ואת אדוות מתח אספקת החשמל הנדרשות לחישוב השגיאה, האחרון ישחק תפקיד מכריע בשגיאת PSRR. לאחר הזנת ערכים אלו, המחשבון יפיק גרף המציג את ההשפעה של כל שגיאה על כל רכיב בשרשרת האותות, כפי שמוצג באיור 2.
השגיאה הכוללת בדוגמה זו מושפעת בעיקר ממתח הייחוס. ניתן לשפר את שרשרת האותות על ידי שימוש בהתייחסות מדויקת יותר מודולים.
ההתנגדות המשולבת של הממיר הדיגיטלי לאנלוגי (DAC) אחראית להשוואת המגברי ההיפוך הפנימיים, ובכך משפרת את הדיוק, וממלאת תפקיד מכריע בשגיאה הכוללת של הממיר הדיגיטלי לאנלוגי (DAC) . בממירים דיגיטליים לאנלוגיים (DAC) ללא נגדים משולבים או מגברי היפוך פנימיים, ניתן להגדיר פרמטרים אלו בנפרד, כפי שמוצג באיור 2.
מחשבון תקציב השגיאה אמין וקל לשימוש, מה שמקל על יצירת שרשרת אותות דיגיטלית-אנלוגי (DAC) מדויקת ולהעריך במהירות פשרות בתכנון.
על המחבר
תומס ברנד הצטרף ל-ADI במינכן, גרמניה ב-2015, כשהוא עדיין למד לתואר שני. לאחר סיום הלימודים הוא השתתף בתוכנית החניכים של ADI. ב-2017 הוא הפך למהנדס יישומי שטח. תומס מספקת תמיכה ללקוחות תעשייתיים גדולים במרכז אירופה ומתמקדת בתחום ה-Ethernet התעשייתי. הוא סיים לימודי הנדסת חשמל מאוניברסיטת יוניון לחינוך במוסבך, גרמניה, ולאחר מכן השיג תואר שני במכירות בינלאומיות מאוניברסיטת קונסטנץ למדעים שימושיים, גרמניה.