Auteur: Thomas Brand, Field Application Engineer, Analog Devices
Er zijn veel vormen van elektrische signaalketens. Ze kunnen zijn samengesteld uit verschillende elektrische componenten, waaronder sensoren, actuatoren, versterkers, analoog-naar-digitaalomzetters (ADC), digitaal-naar-analoogomzetters (DAC) en zelfsMicrocontrollers. De nauwkeurigheid van de gehele signaalketen speelt een beslissende rol. Om de nauwkeurigheid te verbeteren, is het eerst nodig om individuele fouten in elke signaalketen te identificeren en te minimaliseren. Vanwege de complexiteit van de signaalketen zal deze analyse een moeilijke taak zijn. Dit artikel introduceert een precisie digitaal-naar-analoog omvormer (DAC) tool voor het berekenen van budgetfouten in de signaalketen. Dit artikel beschrijft de individuele fouteffecten van de componenten die op de DAC zijn aangesloten. Ten slotte zal dit artikel stap voor stap demonstreren hoe u de tool kunt gebruiken om deze problemen te identificeren en op te lossen.
De precisie digitaal-naar-analoog omvormer (DAC) foutbudgetcalculator is nauwkeurig, gebruiksvriendelijk en kan ontwikkelaars helpen bij het kiezen van het meest geschikte onderdeel voor een specifieke toepassing. Omdat de digitaal-naar-analoog-omzetter (DAC) meestal niet alleen in de signaalketen voorkomt, maar is aangesloten op de referentie spanning en operationele versterker (bijvoorbeeld als referentiebuffer), is het noodzakelijk om aandacht te besteden aan deze aanvullende componenten en hun individuele fouten en deze samen te vatten. Om dit concept beter te begrijpen, kijken we eerst naar de invloed van individuele fouten van de hoofdcomponenten, zoals weergegeven in figuur 1.
figuur 1. De belangrijkste componenten van de digitaal-naar-analoogomzetter (DAC) signaalketen:
De referentie spanning heeft vier belangrijke fouteffecten. De eerste heeft betrekking op de initiële nauwkeurigheid (initiële fout), waaruit blijkt dat de uitgangsspanning gemeten in de productietest bij 25°C (gespecificeerde temperatuur) onstabiel is. Bovendien zijn er fouten met betrekking tot temperatuurcoëfficiënten (temperatuurcoëfficiëntfouten), belastingsaanpassingsfouten en lijnaanpassingsfouten. De initiële nauwkeurigheid en temperatuurcoëfficiëntfout hebben de grootste invloed op de totale fout.
In een operationele versterker zijn de ingangsoffsetspanningsfout enWeerstandDe weerstandsfout heeft de grootste impact. De ingangsoffsetspanningsfout verwijst naar het kleine spanningsverschil dat geforceerd wordt toegepast op de ingangsklem om een uitgangsspanning van nul te verkrijgen. De versterkingsfout wordt veroorzaakt door de weerstandsfout van de overeenkomstige Weerstand gebruikt om de gesloten-lusversterking in te stellen. Andere fouten worden veroorzaakt door biasstroom, voedingsonderdrukkingsverhouding (PSRR), open-lusversterking, ingangsoffsetstroom, CMRR-offset en ingangsoffsetspanningsdrift.
Voor de digitaal-naar-analoog-omzetter (DAC) zelf worden verschillende soorten fouten gegeven in het gegevensblad, zoals de integrale niet-lineariteitsfout (INL), die verband houdt met het verschil tussen de ideale uitgangsspanning en de daadwerkelijk gemeten uitgangsspanning door een bepaalde invoercode. Andere soorten fouten zijn versterkingsfouten, offsetfouten en fouten in de versterkingstemperatuurcoëfficiënt. Soms worden ze gecombineerd om een totaal niet-aanpasbare fout (TUE) te vormen. TUE heeft betrekking op alle DAC-foutmetingen, namelijk INL-, offset- en versterkingsfouten, en uitgangsdrift binnen het voedingsspannings- en temperatuurbereik.
Aangezien verschillende bronnen van fouten gewoonlijk ongecorreleerd zijn, is de meest nauwkeurige methode voor het berekenen van de totale fout in de signaalketen de statistische gekwadrateerde tolerantiemethode:
Het verzamelen van de fout van elk onderdeel is meestal een vervelende taak. Nu kunnen we de foutenbudgetcalculator gebruiken om dit werk te vereenvoudigen en dezelfde nauwkeurige berekeningsresultaten te krijgen.
figuur 2. Weergave van de invloed van de fout in de ADI error budget calculator
Stappen om de precisie-digitaal-naar-analoogomzetter (DAC) foutbudgetcalculator te gebruiken
Gebruik eerst de foutbudgetcalculator om te kiezen uit drie soorten digitaal-naar-analoogomzetters (DAC): spanningsuitgang DAC, vermenigvuldigende DAC en 4 mA tot 20 mA stroombron DAC. Stel vervolgens het temperatuurbereik en de rimpel van de voedingsspanning in die nodig zijn voor de foutberekening, deze laatste zal een beslissende rol spelen in de PSRR-fout. Nadat deze waarden zijn ingevoerd, genereert de rekenmachine een grafiek die het effect van elke fout op elk onderdeel in de signaalketen laat zien, zoals weergegeven in afbeelding 2.
De totale fout in dit voorbeeld wordt voornamelijk beïnvloed door de referentiespanning. Deze signaalketen kan worden verbeterd door een nauwkeurigere referentie te gebruiken Modules.
De geïntegreerde weerstand van de digitaal-naar-analoogomzetter (DAC) is verantwoordelijk voor de vergelijking van de interne inverterende versterkers, waardoor de nauwkeurigheid wordt verbeterd, en speelt een beslissende rol in de totale fout van de digitaal-naar-analoogomzetter (DAC) . In digitaal-naar-analoogomzetters (DAC's) zonder geïntegreerde weerstanden of interne inverterende versterkers kunnen deze parameters afzonderlijk worden ingesteld, zoals weergegeven in afbeelding 2.
De foutbudgetcalculator is betrouwbaar en gebruiksvriendelijk, waardoor het eenvoudiger wordt om een nauwkeurige digitaal-naar-analoogomzetter (DAC) signaalketen te maken en snel ontwerptrade-offs te evalueren.
Over de auteur
Thomas Brand kwam in 2015 bij ADI in München, Duitsland, toen hij nog aan het studeren was voor een masterdiploma. Na zijn afstuderen nam hij deel aan het traineeprogramma van ADI. In 2017 werd hij veldtoepassingsingenieur. Thomas ondersteunt grote industriële klanten in Centraal-Europa en richt zich op het industriële Ethernet-veld. Hij studeerde af in elektrotechniek aan de Union University of Education in Mosbach, Duitsland, en behaalde vervolgens een masterdiploma in internationale verkoop aan de Konstanz University of Applied Sciences, Duitsland.