Autor: Thomas Brand, Engenheiro de Aplicação de Campo, Dispositivos Analógicos
Existem muitas formas de cadeias de sinais elétricos. Elas podem ser compostas por diferentes componentes elétricos, incluindo sensores, atuadores, amplificadores, conversores analógico-digital (ADC), conversores digital-analógico (DAC) e atéMicrocontroladores. A precisão de toda a cadeia de sinal desempenha um papel decisivo. Para melhorar a precisão, primeiro é necessário identificar e minimizar os erros individuais em cada cadeia de sinal. Devido à complexidade da cadeia de sinal, essa análise será uma tarefa difícil. Este artigo apresenta uma precisão digital-para-analógica conversor (DAC) ferramenta de cálculo de orçamento de erro de cadeia de sinal. Este artigo descreverá os efeitos de erro individuais dos componentes conectados ao DAC. Finalmente, este artigo demonstrará passo a passo como usar a ferramenta para identificar e corrigir esses problemas.
A precisão digital-analógica conversor A calculadora de orçamento de erro (DAC) é precisa, fácil de usar e pode ajudar os desenvolvedores a escolher o componente mais adequado para um aplicativo específico. Como o conversor digital-analógico (DAC) geralmente não aparece sozinho na cadeia de sinal, mas está conectado à referência Voltagem e amplificador operacional (por exemplo, como um buffer de referência), é necessário prestar atenção e resumir esses componentes adicionais e seus erros individuais. Para melhor compreender este conceito, primeiro olhamos para a influência dos erros individuais dos componentes principais, conforme mostrado na Figura 1.
figura 1. Os principais componentes da cadeia de sinal do conversor digital para analógico (DAC)
A referência Voltagem tem quatro efeitos de erro principais. A primeira está relacionada à precisão inicial (erro inicial), que mostra que a tensão de saída medida no teste de produção a 25°C (temperatura especificada) é instável. Além disso, existem erros relacionados a coeficientes de temperatura (erros de coeficiente de temperatura), erros de ajuste de carga e erros de ajuste de linha. A precisão inicial e o erro do coeficiente de temperatura têm a maior influência no erro total.
Em um amplificador operacional, o erro de tensão de deslocamento de entrada eresistênciaO erro de resistência tem o maior impacto. O erro de tensão de deslocamento de entrada refere-se à pequena diferença de tensão que é aplicada à força ao terminal de entrada para obter uma saída de tensão zero. O erro de ganho é causado pelo erro de resistência do correspondente Resistor usado para definir o ganho de malha fechada. Outros erros são causados por corrente de polarização, taxa de rejeição da fonte de alimentação (PSRR), ganho de malha aberta, corrente de deslocamento de entrada, deslocamento de CMRR e desvio de tensão de deslocamento de entrada.
Para o próprio conversor digital-analógico (DAC), vários tipos de erros são fornecidos na folha de dados, como erro de não linearidade integral (INL), que está relacionado à diferença entre a tensão de saída ideal e a tensão de saída real medida por um determinado código de entrada. Outros tipos de erro são erro de ganho, erro de deslocamento e erro de coeficiente de temperatura de ganho. Às vezes, eles são combinados para formar um erro total inajustável (TUE). A TUE está relacionada a todos os erros DAC de saída de medição, nomeadamente INL, erros de deslocamento e ganho e desvio de saída dentro da faixa de tensão e temperatura de alimentação.
Uma vez que diferentes fontes de erro geralmente não estão correlacionadas, o método mais preciso para calcular o erro total na cadeia de sinal é o método de tolerância ao quadrado estatístico:
Coletar o erro de cada componente é geralmente uma tarefa tediosa. Agora podemos usar a calculadora de orçamento de erro para simplificar esse trabalho e obter os mesmos resultados de cálculo precisos.
figura 2. Representação da influência do erro na calculadora de orçamento de erro ADI
Etapas para usar a calculadora de orçamento de erro do conversor digital para analógico de precisão (DAC)
Primeiro, use a calculadora de orçamento de erro para escolher entre três tipos de conversores digital para analógico (DAC): saída de tensão DAC, multiplicando DAC e fonte de corrente de 4 mA a 20 mA DAC. Em seguida, defina a faixa de temperatura e a ondulação de tensão da fonte de alimentação necessária para o cálculo do erro, o último terá um papel decisivo no erro PSRR. Após inserir esses valores, a calculadora irá gerar um gráfico mostrando o efeito de cada erro em cada componente da cadeia de sinal, conforme mostrado na Figura 2.
O erro total neste exemplo é afetado principalmente pela tensão de referência. Esta cadeia de sinal pode ser melhorada usando uma referência mais precisa Módulos.
A resistência integrada do conversor digital-analógico (DAC) é responsável pela comparação dos amplificadores inversores internos, melhorando assim a precisão, e desempenha um papel decisivo no erro total do conversor digital-analógico (DAC) . Em conversores digital para analógico (DACs) sem resistores integrados ou amplificadores inversores internos, esses parâmetros podem ser ajustados individualmente, conforme mostrado na Figura 2.
A calculadora de orçamento de erro é confiável e fácil de usar, tornando mais fácil criar uma cadeia de sinal de conversor digital para analógico (DAC) de precisão e avaliar rapidamente as compensações de projeto.
Sobre o autor
Thomas Brand ingressou na ADI em Munique, Alemanha, em 2015, quando ainda estava cursando mestrado. Após a formatura, participou do programa de trainee da ADI. Em 2017, tornou-se engenheiro de aplicação de campo. Thomas fornece suporte a grandes clientes industriais na Europa Central e concentra-se na área de Ethernet industrial. Ele se formou em engenharia elétrica pela Union University of Education em Mosbach, Alemanha, e depois obteve o título de mestre em vendas internacionais pela Konstanz University of Applied Sciences, Alemanha.