Автор: Томас Брэнд, инженер по полевым приложениям, Analog Devices
Существует множество форм цепей электрических сигналов. Они могут состоять из различных электрических компонентов, включая датчики, исполнительные механизмы, усилители, аналого-цифровые преобразователи (АЦП), цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) и дажеМикроконтроллеры. Решающую роль играет точность всей сигнальной цепи. Чтобы повысить точность, сначала необходимо идентифицировать и минимизировать отдельные ошибки в каждой сигнальной цепи. Из-за сложности сигнальной цепи этот анализ будет сложной задачей. В этой статье представлен прецизионный цифро-аналоговый преобразователь. Преобразователь (DAC) инструмент расчета бюджета ошибок сигнальной цепи. В этой статье будут описаны отдельные эффекты ошибок компонентов, подключенных к ЦАП. Наконец, в этой статье будет шаг за шагом показано, как использовать этот инструмент для выявления и исправления этих проблем.
Прецизионный цифро-аналоговый Преобразователь Калькулятор бюджета ошибок (DAC) является точным, простым в использовании и может помочь разработчикам выбрать наиболее подходящий компонент для конкретного приложения. Поскольку цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) обычно не фигурирует в сигнальной цепочке один, а подключается к эталонному напряжение и операционного усилителя (например, в качестве эталонного буфера) необходимо обратить внимание и суммировать эти дополнительные компоненты и их отдельные ошибки. Чтобы лучше понять эту концепцию, мы сначала посмотрим на влияние отдельных ошибок основных компонентов, как показано на рисунке 1.
Рисунок 1. Основные компоненты сигнальной цепи цифро-аналогового преобразователя (ЦАП)
Ссылка напряжение имеет четыре основных эффекта ошибки. Первый связан с начальной точностью (начальной ошибкой), которая показывает, что выходное напряжение, измеренное в производственных испытаниях при 25°C (заданная температура), нестабильно. Кроме того, существуют ошибки, связанные с температурными коэффициентами (ошибки температурных коэффициентов), ошибки настройки нагрузки и ошибки настройки линии. Наибольшее влияние на общую погрешность оказывают исходная точность и погрешность температурного коэффициента.
В операционном усилителе погрешность входного напряжения смещения исопротивлениеОшибка сопротивления имеет наибольшее влияние. Ошибка входного напряжения смещения относится к небольшой разнице напряжений, которая принудительно прикладывается к входной клемме, чтобы получить нулевое выходное напряжение. Ошибка усиления вызвана ошибкой сопротивления соответствующего резистор используется для установки коэффициента усиления с обратной связью. Другие ошибки вызваны током смещения, коэффициентом отклонения источника питания (PSRR), коэффициентом усиления разомкнутого контура, входным током смещения, смещением CMRR и дрейфом входного напряжения смещения.
Для самого цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) в технических данных приведены различные типы ошибок, такие как ошибка интегральной нелинейности (INL), которая связана с разницей между идеальным выходным напряжением и фактическим измеренным выходным напряжением. по заданному входному коду. К другим типам ошибок относятся ошибка усиления, ошибка смещения и ошибка температурного коэффициента усиления. Иногда они объединяются, чтобы сформировать полную некорректируемую ошибку (TUE). TUE относится ко всем ошибкам ЦАП на выходе измерения, а именно INL, ошибкам смещения и усиления, а также дрейфу выходного сигнала в пределах диапазона напряжения питания и температуры.
Поскольку различные источники ошибок обычно не коррелируют, наиболее точным методом вычисления общей ошибки в сигнальной цепочке является метод статистического квадрата допуска:
Сбор ошибок каждого компонента обычно является утомительной задачей. Теперь мы можем использовать калькулятор бюджета ошибок, чтобы упростить эту работу и получить такие же точные результаты расчетов.
Рисунок 2. Представление влияния ошибки в калькуляторе бюджета ошибок ADI.
Шаги по использованию калькулятора бюджета ошибок прецизионного цифро-аналогового преобразователя (ЦАП)
Во-первых, используйте калькулятор бюджета ошибок, чтобы выбрать один из трех типов цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП): ЦАП с выходом напряжения, умножающий ЦАП и ЦАП источника тока от 4 до 20 мА. Затем установите диапазон температур и пульсации напряжения питания, необходимые для расчета ошибки, последняя будет играть решающую роль в ошибке PSRR. После ввода этих значений калькулятор сгенерирует график, показывающий влияние каждой ошибки на каждый компонент в цепи сигнала, как показано на рисунке 2.
На общую ошибку в этом примере в основном влияет опорное напряжение. Эту сигнальную цепочку можно улучшить, используя более точную ссылку. Модули.
Интегрированное сопротивление цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) отвечает за сравнение внутренних инвертирующих усилителей, тем самым повышая точность, и играет решающую роль в общей погрешности цифро-аналогового преобразователя (ЦАП). . В цифро-аналоговых преобразователях (ЦАП) без встроенных резисторов или внутренних инвертирующих усилителей эти параметры можно настраивать индивидуально, как показано на рисунке 2.
Калькулятор бюджета ошибок надежен и прост в использовании, что упрощает создание цепочки сигналов прецизионного цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) и быструю оценку компромиссов при проектировании.
Об авторе
Томас Бранд присоединился к ADI в Мюнхене, Германия, в 2015 году, когда он еще учился на магистра. После окончания учебы он участвовал в программе стажировки ADI. В 2017 году он стал полевым инженером. Томас оказывает поддержку крупным промышленным клиентам в Центральной Европе и уделяет особое внимание области промышленного Ethernet. Он получил диплом по электротехнике в Педагогическом университете Союза в Мосбахе, Германия, а затем получил степень магистра международных продаж в Констанцском университете прикладных наук, Германия.