วิธีคำนวณงบประมาณข้อผิดพลาดของสายสัญญาณที่ดีที่สุดของตัวแปลงดิจิทัลเป็นแอนะล็อก

ผู้แต่ง: Thomas Brand, วิศวกรแอปพลิเคชันภาคสนาม, Analog Devices

สายสัญญาณไฟฟ้ามีหลายรูปแบบ พวกเขาสามารถประกอบด้วยส่วนประกอบทางไฟฟ้าที่แตกต่างกัน รวมถึงเซ็นเซอร์ แอคทูเอเตอร์ แอมพลิฟายเออร์ ตัวแปลงแอนะล็อกเป็นดิจิทัล (ADC) ตัวแปลงดิจิทัลเป็นแอนะล็อก (DAC) และแม้กระทั่งไมโครคอนโทรลเลอร์. ความแม่นยำของห่วงโซ่สัญญาณทั้งหมดมีบทบาทชี้ขาด เพื่อปรับปรุงความแม่นยำ อันดับแรกจำเป็นต้องระบุและลดข้อผิดพลาดแต่ละรายการในแต่ละสายสัญญาณ เนื่องจากความซับซ้อนของห่วงโซ่สัญญาณ การวิเคราะห์นี้จะเป็นงานที่ยาก บทความนี้จะแนะนำระบบดิจิตอลเป็นแอนะล็อกที่แม่นยำ Converter (DAC) เครื่องมือคำนวณข้อผิดพลาดของห่วงโซ่สัญญาณ บทความนี้จะอธิบายผลกระทบจากข้อผิดพลาดแต่ละรายการของส่วนประกอบที่เชื่อมต่อกับ DAC สุดท้าย บทความนี้จะสาธิตทีละขั้นตอนวิธีการใช้เครื่องมือเพื่อระบุและแก้ไขปัญหาเหล่านี้

ดิจิตอลเป็นอะนาล็อกที่มีความแม่นยำ Converter โปรแกรมคำนวณงบประมาณข้อผิดพลาด (DAC) มีความแม่นยำ ใช้งานง่าย และสามารถช่วยนักพัฒนาเลือกส่วนประกอบที่เหมาะสมที่สุดสำหรับแอปพลิเคชันเฉพาะได้ เนื่องจากโดยปกติแล้วตัวแปลงดิจิตอลเป็นอนาล็อก (DAC) จะไม่ปรากฏในสายสัญญาณเพียงอย่างเดียว แต่เชื่อมต่อกับแหล่งอ้างอิง แรงดันไฟฟ้า และแอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงาน (เช่น เป็นบัฟเฟอร์อ้างอิง) จำเป็นต้องให้ความสนใจและสรุปส่วนประกอบเพิ่มเติมเหล่านี้และข้อผิดพลาดแต่ละรายการ เพื่อให้เข้าใจแนวคิดนี้มากขึ้น อันดับแรก เราต้องดูที่อิทธิพลของข้อผิดพลาดแต่ละรายการของส่วนประกอบหลัก ดังแสดงในรูปที่ 1

รูปที่ 1.ส่วนประกอบหลักของวงจรสัญญาณตัวแปลงสัญญาณดิจิทัลเป็นอนาล็อก (DAC)

การอ้างอิง แรงดันไฟฟ้า มีเอฟเฟกต์ข้อผิดพลาดหลักสี่ประการ ข้อแรกเกี่ยวข้องกับความแม่นยำเริ่มต้น (ข้อผิดพลาดเริ่มต้น) ซึ่งแสดงว่าแรงดันเอาต์พุตที่วัดได้ในการทดสอบการผลิตที่ 25°C (อุณหภูมิที่ระบุ) ไม่เสถียร นอกจากนี้ยังมีข้อผิดพลาดเกี่ยวกับค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิ (ข้อผิดพลาดเกี่ยวกับค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิ) ข้อผิดพลาดในการปรับโหลด และข้อผิดพลาดในการปรับบรรทัด ความแม่นยำเริ่มต้นและข้อผิดพลาดของค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิมีอิทธิพลมากที่สุดต่อข้อผิดพลาดทั้งหมด

ในแอมพลิฟายเออร์สำหรับการดำเนินงาน ข้อผิดพลาดของแรงดันออฟเซ็ตอินพุตและความต้านทานข้อผิดพลาดด้านความต้านทานมีผลกระทบมากที่สุด ข้อผิดพลาดของแรงดันออฟเซ็ตอินพุตหมายถึงความต่างของแรงดันไฟฟ้าเล็กน้อยที่บังคับใช้กับขั้วอินพุตเพื่อให้ได้เอาต์พุตแรงดันไฟเป็นศูนย์ ข้อผิดพลาดเกนเกิดจากข้อผิดพลาดความต้านทานของที่สอดคล้องกัน ตัวต้านทาน ใช้เพื่อตั้งค่าเกนแบบวงปิด ข้อผิดพลาดอื่นๆ เกิดจากกระแสอคติ อัตราส่วนการปฏิเสธแหล่งจ่ายไฟ (PSRR) อัตราขยายของวงเปิด กระแสชดเชยอินพุต ออฟเซ็ต CMRR และแรงดันออฟเซ็ตอินพุต

สำหรับตัวแปลงดิจิตัลเป็นแอนะล็อก (DAC) เอง ข้อผิดพลาดประเภทต่างๆ จะระบุไว้ในแผ่นข้อมูล เช่น ข้อผิดพลาดของปริพันธ์ที่ไม่เป็นเชิงเส้น (INL) ซึ่งสัมพันธ์กับความแตกต่างระหว่างแรงดันเอาต์พุตในอุดมคติกับแรงดันเอาต์พุตจริงที่วัดได้ โดยรหัสอินพุตที่กำหนด ข้อผิดพลาดประเภทอื่นๆ ได้แก่ ข้อผิดพลาดเกน ข้อผิดพลาดออฟเซ็ต และข้อผิดพลาดค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น บางครั้งจะรวมกันเพื่อสร้างข้อผิดพลาดที่ไม่สามารถปรับได้ทั้งหมด (TUE) TUE เกี่ยวข้องกับข้อผิดพลาด DAC ของเอาต์พุตการวัดทั้งหมด กล่าวคือ INL ข้อผิดพลาดออฟเซ็ตและเกน และการเบี่ยงเบนของเอาต์พุตภายในช่วงแรงดันไฟฟ้าและอุณหภูมิของแหล่งจ่าย

เนื่องจากแหล่งที่มาของข้อผิดพลาดต่างๆ มักจะไม่มีความสัมพันธ์กัน วิธีที่แม่นยำที่สุดในการคำนวณข้อผิดพลาดทั้งหมดในสายสัญญาณคือวิธีความอดทนกำลังสองทางสถิติ:

การรวบรวมข้อผิดพลาดของแต่ละองค์ประกอบมักจะเป็นงานที่น่าเบื่อ ตอนนี้ เราสามารถใช้เครื่องคำนวณงบประมาณข้อผิดพลาดเพื่อทำให้งานนี้ง่ายขึ้นและได้ผลลัพธ์การคำนวณที่แม่นยำเหมือนกัน

รูปที่ 2 การแสดงอิทธิพลของข้อผิดพลาดในเครื่องคำนวณงบประมาณข้อผิดพลาด ADI

ขั้นตอนในการใช้เครื่องคำนวณข้อผิดพลาดของตัวแปลงดิจิตอลเป็นอนาล็อก (DAC) ที่แม่นยำ

ขั้นแรก ใช้เครื่องคำนวณงบประมาณข้อผิดพลาดเพื่อเลือกตัวแปลงดิจิทัลเป็นอนาล็อก (DAC) สามประเภท ได้แก่ DAC เอาต์พุตแรงดันไฟ DAC แบบทวีคูณ และ DAC แหล่งกระแส 4 mA ถึง 20 mA ถัดไป ตั้งค่าช่วงอุณหภูมิและแรงดันไฟฟ้ากระเพื่อมของแหล่งจ่ายไฟที่จำเป็นสำหรับการคำนวณข้อผิดพลาด ส่วนหลังจะมีบทบาทชี้ขาดในข้อผิดพลาด PSRR หลังจากป้อนค่าเหล่านี้แล้ว เครื่องคิดเลขจะสร้างกราฟที่แสดงผลข้อผิดพลาดแต่ละรายการในแต่ละองค์ประกอบในห่วงโซ่สัญญาณ ดังแสดงในรูปที่ 2

ข้อผิดพลาดทั้งหมดในตัวอย่างนี้ได้รับผลกระทบจากแรงดันอ้างอิงเป็นหลัก ห่วงโซ่สัญญาณนี้สามารถปรับปรุงได้โดยใช้การอ้างอิงที่แม่นยำยิ่งขึ้น โมดูล.

ความต้านทานในตัวของตัวแปลงดิจิทัลเป็นแอนะล็อก (DAC) มีหน้าที่ในการเปรียบเทียบแอมพลิฟายเออร์อินเวอร์ทติ้งภายใน ซึ่งจะช่วยปรับปรุงความแม่นยำ และมีบทบาทชี้ขาดในข้อผิดพลาดทั้งหมดของตัวแปลงดิจิทัลเป็นแอนะล็อก (DAC) . ในตัวแปลงดิจิทัลเป็นแอนะล็อก (DAC) ที่ไม่มีตัวต้านทานในตัวหรือแอมพลิฟายเออร์อินเวอร์เตอร์ภายใน พารามิเตอร์เหล่านี้สามารถตั้งค่าแยกกันได้ ดังแสดงในรูปที่ 2

เครื่องคำนวณงบประมาณข้อผิดพลาดมีความน่าเชื่อถือและใช้งานง่าย ทำให้ง่ายต่อการสร้างวงจรสัญญาณตัวแปลงสัญญาณดิจิทัลเป็นอนาล็อก (DAC) ที่แม่นยำยิ่งขึ้น และประเมินการแลกเปลี่ยนการออกแบบได้อย่างรวดเร็ว

เกี่ยวกับผู้เขียน

Thomas Brand เข้าร่วม ADI ในมิวนิค ประเทศเยอรมนีในปี 2015 เมื่อเขายังคงศึกษาระดับปริญญาโทอยู่ หลังจากสำเร็จการศึกษา เขาได้เข้าร่วมในโครงการฝึกหัดของ ADI ในปี 2017 เขาได้เป็นวิศวกรแอปพลิเคชันภาคสนาม Thomas ให้การสนับสนุนแก่ลูกค้าอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ในยุโรปกลางและมุ่งเน้นไปที่ฟิลด์อีเทอร์เน็ตอุตสาหกรรม เขาสำเร็จการศึกษาด้านวิศวกรรมไฟฟ้าจาก Union University of Education ในเมือง Mosbach ประเทศเยอรมนี และได้รับปริญญาโทด้านการขายระหว่างประเทศจาก Konstanz University of Applied Sciences ประเทศเยอรมนี