Tác giả: Thomas Brand, Kỹ sư ứng dụng hiện trường, Thiết bị Analog
Có nhiều dạng chuỗi tín hiệu điện, chúng có thể bao gồm các thành phần điện khác nhau, bao gồm cảm biến, bộ truyền động, bộ khuếch đại, bộ chuyển đổi tương tự-kỹ thuật số (ADC), bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự (DAC), và thậm chívi điều khiển. Độ chính xác của toàn bộ chuỗi tín hiệu đóng một vai trò quyết định. Để nâng cao độ chính xác, trước tiên cần phải xác định và giảm thiểu các lỗi riêng lẻ trong từng chuỗi tín hiệu. Do sự phức tạp của chuỗi tín hiệu, việc phân tích này sẽ là một nhiệm vụ khó khăn. Bài viết này giới thiệu một kỹ thuật số sang tương tự chính xác chuyển đổi (DAC) công cụ tính toán ngân sách lỗi chuỗi tín hiệu. Bài viết này sẽ mô tả các hiệu ứng lỗi riêng lẻ của các thành phần kết nối với DAC. Cuối cùng, bài viết này sẽ trình bày từng bước cách sử dụng công cụ để xác định và khắc phục những vấn đề này.
Kỹ thuật số sang tương tự chính xác chuyển đổi Máy tính ngân sách lỗi (DAC) chính xác, dễ sử dụng và có thể giúp các nhà phát triển chọn thành phần phù hợp nhất cho một ứng dụng cụ thể. Do bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự (DAC) thường không xuất hiện riêng trong chuỗi tín hiệu mà được kết nối với tham chiếu Vôn và bộ khuếch đại hoạt động (ví dụ, như một bộ đệm tham chiếu), cần phải chú ý và tóm tắt các thành phần bổ sung này và các lỗi riêng lẻ của chúng. Để hiểu rõ hơn về khái niệm này, trước tiên chúng ta xem xét ảnh hưởng của các lỗi riêng lẻ của các bộ phận chính, như trong Hình 1.
Hình 1.Các thành phần chính của chuỗi tín hiệu bộ chuyển đổi tín hiệu kỹ thuật số sang tương tự (DAC)
Các tài liệu tham khảo Vôn có bốn hiệu ứng lỗi chính. Lỗi đầu tiên liên quan đến độ chính xác ban đầu (lỗi ban đầu), cho thấy điện áp đầu ra đo được trong thử nghiệm sản xuất ở 25°C (nhiệt độ quy định) là không ổn định. Ngoài ra, còn có các lỗi liên quan đến hệ số nhiệt độ (lỗi hệ số nhiệt độ), lỗi điều chỉnh tải và lỗi điều chỉnh dòng. Độ chính xác ban đầu và lỗi hệ số nhiệt độ có ảnh hưởng lớn nhất đến tổng lỗi.
Trong một bộ khuếch đại hoạt động, lỗi điện áp bù đầu vào vàđiện trởSai số điện trở có ảnh hưởng lớn nhất. Lỗi điện áp bù đầu vào đề cập đến sự chênh lệch điện áp nhỏ được áp dụng cưỡng bức vào thiết bị đầu cuối đầu vào để có được đầu ra điện áp bằng không. Lỗi khuếch đại là do lỗi điện trở của tương ứng Điện trở được sử dụng để thiết lập độ lợi vòng kín. Các lỗi khác là do dòng điện phân cực, tỷ lệ loại bỏ nguồn cung cấp điện (PSRR), độ lợi vòng hở, dòng bù đầu vào, độ lệch CMRR và độ lệch điện áp bù đầu vào.
Đối với bản thân bộ chuyển đổi tín hiệu số sang tương tự (DAC), nhiều loại lỗi khác nhau được đưa ra trong bảng dữ liệu, chẳng hạn như lỗi phi tuyến tính tích phân (INL), liên quan đến sự khác biệt giữa điện áp đầu ra lý tưởng và điện áp đầu ra thực tế đo được bởi một mã đầu vào nhất định. Các loại lỗi khác là lỗi khuếch đại, lỗi bù và lỗi hệ số nhiệt độ khuếch đại. Đôi khi chúng được kết hợp để tạo thành một tổng lỗi không thể điều chỉnh (TUE). TUE liên quan đến tất cả các lỗi DAC đầu ra đo, cụ thể là INL, lỗi bù và độ lợi, và độ lệch đầu ra trong phạm vi điện áp và nhiệt độ cung cấp.
Vì các nguồn sai số khác nhau thường không tương quan với nhau, nên phương pháp chính xác nhất để tính toán tổng sai số trong chuỗi tín hiệu là phương pháp dung sai bình phương thống kê:
Thu thập lỗi của từng thành phần thường là một công việc tẻ nhạt. Bây giờ chúng ta có thể sử dụng công cụ tính toán ngân sách sai số để đơn giản hóa công việc này và nhận được kết quả tính toán chính xác như nhau.
Hình 2. Biểu diễn ảnh hưởng của sai số trong máy tính ngân sách lỗi ADI
Các bước để sử dụng công cụ tính toán ngân sách lỗi bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự (DAC) chính xác
Đầu tiên, sử dụng máy tính ngân sách sai số để chọn từ ba loại bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự (DAC): DAC đầu ra điện áp, DAC nhân và DAC nguồn dòng 4 mA đến 20 mA. Tiếp theo, thiết lập dải nhiệt độ và gợn sóng điện áp nguồn cung cấp cần thiết cho việc tính toán lỗi, phần sau sẽ đóng vai trò quyết định trong lỗi PSRR. Sau khi nhập các giá trị này, máy tính sẽ tạo ra một đồ thị cho thấy ảnh hưởng của từng lỗi đối với từng thành phần trong chuỗi tín hiệu, như trong Hình 2.
Tổng sai số trong ví dụ này chủ yếu bị ảnh hưởng bởi điện áp tham chiếu. Chuỗi tín hiệu này có thể được cải thiện bằng cách sử dụng tham chiếu chính xác hơn Modules.
Điện trở tích hợp của bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự (DAC) chịu trách nhiệm so sánh các bộ khuếch đại đảo bên trong, do đó cải thiện độ chính xác và đóng vai trò quyết định trong tổng sai số của bộ chuyển đổi tín hiệu số sang tương tự (DAC) . Trong các bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự (DAC) không có điện trở tích hợp hoặc bộ khuếch đại đảo bên trong, các thông số này có thể được đặt riêng lẻ, như thể hiện trong Hình 2.
Công cụ tính toán ngân sách sai số đáng tin cậy và dễ sử dụng, giúp dễ dàng tạo chuỗi tín hiệu bộ chuyển đổi tín hiệu kỹ thuật số sang tương tự (DAC) chính xác và nhanh chóng đánh giá sự cân bằng trong thiết kế.
Lưu ý
Thomas Brand gia nhập ADI tại Munich, Đức vào năm 2015, khi anh vẫn đang học lấy bằng thạc sĩ. Sau khi tốt nghiệp, anh tham gia chương trình thực tập sinh của ADI. Năm 2017, anh trở thành kỹ sư ứng dụng thực địa. Thomas cung cấp hỗ trợ cho các khách hàng công nghiệp lớn ở Trung Âu và tập trung vào lĩnh vực Ethernet công nghiệp. Anh tốt nghiệp kỹ sư điện tại Đại học Giáo dục Union ở Mosbach, Đức, và sau đó lấy bằng thạc sĩ về bán hàng quốc tế tại Đại học Khoa học Ứng dụng Konstanz, Đức.