Поваренная книга разработчика аналоговых схем: аналого-цифровые преобразователи 8

Входной узел для обработки сигналов с большими значениями синфазной и дифференциальной составляющих



▌Описание схемы
Такие устройства, как, например, многофункциональные реле, датчики напряжения промышленной сети или системы управления железнодорожного транспорта, как правило, работают с дифференциальными сигналами, амплитуда и абсолютный (относительно общего провода) потенциал которых значительно превосходят диапазон рабочих напряжений АЦП. В этой главе приведен один из вариантов реализации узла, позволяющего оцифровывать подобные сигналы с помощью обычного АЦП последовательного приближения. В предлагаемой схеме (рисунок 39) прецизионный операционный усилитель осуществляет согласование высокоуровневого входного дифференциального сигнала со входом АЦП, причем коэффициент передачи узла на ОУ рассчитан таким образом, чтобы амплитуда сигнала на входе АЦП находилась в пределах ±10 В.


рис. 39
Исходные данные для расчета данной схемы приведены в таблицах 31 и 32, а технические характеристики – в таблице 33. При необходимости параметры элементов могут быть скорректированы под конкретные значения амплитуд синфазной и дифференциальной составляющих входного сигнала, а также – с учетом требований к динамическим характеристикам, частотному диапазону и прочим особенностям конкретного приложения.



Читать дальше

Поваренная книга разработчика аналоговых схем: аналого-цифровые преобразователи 7

В данной главе описывается, как расширить диапазон входных напряжений SAR АЦП со встроенным аналоговым входным блоком (AFE) и снизить потери точности за счет применения метода двухточечной калибровки.



Схема представленная на рисунке:



расширяет доступный диапазон входных напряжений ADS8598H с собственным диапазоном ±10…± 40 В (таблица 27).



Это позволяет использовать более широкий входной диапазон напряжений без применения дополнительной аналоговой схемы понижения напряжения; вместо этого используется простой делитель напряжения для взаимодействия с AFE АЦП, понижающий напряжение на входе преобразователя. Для устранения возможных ошибок применяется соответствующий метод калибровки.

Также рекомендуем обратиться к статье «Уменьшение влияния внешнего RC-фильтра на погрешности усиления и дрейфа для интегрированного AFE» («Reducing effects of external RC filter circuit on gain and drift error for integrated analog front ends (AFEs): ±10V»), где представлена аналогичная конфигурация с разъяснениями, как оценить вклад дрейфа от внешних компонентов. Расширение диапазона входных напряжений АЦП оказывается полезным в задачах разработки конечного оборудования, включая многофункциональные реле, модули аналоговых сигналов переменного тока и блоки управления для железнодорожного транспорта.

Рекомендуем обратить внимание:
  • Используйте резисторы с малым дрейфом, чтобы снизить ошибки, вызванные температурным дрейфом, например, 50 ppm/°C с допуском 1% или выше. Обратите внимание, что стоимость высокоомных (от 1 Мом и выше) прецизионных резисторов с малым дрейфом может быть сравнительно высокой.
  • Для подобной конфигурации может понадобиться входной фильтр. Установка такого фильтра сразу после мощного входного сопротивления может привести к ошибкам из-за токов утечки конденсатора. Альтернативная схема с фильтрующим конденсатором на входе приведена далее.


Выбор компонентов

Внутреннее сопротивление преобразователя составляет 1 Мом, внешний резистор выбирается на основе требуемого расширенного диапазона входных напряжения (Vin), в данном случае это ±40 В. Такой внешний резистор образует входной делитель напряжения с внутренним сопротивлением устройства, понижая входное напряжение в пределах диапазона входного сигнала АЦП ±10 В.

Преобразуем уравнение делителя напряжения, чтобы найти значение для внешнего резистора. Эта же формула 1 может далее использоваться для расчета ожидаемого значения VinADC из входного напряжения:

Решаем уравнение, находя значение внешнего резистора для желаемого расширенного диапазона входного напряжения. Vin = ±40 В, Rin = 1 МоМ (формула 2):



Ширина входного диапазона напряжений может принимать различные значения, в зависимости от используемого значения внешнего резистора (таблица 28).



Далее в статье некалиброванные измерения и расчет процентной точности, затем двухточечная калибровка с измерением параметров, а также ряд альтернативных схем и их расчет.

Вебинар «Литиевые ХИТы FANSO или что нужно знать инженеру о батарейках» (20.06.2019)

Компания Компэл приглашает вас принять участие в вебинаре, посвященном литиевым батарейкам FANSO.



На вебинаре будет рассказано о параметрах батареек, их зависимости от режима работы и эксплуатации. Будет дана информация о том, на какие параметры следует обращать внимание, выбирая литиевый ХИТ, и как избежать некоторых проблем.

Данное мероприятие будет интересно инженерам-разработчикам, производителям электронных изделий, представителям отдела закупок.

Содержание

  • Почему именно литиевые батарейки?
  • Основные типы и виды литиевых батареек.
  • Производитель FANSO и его продукция. Почему именно FANSO?
  • Параметры литиевых ХИТ, зависимость параметров от режима работы и условий эксплуатации.
  • Пассивация/депассивация. Как снизить последствия пассивации? Эффективность использования батареи.
  • Что даёт связка ХИТ и суперконденсатора?
  • На что обратить внимание при выборе литиевого ХИТ?


Общая информация
Начало: 20 июня 2019 г. в 11:00
Продолжительность: 60 минут
Форма участия: бесплатно, но нужна предварительная регистрация

Регистрация

Работаем с микроконтроллерами STM32F7. Тренинг по STM32F7 от компании STMicroelectronics. Впервые на русском языке

Данная серия публикаций основана на материалах цикла STM32F7 Online Training от компании STMicroelectronics. В статьях представлено описание функциональных блоков и инструментов разработки для семейства микроконтроллеров STM32F7.

Логически материал разбит на 4 главы, охватывающие тематику системной периферии, памяти, безопасности, аналоговой периферии, цифровой периферии, таймеров, экосистемы. Главы не связаны между собой, и читатель может ознакомиться с ними в произвольном порядке:

Часть 1. Системная периферия. Есть описание линейки семейства, с характеристиками каждого чипа. А также расписано устройство контроллера. Ядро, Матрица соединений, контроллеры DMA, прерываний, питания, сброса и тактирования, порты ввода вывода, отладки и прочие. Все очень кратко, в обзорном режиме, но дает наглядное понимание, что там вообще есть и как это использовать.

Часть 2. Память и функции безопасности. Во второй части довольно подробно расписано как общаться с внутренней Flash памятью, как подключить внешнюю память, как управляться с контроллером внешней памяти. Расписана работа Quad SPI контроллера, необходимого для подключения памяти по SPI шине, а также вспомогательных блоков, таких как блок вычисления CRC, Хэшпроцессор, ускоритель шифрования AES и генератор случайных чисел. Описаны способы защиты памяти и механизмы обеспечивающие безопасную работу.

Часть 3. Периферия и таймеры. Довольно подробно расписано про АЦП, ЦАП, CAN, DCMI (интерфейс цифровой камеры), Дельта сигма модулятор, интерфейс DSIHOST — для работы с TFT дисплеями и LTDC контроллер (управление дисплеем по RGB), JPEG-кодек, Ethernet, HDMI, I2C, SPI, USART, USB, SDMMC, SAI и SPDIFRX аудио интерфейсы. Очень жирная глава.

Часть 4. Экосистема. Тут про Cube и отладочные платы под этот процессор.

Вебинар «Уникальный подход MORNSUN к разработке DC/DC-преобразователей. Что на выходе?» (30.05.2019)

Компания Компэл приглашает вас принять участие в вебинаре, где будет рассказано о компании MORNSUN, её продукции и о уникальности подхода к проектированию DC/DC преобразователей.

Основное внимание будет уделено последнему поколению DC/DC преобразователей с фиксированным входом (R3). Будут рассмотрены особенности DC/DC- преобразователей, выполненных по “классической” схеме и преимущества, которые можно получить, используя DC/DC преобразователи последнего поколения R3 от MORNSUN.



Содержание
  • Особый подход компании MORNSUN к проектированию DC/DC преобразователей.
  • Основные критерии выбора DC/DC преобразователей (модульный или преобразователь, выполненный на дискретных компонентах; параметры).
  • Недостатки “классических” DC/DC преобразователей с фиксированным входом. Взаимозависимость параметров.
  • Отличительные особенности DC/DC преобразователей нового поколения (R3):
  • защита от КЗ;
  • функция плавного запуска;
  • защита от перегрева;
  • увеличенная ёмкость нагрузки;
  • высокая эффективность при малой и полной нагрузке;
  • надёжность;
  • стоимость.
  • Совместимость предыдущих поколений преобразователей.
  • Что достигается выбором R3 для своего изделия.

Дополнительные материалы

Схема преобразователя несимметричного сигнала в дифференциальный с использованием дифференциального усилителя

Перевод глав руководства по АЦП от Texas Instruments. Поваренная книга разработчика аналоговых схем: аналого-цифровые преобразователи (впервые на русском языке).


Рисунок 23.



Описание решения
Схема, приведенная на рисунке 23, демонстрирует возможности управления дифференциальным АЦП c преобразованием биполярного несимметричного сигнала в однополярный полностью дифференциальный сигнал (для получения дополнительной информации об этих и других типах сигналов, обратитесь к обучающим материалам TI PrecisionLabs, раздел «Типы входных сигналов SAR АЦП»). По сравнению с несимметричными моделями, полностью дифференциальный АЦП имеет вдвое больший динамический диапазон, что улучшает характеристики преобразователя по переменному току. Многие системы, например, эхолоты, расходомеры и системы управления двигателями, выигрывают от более высокой производительности дифференциального АЦП. В зависимости от конкретных спецификаций и требований конечной системы, соответствующие формулы расчетов и алгоритм выбора компонентов для данной схемы могут варьироваться. Для получения дополнительной информации о подобных схемах, работающих с однополярным входным сигналом, читайте статью «Преобразование несимметричного сигнала в дифференциальный для однополярных сигналов».


Читать дальше

Цепь контроля высоковольтной аккумуляторной батареи на основе 18-разрядного дифференциального АЦП

Перевод глав руководства по АЦП от Texas Instruments. Поваренная книга разработчика аналоговых схем: аналого-цифровые преобразователи (впервые на русском языке).

Исходные данные к описываемому решению представлены в таблицах 13 и 14


Описание решения
Данная схема (рисунок 16) передает входной биполярный сигнал ±20 В на дифференциальный вход полностью дифференциального АЦП в диапазоне ±4,8 В, что находится в пределах линейного диапазона усилителей. Значения в разделе выбора компонентов могут быть скорректированы с учетом различных уровней входного напряжения.



Данная реализация схемы применима в устройствах точного измерения напряжения, таких как анализаторы аккумуляторных батарей, оборудование для тестирования аккумуляторов, ATE и выносные радиоблоки (RRU) в беспроводных базовых станциях.

Таблица 15. Спецификации упрощенной версии схемы контроля


Рекомендуем обратить внимание
  1. Определите линейный диапазон операционного усилителя на основе характеристик синфазного сигнала, размаха выходного напряжения и линейного коэффициента усиления напряжения. Это описано в разделе выбора компонентов.
  2. В качестве конденсаторов на пути прохождения измерительного сигнала используйте конденсаторы COG для минимизации искажений. В данном примере конденсаторы Cf1, Cf2, Cf3, Cf4, Cfilt1 и Cfilt2 должны быть типа COG.
  3. Используйте пленочные резисторы 0,1% 20ppm/°C или выше для снижения дрейфа коэффициента усиления и для минимизации искажений.
  4. Серия видеороликов от PrecisionLabs посвящена методам анализа ошибок. Рекомендуем ознакомиться с видео “Statistics Behind Error Analysis”, чтобы узнать, как минимизировать ошибки усиления, смещения, дрейфа усиления и улучшить шумовые характеристики.
  5. Серия обучающих видеороликов “TI Precision Labs – ADCs” посвящена методам выбора элементов для цепи фильтра Rfilt и Cfilt. Данные параметры компонентов зависят от полосы пропускания усилителя, частоты дискретизации преобразователя данных и конструкции самого преобразователя. Приведенные здесь значения позволяют получить хорошие показатели установления сигнала и динамические характеристики для выбранных моделей усилителя и АЦП. В случае изменения дизайна выберите другой RC-фильтр. Ознакомьтесь с обучающим видео «Введение в выбор компонентов для входных каскадов SAR АЦП», в котором представлена дополнительная информация по выбору RC-фильтра для получения наилучших характеристик по установлению сигнала и переменному току.


Выбор компонентов, формулы расчета, передаточные характеристики.

Вебинар «Решение Bourns по комплексной защите интерфейса RS-485 на базе TBU (Transient Blocking Unit)» (24.04.2019)

Компания Компэл приглашает вас принять участие в вебинаре, посвященном вопросам защиты от импульсных перенапряжений и токовых перегрузок одного из самых популярных и востребованных промышленных интерфейсов: RS-485.



Данный вебинар будет интересен инженерам-конструкторам и схемотехникам, разрабатывающим программируемые логические контроллеры (ПЛК), узлы систем сбора и передачи данных (УСПД) и прочие изделия автоматики, использующие для передачи данных физический интерфейс RS-485 и протоколы Modbus и Profibus.

На вебинаре будет подробно рассказано о специализированных компонентах TBU (Transient Blocking Unit) от компании Bourns, их функционировании и правильном использовании.

Содержание
  • Обзор основных источников импульсных перенапряжений
  • Нюансы и особенности построения каскадной защиты
  • Обзор компонентов TBU: параметры, характеристики, принцип работы
  • Одноканальные TBU-CA и новые двухканальные TBU-DF
  • Подбор первичных и вторичных защитных компонентов по напряжению
  • Fast acting GDT – специальные, оптимизированные газоразрядники для TBU
  • Графики и осциллограммы работы TBU
  • Реакция TBU на входной импульс и функция AC Power Cross
  • Пример схемотехники и трассировки печатной платы на примере отладок Bourns
  • Texas Instruments и Bourns: совместные испытания рассматриваемого решения в лаборатории

Вопросы и ответы по вебинару. Дополнительные материалы

Вебинар «Прецизионные сигма-дельта АЦП Texas Instruments»

Аналого-цифровой преобразователь – ключевой элемент аналогового тракта любого измерительного прибора. От его характеристик критически зависит качество измерений. Компанией Texas Instruments накоплен огромный опыт разработки, производства и применения самых современных АЦП.



Частицей этого опыта с участниками вебинара поделится один из ведущих разработчиков прецизионных аналого-цифровых сигма-дельта преобразователей Шридар Мор. В ходе вебинара Шридар кратко расскажет, как работает Δ-Σ АЦП, затронет основные проблемы, с которыми сталкиваются разработчики измерительных систем, а также разберет некоторые примеры разработки устройств с применением новейших АЦП Texas Instruments.

Содержание
  • Принципы работы Δ-Σ АЦП;
  • Линейка Δ-Σ АЦП Texas Instruments;
  • Оптимизация схемотехнического решения измерительной системы при помощи высокоинтегрированных АЦП ADS122U04;
  • Разработка прецизионных и точных измерительных систем на основе АЦП ADS1262;
  • Построение измерительных систем на основе резистивных мостовых схем;
  • Интегрированные функции диагностики и мониторинга состояния АЦП на примере ADS124S08.

Ссылка на доп материалы
  • +2
  • 11 апреля 2019, 17:39
  • DIHALT

Новые методы уменьшения дрейфа нуля в малошумящих АЦП Texas Instruments


Двухступенчатая стабилизация прерыванием в выпущенных компанией Texas Instruments новых АЦП ADS1235 позволяет снизить до минимума долговременный и температурный дрейфы напряжения смещения и достичь высокой точности в измерительных цепях современных прецизионных цифровых приборов и универсальных аналоговых каналов.

Доказывать высокую точность дифференциальных методов измерений уже давно нет необходимости, поскольку это подтверждено десятилетиями практической эксплуатации многих поколений самого разнообразного метрологического оборудования. Действительно, переход от определения абсолютной величины контролируемого параметра к измерению разницы между действительным и эталонным значениями позволяет проводить измерения с точностью, ограниченной на практике лишь техническими возможностями существующей элементной базы.

Главной отличительной особенностью дифференциальных датчиков, например, на основе мостов Уитстона, является малая величина выходного напряжения, которая при полном уравновешивании измерительного контура равна нулю. Таким образом, чем меньше уровень сигнала, который может быть отслежен узлом обработки сигнала, тем лучше можно сбалансировать измерительную систему, следовательно, тем более высокий класс точности будет иметь прибор. Однако при измерении слабых дифференциальных сигналов возникает ряд проблем, главная из которых – наличие напряжения смещения (Offset Voltage – дифференциальное напряжение на входе, при котором выходное напряжение равно нулю). Добавляясь к полезному сигналу, напряжение смещения ограничивает его минимально различимое значение и, следовательно, снижает точность проведения измерений (рисунок 1).

Рис. 1. Влияние напряжение смещения на уровень выходного сигнала

Причиной появления напряжения смещения в первую очередь является несовершенство элементной базы, особенно полупроводниковых компонентов. При дальнейшем уменьшении уровня рабочих напряжений количество факторов, влияющих на величину этого параметра, становится настолько большим, что уже с трудом поддается анализу, а тем более контролю. Так, например, при работе с сигналами меньше 1 мВ на точность измерений может повлиять даже «неправильный» винт в клеммной колодке для подключения датчика, который вместе с «неправильным» проводом создаст условия для появления термо-ЭДС в месте контакта двух разнородных проводников.


Читать дальше