«Поваренная книга разработчика аналоговых схем: аналого-цифровые преобразователи». Очередная глава переведена на русский

29.07.2019 21:18

Многим уже знаком аналогичный цикл об операционных усилителях. Но АЦП — не менее важная часть сигнального тракта, а секретов и тонкостей в его применении никак не меньше. Приведены конкретные схемотехнические примеры, пошаговые инструкции с формулами, позволяющими адаптировать схему к конкретному проекту. Результаты расчетов дополнительно проверяются в программе SPICE-моделирования. Для каждой схемы рекомендован как минимум один АЦП производства TI.

Специалисты КОМПЭЛ перевели и опубликовали очередную главу № 9 из книги, созданной инженерами компании Texas Instruments (TI) «Схема мониторинга аккумулятора с высокой токовой нагрузкой: 0...10 A, 0...10 кГц, 18 бит».

Данная схема с однополярным питанием способна измерять ток, протекающий через токоизмерительный резистор, в диапазоне ±0,50...±10 A (см.рисунок). Усилитель тока позволяет работать со входными синфазными напряжениями 0...75 В. Дифференциальный усилитель преобразует входной однополярный сигнал в выходной дифференциальный ±5 В. Дифференциальный сигнал поступает на АЦП последовательного приближения с частотой выборки до 1 MSPS. Изменяя номиналы компонентов, можно влиять на величину дифференциальных токов. Данная схема используется в различных приложениях, требующих точных измерений, в том числе — в системах мониторинга аккумуляторов, в тестовом оборудовании и в радиопередатчиках базовых станций.

Рекомендуем обратить внимание:

Расчет сопротивления токоизмерительного резистора и выбор усилителя тока выполняется с учетом исходных данных: диапазона измеряемых токов и синфазного напряжения. Подробнее этот вопрос рассматривается в разделе «Расчет схемы».
Коэффициент усиления дифференциального усилителя определяется исходя из диапазона выходных напряжений усилителя тока, допустимого диапазона входных напряжений АЦП и диапазона выходных напряжений самого дифференциального усилителя. Подробнее этот вопрос рассматривается в разделе «Расчет схемы».
Для уменьшения искажений сигнала следует использовать керамические COG-конденсаторы.
Для обеспечения высокой точности измерений, низкого дрейфа коэффициента усиления и минимального уровня искажений сигнала следует использовать пленочные резисторы с разбросом номинала 0,1% и температурной стабильностью 20 ppm/°C или с лучшими характеристиками.
В серии обучающих видео «TI Precision Labs — ADCs», находящихся на сайте Texas Instruments, раскрывается методика расчета погрешностей в схемах с АЦП. Для уменьшения погрешностей, связанных с дрейфом коэффициента усиления, смещением, температурным дрейфом и шумами, следует ознакомиться с видео из раздела «Error and Noise».
В серии обучающих видео «TI Precision Labs — ADCs» раскрывается методика выбора компонентов фильтра Rfilt и Cfilt. Номиналы этих компонентов зависят от полосы пропускания усилителя, частоты дискретизации и типа АЦП. Значения, полученные при расчете рассматриваемой схемы, позволяют получить хорошие динамические и частотные характеристики для усилителя, параметров усиления и АЦП. При изменении исходных параметров схемы следует произвести повторный расчет компонентов RC-фильтра. Обучающее видео «Introduction to SAR ADC Front-End Component» содержит информацию по расчету компонентов RC-фильтра с учетом требуемых динамических и частотных характеристик.

Ознакомиться с главой 9

Источник