česky english Vítejte, dnes je sobota 20. červenec 2024

Skenery jsou o fotodiodách, citlivém převodu, ale i spoustě kanálů

DPS 3/2023 | Články
Autor: Ing. Jan Robenek
uvod.jpg

Součástek s tak výjimečným postavením, jaké mají analogově-číslicové převodníky, není v elektronice zase tolik. A že máme z čeho vybírat! Výrobci zde pro vývojáře nachystali různá provedení, principy, vzorkovací rychlosti, rozlišení a samozřejmě i počty kanálů. Někdy stačí bohatě jediný, zatímco jindy nepohrdneme ani 256 vstupy. Jak je to možné?

14 × 14 mm definuje pouzdro, 16 × 16 počet vstupů

Vše se pochopitelně odvíjí od konkrétního způsobu využití. Jakmile totiž ke každému vstupu zapojíte senzor, např. v podobě fotodiody s cílem převádět při zachování požadavku na nízké rušení tekoucí proud na číselné vyjádření, tzv. „Current-to-Digital“, mohou začít počty jednotlivých kanálů rychle růst. Ve světě CT skenerů používaných v medicíně, průmyslu či z bezpečnostních důvodů a souvisejícího sběru dat, který zde ale může mít povahu zcela obecného systému DAS (Data Acquisition System) určeného pro proudové vstupy, klidně až na výsledných dvě na osmou. Samotné řešení analogově-digitálního převodu nemusí ale ani tak znamenat zbytečné komplikace. Pokud vývojáři sáhnou po nízkopříkonové novince od společnosti ams, vše se odehraje klidně na ploše o velikosti 1,4 × 1,4 cm odpovídající integrovaným obvodům AS5911 a jejich provedení typu FBGA.

Obr. 1  Nové převodníky firmy ams nemíří pouze do zdravotnictví. Proudy vystupující např. z rozsáhlých polí fotodiod je zapotřebí rychle a přesně zpracovat i jinde [1]

ysoce citlivé řešení AS5911 s mimořádně nízkou hladinou šumu převádí souběžně výstupní proudy 256 fotodiod na číslo, zatímco zde díky nepřetržité integraci nehrozí žádná „mrtvá doba“, takže se na vstupech vyvarujeme i jakéhokoli úbytku náboje. Architektura převodníku ADC, společně s jeho integračními členy přímo na vstupu, kvantizátory, ale i bloky Sample & Hold slibuje minimální rušení vztažené ke vstupu, na proudovém rozsahu 0,5 μA a v režimu Low Noise nanejvýš 0,29 fC. A/D převodník zde přitom podporuje i dvojnásobný rozsah, proudově tedy jeden mikroampér. Z pohledu napájení pak dostaneme na výběr mezi dvěma režimy, buď s duálním napájením ±1,5 V (True Ground), nebo též s jednoduchým zdrojem +3,0 V, ovšem pokaždé s cílem zajistit u fotodiod mimořádně nízký proud za temna. Zvolený koncept napájení si přitom součástka s vlastními integrovanými kondenzátory pro napájecí napětí či referenci, lineárními stabilizátory, zdrojem referenčního napětí, ale i teplotním senzorem detekuje automaticky.

Obr. 2  Precizní měřicí systém s 256 kanály nemusí zbytečně hřát, ale ani zabírat spoustu místa [1]

Plný rozsah, dobu integrace (již od 51 μs pro rychlé snímkování s 20 kSPS a rozlišením dvacet bitů, pro 1 ms až 26 bitů) nebo i spotřebu energie lze konfigurovat prostřednictvím sériové sběrnice kompatibilní s SPI. Klíčovým rozhraním na výstupu se pak stává LVDS. Aby kromě toho dokázali vývojáři v systémech detektorů omezit samoohřev, bude možné v nízkopříkonovém režimu snížit výkonovou ztrátu převodníku AS5911 pro jeden kanál na 1,25 mW. K tomu si rovněž přičtěte provozní rozsah od nuly až do +85 °C, IL ±0,080 %, pokud jde o měřenou hodnotu a ±0,2 ppm v případě plného rozsahu s aktivními všemi kanály, různé podoby automatické kalibrace spojené s nulovým offsetem, vstupním nábojem či linearitou, ale i vlastní diagnostiku umožňující otestovat kompletní signálovou trasu detektoru.

Obr. 3  Pohled do nitra obvodů odhaluje i řadu součástek, s nimiž se běžně potkáváme spíše okolo A/D převodníků [2]

Odkazy:

[1] Tisková zpráva, https://ams-osram.com/news/press-releases/as5911-ct-detector-interface

[2] A/D převodníky ams AS5911, https://ams-osram.com/products/sensors/x-rays/ams-as5911-ct-detector-interface