Přizpůsobte snímač převodníku nebo převodník snímači

K návrhu nového systému s analogovou částí a s převodníkem můžeme přistupovat tak, že zjistíme požadované rozlišení a použijeme takový analogově-digitální převodník, který poskytuje dostačující rozlišení. Pro dosažení požadované přesnosti nebo rozlišení přidáme do systému potřebné zesilujíc ímoduly tak, aby analogový rozsah pokrýval dynamický rozsah analogově-digitálního převodníku.

Je ale také jiná možnost. Použijeme 24bitový převodník, abychom vyloučili zesilující moduly s jejich odchylkami, kolísáním a šumem, které se vyskytují u systémů s 12 až 16 bity. K jednoduššímu řešení vede 24bitový převodník. Mimo to můžeme dosáhnout lepšího výkonu za stejnou nebo i lepší cenu.

Svůj návrh můžete dokončit, i když využijete pouze část rozsahu 24bitového analogově-digitálního převodníku. Některé bity můžete zanedbat a přesto dosáhnete stejných nebo lepších parametrů rozlišení a přesnosti než s 12 nebo 16bitovým systémem. 24bitový převodník má 4 096x vyšší zisk než 12bitový analogově-digitální převodník spolu s dalším zesilovačem s programovatelným ziskem (PGA). Vnitřní zesilovač PGA v delta-sigma převodníku může zvýšit zisk o násobek 64 až 128 (závisí na typu prvku).

Obr. 1. A) 12-bitový analogově-digitální převodník s postupnou aproximací (SAR) (A) a snímač připojený k převodníku prostřednictvím zesilovače.

Obr. 1. B) 24bitový převodník delta-sigma (B) a snímač připojený přímo k převodníku.

Jako první krok postupu návrhu často studujete snímač, který hodláte použít, a pak zjišťujete jeho výstupní rozsah. Pak přizpůsobíte výstupní rozsah snímače vstupu analogově-digitálního převodníku. Při tomto postupu je třeba použít jednotku pro analogové zesílení, aby byla zajištěna spolupráce mezi snímačem a analogově-digitálním převodníkem. Další možností je naslepo najít analogově-digitální převodník, který bude vyhovovat výstupnímu rozsahu vašeho snímače. Buďte opatrní při obou těchto strategiích. Snažte se více dbát na šum systému, přičemž dosahované rozlišení a přesnost jsou důležitými technickými údaji.

Jestliže máte například pro 12bitový systém rozsah 5 V při analogovém zisku 250 V/V, nejméně významný bit systému (LSB) odpovídá 5 V /250 / 212 neboli 4,88 mV. Obr. 1.A ukazuje tento typ systému.

Nyní připojte signál snímače k 24bitovému převodníku bez zesílení (Obr. 1.B). Můžeme si to dovolit, protože velikost nejméně významného bitu 24bitového systému odpovídá analogovému zisku 4 096. Když použijete tuto strategii návrhu, odečítáte vlivy posunu analogové úrovně tím, že použijete diferenciální vstup analogově-digitálního převodníku. To vám umožňuje přivést napětí na invertující vstup analogově-digitálního převodníku při současném přivedení výstupu vašeho snímače na neinvertující vstup převodníku. Ačkoliv je využit celý rozsah 24 bitů analogově-digitálního převodníku, výstup vašeho snímače může pokrýt pouze část výstupních kódů analogově-digitálního převodníku. Tím, že zvolíte pouze část rozsahu převodníku, můžete se soustředit na vhodnou oblast signálové charakteristiky.Máte-li 24bitový analogově-digitální převodník, který má efektivní rozlišení 23 bitů, je to, jako byste měli 2048 jednotlivých 12bitových převodníků rozložených na celý rozsah převodníku.

V článcích, které budou následovat, se podíváme na způsob využití této myšlenky u dynamometru a snímače teploty. V obou případech porovnáme výkon a cenu systému. Vyhodnocením několika různých typů pomalých obvodů provedeme porovnání mezi 12bitovou aplikací a 24bitovou implementací a ukážeme si výhody tohoto nového způsobu návrhu.

www.ti.com