ההשפעה של Aging ולבוש על ADC ביצועים ואסטרטגיות תחזוקה

Analog-to-Digital Converters (ADCs) משמש גשר בין העולם האנלוגי המתמשך לבין התחום הדיגיטלי דיסקרטי, מה שהופך אותם הכרחיים ביישומים החל הדמיה רפואית ואוטומציה תעשייתית לתקשורת ומערכות הגנה.בחיים התפעוליים של ADC, ההזדקנות והלבש להציג עדינה - ולעתים קטסטרופלית - שינויים בביצועים.

מאמר זה בוחן את מצבי הכישלונות העיקריים אשר מופיעים כעידן ADCs, חוקר כיצד ארכיטקטורות ממיר שונות מגיבות ללבוש, ופרטים אסטרטגיות תחזוקה מקיפה המשלבות קיטוב קבוע, ניהול סביבתי וניתוח חיזוי.המטרה היא לצייד מהנדסים ומפעילי מערכת עם הידע הדרוש כדי לשמור על דיוק ADC מפריסת דרך סוף החיים.

איך להגות and Wear Degrade ADC Performance

ההשפלה של ביצועי ADC לאורך זמן מונעת על ידי שילוב של הזדקנות פנימית, מתח סביבתי, ועומס חשמלי מצטבר.גורמים אלה באים לידי ביטוי כשינויים משמעותיים במפרטים מרכזיים כולל יחס אות-לא-מס (SNR), עיוות הרמוני מוחלט (THD), מספר יעיל של ביטים (ENOB), מהפך ולהשיג סחף, שונות לא לינאריות (DNL), ולא אינטגראליות (L) (אפילו בפרמטרים קטנים אלה יכולים להפוך לאפקטיביים).

המונחים: mitel Deterioration

בלב כל ADC הם אבני בניין אנלוגיות אשר המאפיינים החשמליים שלהם משתנה עם הזמן. Capacitors - במיוחד אלה המשמשים מעגלי דגימה-וחזקה ופיצול DACs - רגישים במיוחד. Dielectric, דליפה הנוכחית עלייה, וערעור ערך קיבול יכול להציג שגיאות ולהפחית את הדיוק של רכישת דגימות.

Switches ו- מרובותxers בתוך ADC, בדרך כלל מיושמת עם MOSFET, סובלים משינויי סף מתח והתנגדות ערוץ מוגברת (Ron) כמדמוצת שער.שינויים אלה משפיעים על ליניאריות של נתיב אותות קלט ויכולים להציג שגיאות לא לינאריות שקשה לפצות על קליטה ו- sigma-deltaers, את המגבר התפעולי המשמש את הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת ההפחתה והפחתת ההפחתה הסופית.

השפעות על ADC אדריכלות

נספח (SAR) ADCs

SAR ADCs מסתמכים על מערך Capacitor ו-Comparator יחיד. Capacitor ההזדקנות פגמים במערך ההשפעה הישירה DNL ו- INL. המחליף עצמו עשוי לפתח סחף לרעש מוגבר, במיוחד אם נחשפים לטמפרטורות קיצוניות. כי ארכיטקטורות SAR כוללות לעתים קרובות התייחסות פנימית, סחף של התייחסות זו - בין אם מהזדקנות או מעבורת מעבורת או מעבורת - 2C - אך עלולה להחמיר את היתרונות הרגילים של שימוש ב- 2C / 0.

המונחים: ADCs

פיפיר ADCs מעסיקה שלבים רבים של קזד, כל אחד המכיל מדגם-and-hold, sub-ADC, DAC, ומגבר בין-שלבי.הזדקנות בכל שלב בודד מקטין את הליניליות הכוללת.מצבי הכישלונות הנפוצים ביותר הם מחלחלים ב- A-ADCs, לצבור שגיאות במגברים בין-שלבים, ו- DAC ללא רגישות פנימית מוגברת מ- CIRCKERC.

Sigma-Delta ( ⁇ ) ADCs

ממירי Sigma-delta מצטיינים ביישומים ברזולוציה נמוכה, ברזולוציה גבוהה.הביצועים שלהם מידרדרים בעיקר באמצעות דליפת integrator, הפניה סחף, ולהגדיל רעש תרמי במרכיבים הפעילים של המנטר.ההמסנן הפחת הדיגיטלי הוא בדרך כלל חסין להזדקנות, אבל לולאת המודולטור האנלוגי הופכת פגיעת יותר להתנהגות כללית ורעש idle-out-Creper כמו רכיב גבוה 24 שנים.

גורמים סביבתיים שמחייבים ללבוש

הטמפרטורה היא המאצת הדומיננטית של הזדקנות ADC.כל 10 מעלות צלזיוס עולה בטמפרטורה התפעולית בערך מכפיל את שיעור מנגנוני כישלונ רבים, כולל אלקטרומיגולציה, נזק חד-חמצני, ועומס החבילה.הההה מקדמת קורוזיה של חוטי האג"ח ומובילה, בעוד רטט וזעזועים יכולים לפצח את השברים או לפגוע במיקרו-bumpage הפנימי בחבילות אלקטרו-מגנטיות של כדור-מגנטיות (EM) בדרך כלל לא יכולים להפעיל באופן ישיר את רכיבי הפחתת ה-מרחב האוויריים, אלא גם לא לפעול באופן ישיר, אלא גם מחוץ לחשיפה לחשיפה לחשיפה לקרינה לטווח הארוך, אך לא יכול להפעיל את רכיבי המשתנים, אך לא ניתן להפעיל את רכיבי המשתנים, אך לאיים אלה מחוץ לטווח הארוך, אלא לחשיפה לדגמיציפייתיים (IDC).

אסטרטגיות תחזוקה להזדקנות ADCs

תוכנית תחזוקה מעוצבת היטב הולכת מעבר ל calibration תקופתית פשוטה.It משלבת בקרה סביבתית, ניטור ביצועים, תכנון ונדנציה, וחיזוי מקצה החיים.האסטרטגיות הבאות חלות על פני רוב המערכות העצמאיות של ADC, בין אם בכלי מעבדה, חיישן מרחוק, או פלטפורמת אבטחת נתונים ברשת.

קוצר רוח וטרנסיות מטרולוגית

קליברציה לתקן את ההתחלה, רווח וטעויות לינאריות המושרה על ידי ההזדקנות.עם זאת, השיטה משנה. DC קלמנט באמצעות מקור מתח מדויק תיקון שגיאות סטטיות, אבל שגיאות דינמיות - כגון עיכוב, זמן יישב, ודמיון תגובה תדירות - דורש גישה מקיפה יותר.עבור תוצאות הטובות ביותר, לבצע קיחוס ברמה המערכת, לממש את ADC עם התייחסות ידועה על פני אותות מלאים של זיכרון (C) באופן אוטומטי החלת זיכרון עצמי) הם סימנים של שימוש קבוע.

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

  • 16 סיביות + ADCs: כל 6-12 חודשים.
  • בקרת תהליכים תעשייתיים: כל 3-6 חודשים או כל תחנת התחנות.
  • חיישנים בעלי אופי שדה ללא גישה קלה: עצמי ברמה של מערכת החל באמצעות הפניה פנימית, בתוספת קלברציה ידנית מלאה כל 2-3 שנים.

מעקב אחר ביצועים ותחזוקה חיזוי

במקום להגיב לכישלונות, לעקוב אחר הפרמטרים העיקריים של ADC לאורך זמן ולחפש מגמות. Parameters כגון offset, לצבור שגיאות, רעש (RMS), ו DNL /INL ניתן למדוד ללא הסרת ADC מהמערכת על ידי שימוש במגמות הפיכה על הסיפון, לפני ציון ערכים אלה שבועי או חודשי וקבוע סף איטי, מונוטוני ברווח (למשל, אותות הפסד מוקדם) או ירידה של מצבה פתאומית (p) עלולה לגרום להפחתה מוקדמת של מצבה של מצבה של מצבה של מצבה של מצבה של מצבה של מצבה של מצבה של מצבה של A.

(ב) ◄ [13] ⁇ ⁇

  • יומני נתונים שיאים קבועות calibration ו-Compets ביצועים.
  • תכונות מבוססות-עצמיות (BIST) זמינות ב-ADCs מודרניים רבים.
  • תוכנת ניטור מרחוק המשלבת עם מערכות PLC או SCADA.

ניהול סביבתי והגנה

בקרת הסביבה התפעולית היא אחת הדרכים היעילות ביותר להאט את ההזדקנות של ADC.

  • שמירה על טמפרטורה יציבה בתוך ±5 ° C של עיצוב אופטימלי, באמצעות תנורי חום או קרירים בסביבות קיצוניות.
  • לחות מבוקרת מתחת ל 60% RH כדי למנוע קורוזיה ודליפה.
  • באמצעות ציפויים תואמים או צחצוח על שבבים המכילים ADC כאשר נחשפים לחות או אדנים כימיים.
  • יישום נכון של ריצוף ומגן כדי להפחית את הלחץ המושרה על ידי EMI. השתמש בדלטים על קווי חשמל וסימן, ולהבטיח מטוס קרקע נמוך (למד יותר על FLT:0PCB הנחיות פריסה עבור במהירות גבוהה ADCsFLT:1).
  • החלת דיכוי והגנת ESD על סיכות קלט כדי למנוע נזק מצטבר מ transients.

המונחים: cell Redundancy

במערכות קריטיות של המשימה, Redundancy מספקת נתיב כושל בזמן ש- ADC מוחלפו. Redundancy ניתן ליישם ברמת המודול (dual ADCs עם ברירה אוטומטית) או ברמת המערכת (שני ערוצי רכישה מלאים עם בדיקה חוצה), תוכנית הצבעה המשווה את התפוקה של שלוש ADCs יכול לזהות יחידת סחף ודגל זה עבור תחזוקה ללא הפרעה פעולה זה הוא אמצעי לחימה.

שדרוג והחלפת שדרלינג

לכל ADC יש חיי שירות סופיים.יצרניות Semiconductor מספקות לעתים קרובות נתונים של אמינות כגון שיעורי FIT (הקפאות בזמן) ומנגנוני מנגנונים של לבישת, אך אלה משודרגים על בדיקות חיים מואצות. לוח זמנים חלופי מעשי צריך להיות מבוסס על מגמות ביצועים נצפות ולא זמן קבוע. כאשר ADC נמדד ENOB נופל מתחת ל-90% מהמפרט הראשוני שלו, או כאשר קבוע של טמפרטורה דורש התאמה ראשונית של 0.5%).

תוכנות תוכנה ותוכנות Mitigations

בנוסף לתחזוקה חומרה, קושחה יכולה לפצות על כמה אפקטים ההזדקנות.אלגוריתמים דיגיטליים של קלוריות יכולים להתאים את ההתחלה ולקבל אפקטיביות על-פני-הפנית באמצעות הפניה ידועה. טבלאות תיקון לא-לינאריות המאוחסנים ב- EEPROM יכול להיות מעודכן לאחר שכל קלבציה כדי לעקוב אחר שינויים איטיים ב-DNL ו-In sigma-ta-ta ממיר, הפילטרים הדיגיטליים של ה-Fcation יכולים רק כדי לתקן את הפונקציה הקלה של ה-APTS.

אימות ADC בריאות: בדיקות אבחון

תחזוקה יעילה דורשת בדיקות אובייקטיביות החושפות את המצב האמיתי של ADC. כמה הליכים אבחון חיוניים כוללים:

  1. מבחן הוטוגרם:0.DC: 1FLT החל מתח ידוע DC ליד אמצע קנה המידה ותיעוד אלפי קודים פלט.התפשטות מצביע על רעש; סעו ב-Hetogram פירושו מצביע על טעות.
  2. (FLT:0Sine-Wave FFT Test:BuildFLT:1) החל גל חטא נקי ומדליק את FFT. Measure SNR, THD, SFDR ו- ENOB. בהשוואה לערכי גליון נתונים.
  3. (ב) .0.10.10.1) השתמש במשול מדויק או מתח מתקדם כדי למדוד DNL ו- INL. בדיקות אלה לחשוף את ה- capacitor mismatches ומגברה של בעיות התיישבות.
  4. (FLT:0) מבחן תגובה: ההרחבה 1:1 החל צעד מהיר ולכידת הפלט ADC. חפש זמן, פתרון יתר, וקודים חסרים המצביעים על ירידה של דגימות וירידה.

יש לערוך בדיקות אלה בתנאים מבוקרים (טמפרטורה ידועה, אספקה יציבה) כדי לבודד את ההזדקנות של ADC מהשפעות סביבתיות.ניתן להשוות את התוצאות נגד מדידות בסיס שנלקחו כאשר ה- ADC היה חדש.

תגיות קשורות Common Misconceptions About ADC

טעות תכופה אחת בתכנון התחזוקה היא ההנחה שכל הגיל של ADC באופן אחיד.למעשה, שיעורי ההזדקנות משתנים באופן משמעותי על ידי עיצוב, תהליך טכנולוגיה, ומאמץ תפעולי.עוד תפיסה מוטעית היא ש- ADCs יכול להיות "מבוגר" על ידי חזרה למחזור או רכיבה על אופניים כוח - לא הפוך את ההידרדרות רכיב בסופו של דבר, תוך התבססות רק על קצבה עצמית ברמה של מערכת ללא אימות חיצוני יכול לסחף כי מצטבר כי מצטבר בין קלודות לבין בדיקות פנימיות.

מסקנה

הזדקנות ולבוש הם בלתי נמנעים מכל רכיב אלקטרוני, אבל ADCs רגישים במיוחד בגלל הדיוק האנלוגי התובעני הנדרש להמרות ברזולוציה גבוהה. על ידי הכרה במנגנוני הכישלונות הספציפיים - סחף capacitor, מהפך, שינוי ההתייחסות והאצה סביבתית - מהנדסים יכולים ליישם תוכנית תחזוקה הכוללת גם מדידה קבועה, בקרה סביבתית, מעקב, החלפת תוכניות, פיצויי תוכנה לטווח ארוך, אך שמירה על אמינות לטווח ארוך של אסטרטגיות לא רק בתנאי מדידה, אלא גם כן, אך ורק בתנאי איכות חיים בטווח הארוך.

לצורך מחקר נוסף של אמינות ADC, Texas Instruments מספק נייר מצוין:0 לבן על ADC לטווח ארוך יציבות ארוכת טווח יציבות FLT:1, ו IEEE מציע נייר ממבט עמיתים על FLT:2aging אפקטים בצנרת ADCscioFLT 3: משלב את המשאבים האלה לתוך העיצוב והתחזוקה שלך תיעוד כדי לחזק את ההבנה של ADC לאורך זמן.