הקדמה: למה לסובלנות משנה בעיצוב מגבר

כל מרכיב אלקטרוני בעולם האמיתי מגיע עם דירוג סובלנות - את הריאציות המותרות מהערך הדומיניאלי שלה. עבור 10 k ⁇ התנגדות עם ±1% סובלנות, ההתנגדות בפועל יכול לנוע בין 9.9 k ⁇ ל 10.1 k ⁇ . ב מעגלי מגבר, וריאציות כאלה בהתנגדות, capacitors, ומכשירים פעילים מצטברים, גרימת שגיאות רווח, רוחב פסים, ואפילו חוסר יציבות.

תפקיד התוספת השלילית ב- Mitigating Tolerances

משוב שלילי עובד על ידי דגימה חלק של אות הפלט ו subtracing אותו מן הקלט.הסימן המתקבל מניע את המגבר כגון רווח ה- loop סגור מתקרב לערך אידיאלי שנקבע על ידי רשת משוב. מתמטית, עבור מגבר עם רווח גלוי-פרלופ:0AFLT:1 וגורם משוב β, הרווח סגור הוא:

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

כאשר Aβ גדול (כלומר, רווח לולאה הוא גבוה), רווח ה- loop סגור מפשט בערך 1/β. מכיוון β נקבע על ידי רשת פסיבית (נגדיים נטולי רחמים), הדיוק שלו יכול להיות נשלט הרבה יותר חזק מאשר רווח פתוח-פרלופ:0AFLT:1, אשר עשוי להשתנות עם טמפרטורה, היצע, ייצור, הרבה, שלילי, כך משובים כדי לענות על רכיבים חיצוניים, למרות ביצועים לא מושלמים, למרות תכונות פעילות.

כיצד טעויות סובלנות מתפרסות ב-Open-Loop לעומת מערכות סגורות-Loop

(ב) , [17] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

סוגים של פידבק וחליפה שלהם למילוי

למרות שקיימים גם מתח וגם ארכיטקטורות משוב נוכחיות, עקרונות הפיצויים הסובלנות חלים על שניהם.הבחירה תלויה רוחב הפס הנדרש, רעש, ופלט.

« « משככי כאבים

מגברי הנקה-וולטר (VFAs) מזינים מתח פרופורציונלי לפלט בחזרה לפלט המופנם. הם שולטים דיוק DC ויישומים קידוד נמוך בגלל הנפילה הנמוכה שלהם וסחף.רשת המשוב היא בדרך כלל מתפצל מתח התנגדות, אשר יחסו יכול להיות מדויק מאוד עם מתנגדים מדויקים.

ה-Frenceback

(ההזנה הנוכחית) מ משוב על זרם לרישום מחדש.הם מצטיינים במעגלים מהירים, רחב-צדדיים, כי רוחב הפס הסגור נשאר קבוע יחסית כמו הרווח משתנה. סובלנות בולטת משפיעה על ערך משוב מוליד, אשר קובע גם רווח ורוחב פס גבוה.

(FLT:0) ,Felove:1Key Insight:3 ⁇ :2 ללא קשר לסוג משוב, הדיוק של רווח ה- loop סגורה נקבע בעיקר על ידי דיוק של רשת משוב.שימוש בהתנגדות עם 0.1% ו- 0.1% ו- טמפרטורה נמוכה (למשל, ±25m/C) יכול להפחית את השגיאות לרמות רשלנות, אפילו כאשר המכשיר הפעיל יש סובלנות רחבה.

המונחים: Specific tolerance-Sensitive Parameters

סובלנות בולטת משפיעה יותר מאשר רק רווח. Bandwidth, שולי שלב, עיוות, ופלט נדנדה כל תלוי ערכי הרכיב. Feedback עוזר לייצב את הפרמטרים האלה, אבל המעצב חייב להבין מה הם קריטיים ביותר.

קבל את ה- Accuracy

כפי שתואר לעיל, משוב שלילי מפחית את הרגישות לפתיחות וריאציות.כדי לשפר עוד את דיוק הרווח:

  • השתמש בהתנגדות ל-Fol-film עם סובלנות הדוקה (0.1% או 0.01%).
  • יחסי התאמת התנגדות באמצעות תת-קרקעית אחת (למשל, רשתות התנגדות של פילים דקים).
  • כולל מחסנית רגל אחת של מפיץ משוב כדי לטריד באופן ידני את הרווח לאחר ההרכבה.
  • בייצור גבוה, להשתמש ב- Poweriometers או קבל מגבר (PGAs) שניתן להתאים ליחידה.

Bandwidth ו-שלב Margin

סובלנות Capacitor (למשל, ±20% עבור קיבולים קרמיקה טיפוסי) יכול לשנות את הקוטב הדומיננטי של מגבר, שינוי רוחב פס ויציבות. Feedback אינו ישירות תיקון סובלנות capacitor, אבל התלות של לולאה על רשת משוב ניתן לנצל. לדוגמה, capacitor ממוקם במקביל עם משוב רחב יותר (שלב משולב) יכול להיות סובלנות על ידי CG מוגבל בעיקר על ידי CG).

משמעת וקווירליות

אי-לינאריות במכשירים פעילים גורמים לעיוות הרמוני.הלאה גבוהה מרוויחה מקטין את העיוות על ידי גורם (1 + Aβ) מכיוון שרווח הלולאה תלוי ברווח הפתוח (אשר עשוי להשתנות ±20% עם טמפרטורה), השיפור בפועל יכול להשתנות.עם זאת, רשת משוב עצמו אינה מציגה עיוות משמעותי; ולכן, הלינימיות של המגבר נשאר הרבה יותר עקביות מאשר זה ללא משוב עובד על ויזואלי על ויזואליקה על ⁇ .

אסטרטגיות עיצוב מעשיות עבור סובלנות

אימוץ גישה שיטתית מבטיח כי משוב ביעילות לפצות על סובלנות רכיב מבלי להציג בעיות חדשות.

שלב 1: זיהוי פרדוקסים קריטיים

התחל על ידי ציון הווריאציות המקובלות ברווח, רוחב פס, ההתחלה ועיוות על טווח הטמפרטורה התפעולית והאספקה. עבור כל פרמטר, לקבוע אילו רכיבים תורמים ביותר לניתוח הרגישות שלו: ⁇ tcompute ⁇ (parameter) / ⁇ (component value) ורכיבי דרגה על ידי השפעה.

שלב 2: בחר הזנת טופולוגיה

עבור יישומים מדויקים הדורשים דיוק טוב יותר מ ±0.5%, טופולוגיה של מתח עם מפיץ התנגדות מומלץ. השתמש בדגמת גבוהה של אומגהן (למשל, AD8551, OPA2188) כדי למקסם את הרווח לולאה. עבור יישומים רחבים שבו רווח שטוחה הוא קריטי, לשקול הנוכחית להניק מדגמי עם רוחב פס קבוע.

שלב 3: בחר משוב רשת תואם עם אישורים

יש לבחור את המתנגדים משוב ו capacitors על בסיס הדיוק הסגור הנדרש.עבור תקציב שגיאה של ±0.2%, להשתמש בהתנגדות עם סובלנות יותר מ ±0.1% וטמפרטורה coefficient מתחת ±25 ppm / ° C. Capacitors המשמש ישירות בתדירות- ניכוי רשתות הפחתת הפחתת התדירות - C0G / NP או סוגי סרט עם ±1% או ± ± 2, 000 סובלנות; X for Fbt; X/R.

שלב 4: שילוב התאמה להפקה

גם עם רכיבים הדוקים, הייצור מתפשט יכול לגרום טעות קטנה של רווח שאריות.הוספת trimpot (למשל, 50 k ⁇ multi-turn רב-עוצמה-iometer) בסדרה עם משוב מאפשר לכל יחידה להיות מותאם לרווח המדויק. עבור ייצור בנפח גבוה, להשתמש בהתנגדות דיגיטלית-promable (למשל AD, 5254) שניתן להגדיר את זה רק עבור חומרים פתוחים עבור ספקטרום פתוח, אך לא רק עבור חומרים פתוחים.

שלב 5: לחדד את הטוב ביותר - קללות

Run Monte קרלו סימולציות עם הסובלנות של הרכיב הצפוי כדי לוודא כי ביצועי ה- - ההרחבה הסגורה נשארים בתוך מפרט. השתמש במודלים סטטיסטיים עבור מתנגדים ו- capacitors (הפצה רגילה או אחידה) לשים לב מיוחד לגודל הרווח של הלולאהט והרמה - אם השולי יורד מתחת ל- 45 מעלות, המעגל עשוי להיות לא יציב עם שילובים מסוימים של רכיב.

דוגמה: Precision non-inverting Amplifier

(ב) ,לאו (לא) מגבר עם רווח יעד של 10 V / V. בחר Rigve טמפרטורה:0gigtureFLT:1 = 1 k ⁇ ו RcioFLT:2fuaFLT 3= 9 k ⁇ . Using ±1% התנגדות, הרווח הגרוע ביותר יכול להשתנות מ 9.7 עד 10.3 (a ± 33%) על ידי מעבר ל- 0.1%, לעומת זאת, אם הוא עדיין לא מספיק כדי להוסיף 0.1%) עם ± 10.

(FLT:0note:ראהFLT:1) כאשר באמצעות trimpot, להבטיח כי טמפרטורות שלה coefficient משחקים כי של המתנגדים הקבועים כדי להימנע סחף עם טמפרטורה. הרבה trimpots דיוק יש TC גבוה יותר (למשל, ± 100 ppm / ° C) מאשר נוגדנים סרט מתכת; לשקול שימוש ברשת התנגדות קבועה עם חיתוך לייזר במקום חיתוך שלושה מטרים אם הוא סחף קריטי.

תוצאות Simulation

ניתוח מונטה קרלו עם 1000 ריצות, באמצעות ±1% מתנגדים (הפצה של Gaussian) ומודל דגימה עם ±20% וריאציות ברווח הפתוח, מראה כי רווח ה- ETH נשאר בתוך ±2% בטווח המלא - שיפור משמעותי על פני ה-Open-loop לצבור ולהוסיף משוב 0.1% מתנגד לרשתות זו כדי ±0.3%.

ההרחבה: Active Feedback ו- Calibration

עבור יישומים תובעניים כמו מגברי מכשירים, מועצות רכישה נתונים, או רנסצ'יברס RF, משוב פסיבי לבדו לא יכול להיות מספיק.מעצבים פונים לשיטות פיצוי פעיל.

המונחים: amplifiers

חיבור שני דגימה בתצורה מורכבת (למשל, אחד כמגבר עיקרי ואחד כמו לולאה סרבו) יכול להפחית את ההתחלה ולקבל סחף בשל סובלנות רכיב.מגבר עוזר לתקן שגיאות קידוד נמוך, מרגיע את דרישות הסובלנות על רשת משוב של המגבר הראשי.טכניקה זו נפוצה מאוד במערכות DC.

קליברציה אוטומטית (Auto-Zero ו- Chopper Stabilization)

רבים דיוקים מודרניים כוללים מעגלים פנימיים של אפס אוטומטי המדידה מעת לעת ואפס את השגיאה והשגת שגיאות. אלה ICs (למשל, LTC2057, ADA4522-2) להפחית את ההשפעה של סובלנות ראשונית וסחף, מה שהופך את רשת משוב חיצוני המקור הדומיננטי של שגיאות.גם עם ±1% מתנגדים חיצוניים, הדיוק הכללי של המערכת יכול לגשת ±005% לאחר הפחתת ביעילות על ידי אופטימיזציה דיגיטלית עבור כל הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הגמישות באופן יעיל.

הסמכת תוכנה ועדכונים

במערכות בעלות חתימה מעורבת, ADC יכול לנסח את הפלט המגבר, ומיקרובקר יכול ליישר את הרווח האמיתי ולהתאים את רכיב משוב הנשלט על ידי דיגיטלית (למשל, התנגדות מבוקרת DAC או מכפיל אנלוגי) גישה זו, הנקראת לעתים קרובות "פיצול דיגיטלי", יכול להשיג חלקים-עשר מיליון באמצעות רכיבים זולים עם סובלנות רחבה.

מלכודות נפוצות וכיצד להימנע מהם

גם עם משוב מעוצב היטב, שגיאות מסוימות יכולות לערער על פיצוי סובלנות.

התעלמות מהלייוט פרסיטיסטיקה

סטיות סטרי על הצומת המחוספס יכולות להפחית את שולי השלבים, במיוחד ברווחים גבוהים. השתמש במטוס קרקע, לשמור משוב על עקבות קצרות, ולמקם את התנגדות משוב קרוב לערכתו של הדגאם אם הכניעה הפרסיטית לא ניתן לחסל, להוסיף קפיטור קטן (מעט pF) על פני הנגד לפצות.

המונחים: Component tolerances

מפרט 0.01% מתנגדים כאשר 0.1% מספיק עולה וזמן להוביל. בצע ניתוח רגישות כדי לקבוע את הסובלנות הנדרשת לכל רכיב.לעתים קרובות, המתנגדים משוב הם היחידים קריטיים; עקפים קפיטורים וcapacitors הפיכה יכול להיות סובלנות רחבה יותר.

טמפרטורות גורמות ל Drift

סובלנות Resistor היא בדרך כלל צוין 25 מעלות צלזיוס.הטמפרטורות coefficient (TC) יכול לגרום סחף נוסף.לדוגמה, 10 k ⁇ התנגדות עם ±100 ppm / C TC ו ±1% סובלנות ראשונית עלולה להיסחף על ידי ±0.3% נוסף על פני קיבולת טמפרטורה של 30 מעלות צלזיוס. שימושים עם TC נמוך (למשל, ±25m / C או טוב יותר) ברשת משוב מספיק.

מסקנה: פידבק כמו כל הצעצוע של המעצב נגד סובלנות

סובלנות בולטת הן מציאות בלתי נמנעת של ייצור אלקטרוני, אבל הם לא צריכים להתפשר על ביצועים מגבריים משוב שלילי, אם מתח או נוכחי, מספק אמצעי חזק ומובנים היטב של desensitizing מעגל לריאציות במכשירים פעילים ורכיבים פסיביים. על ידי תכנון קפדני של רשת משוב - בחירת ניגודים הדוקים, כולל אלמנטים מתאימים, ומשלים עם cabration פעיל שבו מהנדסים מתאימים רק כדי להתאים את הגרסאות הטובות ביותר של עיצוב, אך ורק כדי להתאים את הנאות אופטית, עם תכונות אופטיות גבוהה יותר.

קריאה והערות נוספות

  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (הופנה מהדף ההרחבה של ההרחבה: ההרחבה של ההרחבה של Application Analysis (Application Report)
  • (ב) עיצוב אלקטרוני: הבנה והפחתה של השפעות סובלנות במגירים
  • (ב) [15] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇