תכנון Adcs עבור איכות גבוהה בסביבה באוטומציה תעשייתית

אפשרויות בסיסיות עבור High-Temperature ADCs

תהליכי CMOS סטנדרטיים מדורגים בדרך כלל עבור טמפרטורות צומת עד 125 מעלות צלזיוס מעבר לכך, בחירה חומרית הופכת לגורם העיקרי של פעולה אמינה.

Bandgap Semiconductors: Silicon Carbide וגליום Nitride

לסביבות טמפרטורה קיצוניות העולה על 200 מעלות צלזיוס, חומרים רחבות של להקות כגון FLT:0silicon carbide (SiC) irFLT:1 וFLT:2gallium nitride (GaN)uaFLT 3 מציעים פתרונות דליפות גבוהה יותר מאשר ביצועים דליפות גבוהה יותר של סיליקון (3.26 e עבור 4HSCi בהשוואה ל-1.12age) עבור אפקטים מתקדמים יותר בטמפרטורות גבוהות יותר מאשר ב-CDC.

טכנולוגיות טכנולוגיות (SOI)

טכנולוגיית SOI CMOS מספקת קרקע ביניים מעשית עבור פעילות גופנית גבוהה עד כ-225 מעלות צלזיוס על ידי הטמעת שכבת תחמוצת קבורה מבודדת שכבת מכשיר הסיליקון הדקה מן תת-התחסין:0SOI מקטין זרמי דליפות על ידי הזמנות של גודל FLT:1 בהשוואה ל-CMOS בטמפרטורה דומה.

חבילות וחדשנות

תפעול עתיר גבוה מציב דרישות חמורות על מערכת האריזה.FLT:0 חבילות Ceramic (כגון CQFP, CGA, או חבילות מתכת הרמטיות)FLT:1 להיות חיוני מעל 125 מעלות צלזיוס, כמו תרכובות סטנדרטיות של עובש פלסטיק מת ניטארית והצגת ספיגה מוגברת של לחות שמובילה לקורטוזינציה בטמפרטורות גבוהות.

בחירת אדריכלות ADC הנכונה עבור מתח

לא כל ארכיטקטורות ADC מגיבות באותה מידה לתנודות טמפרטורה.בחירה של טופולוגיה משפיעה ישירות על החוסן התרמית של מערכת המדידה.

הצלחה-Approximation-register (SAR) ADCs ב-High-Temperature Contexts

SAR ADCs משמשים נרחב באוטומציה תעשייתית בשל צריכת החשמל הנמוכה שלהם ורזולוציה מתונה. בסביבות עתירה גבוהה, האתגר העיקרי הוא FLT:0temperature הרגישות של ממיר דיגיטלי-ל-אנטיבי (DAC) יכול גם לגרור את ה- DSAR-Lancy 1 (pLT:1) SARLable יחס לינארי משתנה עם טמפרטורה, degrading לינאריות Precision Precision עבור ASARs עבור מגוון רחב של פעילות גמישה (R) עבור מגוון רחב של SARLS) עם SAR (טווח דינמי (טווח קבוע) עם SAR) עם SARLS) עם SARLS) כולל SARLancy-זמנית עם SAR (טווח דינמי (Duad) כולל תכונות קבוע עם טמפרטורה גבוהה (DV) עם SARLancy-Lancy) עם SAR) עם SAR (טווח קבוע עם SARLancy) עם SAR) עם SAR-זמנית עם SAR) עם SARLensancedial Resurial Resur-זמנית עם SARLancy) כולל SAR (DVE) עם SAR (טווח קבוע פתוח עם SARLancy) כולל SARLancy) כולל SAR

דלתא-סיגמה משתנים: לעיתים קרובות רובוסט, אך אדריכלות-Dependent

דלתא-sigma ADCs מעסיקה oversampling ורעש עיצוב כדי להשיג החלטה גבוהה.המנהל שלהם מעבורת-capacitor integrators רגישים ליחס Capacitor תואם ואפקט המגבר התפעולי, שניהם מידרדרים עם טמפרטורה.

פייפר ADCs: ניהול רווח ו Offset Drift

פיפיר ADCs להשיג גבוה דרך חישובים המשמשים במערכות וידאו ו מכ"ם אבל הם רגישים יותר שגיאות הנגרמות טמפרטורה מאשר SAR או דלה-sigma אדריכלות.הרווח הבין-שלבי מגבר ומעגלים מדגם-וחזקים נסחפו עם טמפרטורה, ואת התיקון הדיגיטלי הבין-שלבי יש יכולת מוגבלת לפצות על סחף אנלוגי:0-זמנית גבוהה צינורות aDCure בדרך כלל בשימוש בטמפרטורות יעילות של 12 מעלות צלזיוס-אפקטיביות.

פלאש ADCs: מהירות במחיר של רגישות תרמית

מערך ההשוואה המקבילה ב-Hyber ADCs הופך אותם לנטועים מטבעם לערפל ולהתרחקות עם טמפרטורה. כל מתח סף של קופרטור משתנה באופן עצמאי, מה שגורם לשגיאות בועות והתנהגות לא מונוטונית בטמפרטורות גבוהות. בעוד שהפלאש ADCs משמשים לעתים נדירות למדידה תעשייתית דיוק, הם מופיעים בלולאות בקרה מהירות גבוהה עבור ממירי חשמל הפועלים בטמפרטורות חמות.

אסטרטגיות ניהוליות עבור ADC Subsystems

החלטות חומריות וארכיטקטורה חייבות להיות משלימות על ידי ניהול תרמי יעיל כדי לשמור על טמפרטורת הצומת ADC בטווח התפעולי שצוין.

טכניקות ניהול נורמטיביות

(עד 125 מעלות צלזיוס) טכניקות פסיביות מספקות לעתים קרובות מספיקות (FLT:0 Thermal Throughs under the ADC חבילהFLT:1), מחובר מטוס קרקע על ה- PCB יוצר נתיב התנגדות תרמי נמוך להפיץ חום. Copper לשפוך על שכבות חיצוניות להגביר את אזור ההעברה האפקטיבי.

גישה מגניבה פעילה

(ב) כאשר טמפרטורות גבוהות עולה על 150 מעלות צלזיוס או כאשר מספר רב של כוח גבוה ADCs הם משותף, קירור פעיל הופך הכרחי.FLT:0Forced אוויר convectionFLT:1 באמצעות אוהדים היא השיטה הפעילה הפשוטה ביותר, אבל האוהדים מציגים חששות אמינות עקב מגע מכני ללא התאמה של מערכת ההפעלה או תעשייתית סביבות.

המונחים: thermalfoldity

(לא חימום ב- PCB יוצר ⁇ טמפרטורה הגורם ללחץ מכני על מפרקי מכר וגורם לנסחף בין הערוצים ADC:0 Thermal סימטריה בפריצבהFLT:1 מסייע לשמור על טמפרטורה אחידה על פני רכיבים קריטיים.Ring אותות רגישים טמפרטורה הרחק מאזורי פיזור בעוצמה גבוהה (מפרקים מתחמיים, נהגים) מצמצם את ההפיכה תרמילאה עבור מספר ערוצים:

טכניקות לחיקוי ושילוב עבור Thermal Drift

גם עם החומרים הטובים ביותר וניהול תרמי, כמה טעויות הנגרמות טמפרטורה נשאר.קלבריציה וטכניקות פיצוי לשחזר דיוק ולהרחיב את טווח הטמפרטורה התפעולית.

תיקון מבוסס שולחן

הגישה המשותפת היא לאפיין את ההתפרצות של ADC, רווח, שגיאות ליניאריות בטמפרטורות במהלך בדיקות הייצור ולאחסן את האפקטיביות הללו בזיכרון שאינו רצוני חיצוני. במהלך ניתוח, חיישן זמני:0temperature מוטבע על הדחיסות ADC DieFLT:1 קורא את הטמפרטורה, ואת מנוע התיקון מספק את הפחתת נקודות ההתאמה המתאימות מטווח הראייה המלא (אך ניתן לנסח את ה-Lactreected) כדי לספק נקודות תיקון מרובות ל-Latedowd (Lactrepoint) באופן קבוע (אך).

מידע על Real-Time Digital Calibration Using Inputs

לדיוק גבוה יותר בסביבות תרמיות דינמיות, תוך זמן אמת של חדירה ידועה אותות ההתייחסות אל נתיב קלט ADC במהלך מחזורי המרה של מדלל. a Distance Stress בהתייחסות לטמפרטורות נמוכות (למשל, באמצעות Zener או חיתוך-עופרת) מספק את תקן ההזרקה התזמון הדיגיטלי, ללא שינוי תזמון קבוע, כלומר, הפונקציה מחזירה דיגיטלית, התגובה של ADC ליחסי ה-ADC ל-Valphfraph: רזולוציה גבוהה יותר, או לאפקטים של תהליכי תיקון דינמית, כגון התחממות סטטית משקל דרמטיים מתקדמים, כגון: התחממות סטטיים מתקדמים יותר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, הן שינויים דרמטיים מתקדמים יותר, ללא שינויים דרמטיים מתקדמים יותר, כגון: תזמון, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, ללא שינויים דרמטיים מתקדמים יותר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, ללא שינויים דרמטיים מתקדמים יותר, ללא שינויים דרמטיים, ללא שינויים תזמון, כלומר, ללא שינוי דרמטיים מתקדמים יותר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, ללא שינוי דרמטיים מתקדמים באופן דרמטיים מתקדמים יותר, כלומר, ללא שינוי דרמטיים, אשר נגרמים מתקדמים יותר, הם גורמים דרמטיים, כלומר, כלומר, כגון

טכניקות צ'ופר סטביליזציה ו- Auto Zero

ברמת המעגל האנלוגית, (FLT:0) ייצוב של ייצוב (FLT:1) ו- (FLT:2autozeroingFLT 3: 3) להפחית רעש נמוך וסחף בשלבים המגבר בתוך שרשרת האות ADC. Chopper מייצב את מדדי ה-ADC ורעש נמוך יותר לתדירות גבוהה יותר שבה ניתן לסנן, ביעילות מבטלת את הטמפרטורות הנגרמות על ידי מדגימה ואפקט של שיטות מדגימה.

פרוטוקולי בדיקה ואימות ל-High-Temperature ADCs

אימות ביצועי ADC בסביבות עתירה גבוהה דורש פרוטוקולי בדיקה שאינם מעבר לאופיון נתונים סטנדרטי בטמפרטורת החדר.

JEDEC ו- AEC-Q100 תקניים ל-High-Temperature Qualification

(ב) ,0)JEDEC JESD22-A119035, תקן 1:1 עבור חיי אחסון עתירי גבוה ו-FLT:2JEDEC JESD22-A104FLT 3 עבור אופניים תרמיים לספק מתודולוגיות בסיס עבור בדיקות אמינות.

Cycling and Power Cycling Tests

מעבר למחסן עתיר-טמפרטורה סטטי, FLT:0thmal רכיבה על אופניים FLT 1 בין מחזורים חמים וקרים (למשל, 40 מעלות צלזיוס ל +175 ° C) מדגיש את החבילה והמבנים המחוברים, חושף את הכשלים CTE לא מתאימים שלא יופיעו במבחנים חמים יציבים של מדינת-FLT:2Power רכיבה על אופנייםFLT:3, שבו ADC הוא לסירוגין על פני טמפרטורות נמוכות ושפל של 1000 ליטרים, בדרך כלל, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 התחממות גבוהה, 000 התחממות גבוהה, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 כוח, 000, 000, 000, 000, 000, 000 כוח טבעי, 000 חזק, 000 חזק, 000 התחממות גבוהה, 000, 000, 000 התחממות גבוהה, 000, 000 חזק, 000 חזק, 000 חזק, 000.

ניטור מערכת

במהלך ההסמכה, ccil:0key ADC פרמטריםFLT:1 (DNL, INL, שגיאה התחלה, טעות רווח, SNR ו- THD) נמדדים במספר נקודות טמפרטורה בטווח התפעולי.מערכת המדידה חייבת להיות מעוצבת עם תיקון בדיקה מבוקר טמפרטורה מבודדת כי מבודד את המכשיר תחת בדיקה תוך שמירה על כלי בדיקה בטמפרטורה כדי למנוע זיהום שגיאות עבור הביטחון הגבוה ביותר, מעקב מתמשך רק כאשר הם עלולים להתרחש שגיאות מעבר הרחם (R) עלולים להתרחש רק לאחר מכן, רק תופעות לוואי מתוחכמות גבוהה יותר (מעקביות) בטמפרטורות מתוחכמות גבוהה יותר).

טכנולוגיות מתפתחות וכיוונים עתידיים

הביקוש ל- ADCs בסביבות קיצוניות ממשיך לגדול, מונע על ידי התרחבות האוטומציה התעשייתית לאזורים קשים גיאוגרפית ופעולות תת-קרקעיות עמוקות יותר.

Bandgap ADC Prototypes

מעבדות מחקר הוכיחו את הטמפרטורות של צומת:0;0 (SiC מבוסס ADCirve 1) המופעלות בטמפרטורות צומת מעל 350 מעלות צלזיוס, עם החלטות עד 12 סיביות ושיעורי דגימה בטווח הנמוך מגה-הרץ. המעגלים האלה משתמשים בסי-C MOSFET ו- JFET בדרך האנלוגית, עם SiC Schotkyodes עבור ההתייחסות וההגנה המסחרית, בעוד שיצרנים המובילים של ה-AC יכולים להגיע לשילוב של 5 שנים של גזים גדולים במיוחד, במיוחד, כולל אינטגרציה, כולל סגסוגת של גזים, אשר יכול להיות מעורבים, כולל סגסוגת C.

Machine Learning-Assisted Calibration

אלגוריתמי למידת מכונה מוחלים על שיטות למניעת הריון:0 ותגמול על נתוני ADC המושרה טמפרטורה ADC שגיאות FLT:1 מדויק יותר מאשר שיטות מסורתיות LUT או לינארית של מזהמים. רשת עצבית המאומנת על נתונים ממחזורי טמפרטורה מרובים יכול מודל מורכב, רב-קיום בין טמפרטורה צומת, אספקת מתח, תדירות ושגיאה ADC.

שילוב עם מיקרובקרים בעלי רהיט גבוה ו Transceivers

מערכות זמן גבוהות ישלבו את ה- ADC, הקללה הדיגיטלית, ו-Sceivers תקשורת על אחד מתים או במודול רב-צ'יפ באמצעות AFLT:0SOI או SiC TechnologyFLT:1 שילוב זה מקטין את מספר הקישורים העלולים ליפול בטמפרטורות גבוהות, מורידים השפעות פרציטיות, וסימולציות של מוצרי ניהול תרמיים של 16 מעלות צלזיוס, אשר כבר לא יתאים לטמפרטורה קצרה ו-F2, קומפקטית של קומפקטית, קומפקטית של קומפקטית (C2C)

מסקנה

תכנון ADCs לסביבות עתיריות גבוהות באוטומציה התעשייתית דורש גישה שיטתית המשלבת מדע חומרי, אדריכלות מעגלית, הנדסה תרמית וטכניקות קליברציה מתקדמות.הבחירה של טכנולוגיית Semiconductor - בין אם CMOS קונבנציונלי עם רינג קפדני, SOI עבור אינטנסיונות לטווח בינוני, או חומרים רחבים עבור תנאים קיצוניים - מגדיר את הבסיס לאסטרטגיות יעילות כגון ניהול אגרסיבי ואסטרטגיה אסטרטגית יעילה, ניהול מחזור חיים דיגיטלי, מבטיח דרישות ייצוגיות אגרסיביות, ובדיקה לאחור.

(ב) תהליכים תעשייתיים דוחפים לעבר יעילות גבוהה יותר ואוטומציה עמוקה יותר בסביבות קשות יותר, הביקוש ל- ADCs שפועלים באופן אמין בטמפרטורות מעל 150 מעלות צלזיוס רק ירחיבו את המהנדסים השולטים בשיקולים העיצוביים הללו יאפשרו לדור הבא של מערכות בקרה תעשייתיות שיכולות לפקח ולייעל תהליכים במקומות שבהם רכיבי סיליקון לא יכלו לשרוד.