ADC Systems'de Elektromanyetik Etkileşime Giriş

Elektromanyetik müdahale (EMI) en kalıcı ve zorlu tehditlerden biri olarak, analog-dijital dönüştürücü (ADC) sinyal bütünlüğüne yol açabilir. ADCs daha yüksek çözünürlüklere ulaşırken, 24bit ve ötesinde - EMI'nin etkisi özellikle de tıbbi görüntüleme, endüstriyel bir sinyal, telemetri ve hassas veri toplama gibi uygulamalarda kritik bir gerilim haline gelir.

Modern elektronik ortamlar, kablosuz vericiler, güç malzemeleri, motor sürücüleri, dijital saatler ve yakın radyo frekansı (RF) vericiler ile ADC sistemleri aracılığıyla, bu enerji çiftleri ADC performansına ve sinyal-noise oranına (SNR), toplam harmonik bozulma (THD), ve etkili sayıda EMI Mühendisleri, EMI'nin temel mekanizmalarını anlamalıdır.

Bu makale, EMI'nin ADC sinyal bütünlüğüne nasıl etkileyebileceğini ve yüksek çözünürlüklü ortamlarda sağlam veri dönüştürmelerini sağlamak için harekete geçebileceğine dair kapsamlı, üretim odaklı bir bakış sunar.For more basical knowledge, refer to theENFLT:0).Analog Cihazları ADC temelleri hakkında makale).

Elektromanyetik Interference Anlamak

Elektromanyetik müdahale, elektronik bir cihazın normal çalışmasını bozan istenmeyen elektromanyetik enerji olarak tanımlanır.ADCs bağlamında, EMI analog giriş sinyali, saat veya referans gerilimi, dönüşüm hatalarına neden olur. EMI'yi etkili bir şekilde azaltmalıdır.

EMI'nin kaynakları

EMI kaynakları sisteme içsel veya dış olabilir. İç kaynaklar dijital mantıksal geçişler, yüksek frekanslı geçiş düzenleyicileri ve saat osilatörler. Dış kaynaklar yakındaki radyo vericilerinden, elektrik motorlarından ve enerji hatları harmoniklere ve elektrostatik deşarja (ESD) ulaşır.

Coupling Mechanisms

EMI çiftleri ADC devrelerine dört birincil yol üzerinden giriyor: radiated, yapıldı, kapasitive, ve indüktif darbe. Görünmüş darbeler (DDöneticileri) doğrudan ADC'ye giderken meydana gelir ve plazma izlerinin üzerindeki gerilimleri etkiler, kablolar veya bir tutma sonuçları [Döneticileri)

Common-Mode ve Diferansiyel-Mode EMI

EMI aynı zamanda sinyal hatlarında nasıl göründüğünü de sınıflandırılır.ETHFLT:0)Common-mode müdahale eşit olarak ve her iki sinyal iletkeninde de yer alan fark edilir. Çünkü ADCs, girişleri arasındaki farkı ölçüyor, ortak mod gürültüsü ideal olarak reddediliyor - ancak sadece yükselticilerin ve ADC’nin ortak mod reddedilme oranına (CMRR ) yardımcı oluyor.

EMI'nin ADC Signal Integrity'de Etkileri

EMI'nin ADC performansı üzerindeki sonuçları ölçülebilir ve sık sık şiddetlidir. Düşük seviyeli müdahale, aşağıdaki sistemi gerekli doğruluk eşikleri altında itebilir. Aşağıdaki alt bölümler birincil etkiler.

Gürültü Tanıtımı ve SNR Degradasyon

EMI'nin en acil etkisi ADC çıkışının gürültü katında bir artıştır. Bu gürültü, temel ölçüm gürültüsü ve termal gürültüyü, sinyal-to-noise oranını azaltır. Verilen ADC kararı için, daha düşük bir SNR doğrudan, örneğin, SNR ve ENOB[tr|CD] için 16-bit ADC'ye eklenir.

Signal Distortion ve Harmonic Content

EMI giriş sinyali veya ADC'nin referans gerilimi harmonik bozulmayı öğretir. ADC cephesinde olmayanlar, EMI ile birlikte, çıktı spektrumunda görünen çok kötüleştirici (D)[D)[D)[D)[D)[D)[D)[D)[D)[D)[D)[D)[D)[D)))[D)[D)[D))[D)[D)[D)[D) ve [[D)))))))))))

Data Kaybı ve Dönüşüm Hataları

Severe EMI, ADC'nin tamamen yanlış dönüşüm sonuçları üretmesine neden olabilir. Örneğin, güçlü bir elektromanyetik pul, giriş yükselticisini atlatabilir, örnekleme sırasında ADC'yi demiryoluna zorlayabilir.Başarılı-sayılma- kayıt (SAR) ADC'ler, saat çizgisine müdahale etmek, veri kaybına yol açabilir.In delta-sigma ADCs, yüksek frekanslı gürültüyü şarj edebilir.

Farklı ADC Mimarileri Üzerine Etkisi

Farklı ADC topolojileri farklı susceptability.ETHFLT:0)SAR ADCs) örnekleme ve komplike karar süreleri üzerinde gürültüye karşı savunmasızdır. [FONTDDDDDelta-sigma ADCs|Pipeline ADCs[D) ve gürültüyü doğal olarak reddedilirken, EMI geri dönüşümleri azaltır.

EMI Çiftler Nasıl ADC Devrelerine

Etkili bir karşıtlığı tasarlamak için mühendisler, EMI'nin ADC'ye ulaştığı tam yolları takip etmelidir.En yaygın giriş noktaları şunlardır:

  • [FONT=0)Input sinyal kabloları:[Dönemli veya uygunsuz olarak kapatılmış kablolar anten olarak hareket eder, radiated EMI'yi toplayın ve doğrudan analog girişlere uygular.
  • [FONT:0)Power tedarik hatları:[Döneticileri ve dijital yük geçicileri ADC'nin analog ve dijital tedarik raylarına geri dönüşerek yüksek frekanslı gürültü enjekte eder.
  • [FONT:0)Ground loops:[Dönler:[Dönler:[Dönler:) sinyal kaynağı arasındaki temel farklar ve ADC sinyal yolu aracılığıyla akışta bulunan ortak mod gürültüsü akımları yaratır.
  • [FONT:0)PCB izlerini izler:[Dönetici: [Dönetici: 0,2] Uzun paralel saat hatları veya dijital otobüsler çift kapasiteli veya endüktif olarak analog netlere doğru çalışır.
  • [FONT:0) Bir kehanetin kapsamını genişletin:[Döneticiler, veistler ve kablo açılışları, alanlarının iç devrelere nüfuz etmesini sağlar.

Her darbe yolu belirli bir masyon yaklaşımı gerektirir. Örneğin, bir zemin döngüsü, izolasyonu kullanarak ele alınacaktır (örneğin, opto çiftleri veya izole ADCs) veya zemin yolunu dengeli bir girişle kırarak azaltılır.

Shielding Solutions to Mitigate EMI

Shielding, radiated EMI'ye karşı ilk savunma hattıdır. Etkili kalkanlama, hassas devrelere ulaşmadan önce elektromanyetik alanların bir davranışçı engel oluşturur. Anahtar tasarım parametreleri maddi iletkenlik, kalınlık ve herhangi bir apertures büyüklüğüdür.

Enlosure Design

Metal muhafazalar - alüminyum veya çelik - tam olarak ve yüksek frekanslarda manyetik alanların tıkanması gereken Faraday kafesleri.En iyi performans için, denizler ve eklemler elektriksel olarak sürekli olmalıdır; kontraseptif gazları ile çakışan kapaklar önbellekli antenler için gereklidir. Shielding etkinliği).

Tel Shielding

ADC'ye sensörleri veya sinyal kaynaklarını bağlayan kablolar en savunmasız bileşenler arasındadır. Shielded kablolar sinyal telleri etrafında sarılıp monte edilir veya folyo iletkeni kullanır. Braided kalkanlar yüksek frekanslarda esneklik ve iyi kapsama sağlar; folyo kalkanları% 100 kapsama sağlar, ancak bir ucunda zemine bağlanır (ADC tarafını)

Yer ve Bağlanma

Proper zeminleme hem güvenlik hem de EMI kontrolü için gereklidir. AETHFLT:0)star zemining) üstolojide, tüm zemin yolları tek bir noktada, düşük hızlı bir analog devrelerin akışına en aza indirmek için.

Capacitors ve Ferrites

Koruyucular aracılığıyla rasyonlar - güç ve sinyal telleri gibi - EMI. Feedthrough kapasitörler (üçüncü katta monte edilen) yüksek frekanslı gürültüyü bastırmak için ideal hale getirir.

Filtreleme ve PCB Layout En İyi Uygulamaları

Yalnız yüzen yüzen, filtre ve dikkatli PCB tasarımı tamamlayıcı savunma sağlar. Her ikisine de yapılan ve yakın alan radiated coupling.

Analog Giriş Filtreleme

ADC girişi üzerindeki düşük frekanslı filtreler, örnekleme aşamasına ek olarak yüksek frekanslı EMI. A second-order RC veya LC filtreyi sadece sinyal bant genişliği üzerinde etkili bir şekilde sıkıştırır.Diferansiyel girişler için, ADC girişlerine ek olarak ortak modlar, ortak modlar, ortak modları tekrarlamak için, arsadan sonra gelen gürültüyü önlemek için mümkün olduğunca uygun hale getirilir.

Güç Supply Decoupling

ADC güç pins, birden fazla frekansta şarj cihazı gerektirir. Tipik olarak, 100 nF seramik kapasitör (kendi kendine bağlı olarak 10 μF veya seramik kapasitör (daha düşük frekanslar için) ayrı analog ve dijital malzemelerle birlikte genişleyen bir uygulama notu sağlar[TFL) bağımsız olarak dijital filtrelerini çalıştırın.

PCB Stackup ve Katılımcı

Dört katmanlı veya altı katmanlı PCB, karışık tasarımlar için standarttır. Top ve alt tabakalar sinyalleri taşır; iç tabakalar, yüksek hızlı dijital otobüsler ve saat osilatörler için bölünmüşlerdir, çünkü yuvalar o radiate yaratırlar; bunun yerine, sabit bir zeminli zemin düzlemi dikkatli bir şekilde yerleştirmeye çalışır. Analog bileşenler ve izler birlikte gruplandırılmalıdır.

Vias ve Grounding

Sayfanın çevresi etrafında yer alan ve hassas analog devreler zemini azaltıyor ve eddy akımları için bir lavabo sağlıyor. Stitching vias connect top and alt zemin uçakların yanı sıra, elektromanyetik sızıntıları kenarlardan engellemek için üst ve alt zemin uçaklar.In addition, vias along the edges of Analog section help contains any internal fields.

Yüksek yoğunluklu ADC Systems için İleri Teknikler

Uygulamalar için en yüksek performans seviyelerini talep etmek, örneğin ağırlık ölçek veya tıbbi sensörlerde kullanılan 24bit delta-sigma dönüştürücüleri, ek önlemler garanti edilir.

Diferansiyel İşaretleme ve Muhafızlama

Tam olarak diferansiyel analog girişleri kullanarak, ortak mod EMI. Diferansiyel yükselteçler (FDA) veya yüksek CMRR ile araçlama yükselticileri ADC'yi çalıştırmalı ve mevcut sızıntıları ve stilize etmek için birlikte koşmalıdır.

Ayılar

Galvanic izolasyonu sinyal kaynağı ve ADC zemin döngülerini kırıyor ve büyük ortak mod gerilimine zarar veriyor. Dijital isolators using cleive or manyetik darbeling are now common, but for analog sinyaller, izole yükselteçler veya izole ADCs with built-in sinyal ve güç izolasyonu, iç DC-DCs dönüştürücüleri güç girişinin tarafını sık sık sık sık sık sık sık sık sıkıyor, dış güç tedarik gürültülerini ortadan kaldırmak.

Aktif İptal

Bazı yüksek uç sistemlerde, aktif EMI, ileri teknikler beslemek için analogları iptal eder. ikincil bir algılama döngüsü, ADC girişinde iptal etmek için müdahaleyi ve antifaz sinyalini alır. Ancak, bu yöntem, baskı genişliğini pasif filtrelerin ötesine uzatabilir ve filtrelemek için daha maliyetli ve güvenilir kalır.

Test ve Doğrulama EMI Susceptability

Tasarımlar gerçek dünya müdahalesine karşı doğrulanmalıdır. Geliştirme sırasında Pre-compliance testleri son sertifikasyondan önce zayıf noktaları tanımlamaya yardımcı olur.

Standart EMI Testleri

En yaygın test şu şekildedir:0)Kript bağışıklığı[Dönetici: 1) IEC 61000-4-3'te, bir sistem 80 MHz'den 6 GHz'ye kadar alan, 20 V /m.Ücretsiz bağışıklığa kadar uzanan bir testtir.[Döneticileri kontrol etmek için yeterli değildir.)

Etkililik Ölçümü

Koruma kalkanını doğrulamak için, küçük bir aktarma anteni kapalı bir muhafazaya ve dış alıcıya sinyal gücü önlemleri yerleştirilir.Gruplama kapalı karşı kapalı olan sinyal seviyesindeki fark, koruyuculama etkinliği verir. kablo toplantıları için, eklenme kaybı ve transfer kesinti ölçümleri kalkanı kaliteye sahiptir.]

Tanık Araçlar

Yakın bir TV Prodüksiyonu, bir spektrum analizörü ile bağlantılı, EMI'nin analog izlerinin içine ya da darbe yaptığını bir PCB'de sıcak noktaları bulabilir. Termal görüntüleme aynı zamanda zemin uçaklar aracılığıyla aşırı yaygın olarak akan parçalar ortaya çıkarabilir. Dikkatli analizle, mühendisler, filtreleme ve ADC özelliklerini karşılayana kadar ayarlayabilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Elektromanyetik müdahale modern elektroniklerde kaçınılmaz bir gerçekliktir ve ADC sinyal bütünlüğü üzerindeki etkisi ciddi olabilir.Degrading SNR ve ENOB, tam veri kaybına neden olmak için, EMI, hassas ölçüm sistemlerinin doğruluğunu ve güvenilirliğini tehdit eder, sert koruyucu korumaları ve kablo tasarımları uygularken, analog ve karışık-tavrede çalışan herhangi bir tasarımcı için en iyi uygulamaları takip edebilir.