Hassas gerilim-to-Voltage Dönüşümün Temelleri

Metroloji ve kalibrasyon uygulamaları, bir amplimalinden diğerine doğru bir gerilim sinyalini doğru bir şekilde ölçeklendirme yeteneği sadece bir rahatlık değil, temel bir gerekliliktir. Kalibrasyon ekipmanı için tasarlanmış bir gerilim fonksiyonu, zaman ve sıcaklık başına sabit bir şekilde sabitlenmiş ve tüm işletim aralığındaki stabiliteyi üstlenen bir şekilde yerine getirmek zorundadır.

Bir gerilim-tamam dönüştürücü, bir çıkış gerilimi üretir:0)V[DÜDÜ:2)[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞ

Kalibrasyon-Grade Converter için kritik performans Topları

Yüksek doğrusal bir dönüştürücüyü belirtmek, çoğu kalibrasyon uygulamalarında önemli olan performansı anlamak için gereken performans ölçümleri gerektirir. Mühendisler standart veri tablo değerlerinin ötesine bakmalı ve gerçek dünya davranışını tanımlayan ince parametreleri göz önünde bulundurmalıdır.

Integral Nonlinearity (INL)

INL, en iyi şekilde doğru bir çizgiden gerçek transfer eğrisinin maksimum sapmasını temsil eder, genellikle tam ölçekdeki ppm'lerde ifade edilir. 10 V dönüştürücü için, 1 ppm'in bir INL'si 10 μV. Kalibrasyon-grad tasarımları rutin olarak hedef INL'yi 0.1 ppm'in altında temsil eder ve birincil seviye aletleri özellikle düşük değerlere ulaşır.

Diferansiyel Nonlinearity (DNL)

DNL, giriş değişiklikleri sırasında çıktı adımlarının üniformasını açıklar. Kalibrasyon döngüsünde, dijital-analog dönüştürücüleri veya analog- sayısal dönüştürücüler, DNL hataları eksik kodlara veya non-uniform ölçüm adımlarına neden olabilir, sistematik ölçüm hatalarına yol açan. Yüksek-linearity dönüştürücüler DNL aşağıda 0.1 ppm'yi bu tür sorunlardan kaçınmak için sergilemelidir.

Hata ve Drift

Gerçek kazançların amaçlanan değerden sapmasıdır.Pşmeler, ppm/°C'de ifade edilen, sıcaklık ile elde edilen değişiklikleri nasıl açıklar. Hassasiyet düşük sıcaklık direnci (TCR) ve sıkı oran eşleştirmesi bu hataları en aza indirmek için gereklidir. For calibration applications, gain below 1 ppm/°C, 0.1 ppm/°C veya daha iyi performanslara ulaşır.

Offset Hata ve Drift

Offset hatası, giriş sıfır olduğunda canlı çıkış gerilimidir. Offset sürüklenme, μV/°C veya nV /°C'de ölçülen bu hata değişikliklerini sıcaklıkla nasıl değiştirir. Ultra-düşük veya chopper-stabilize teknikleri kullanarak operasyonel yükselteçler 10 nV/°C'nin altında dengelenebilir, bu hata kaynağını etkili bir şekilde ortadan kaldırır.

Common-Mode Rejeksiyon Oranı (CMRR)

Birçok kalibrasyon kurulumlarında, giriş sinyali, diferansiyel veya yüzendır. CMRR, dönüştürücünin ortak mod gerilimlerini reddetme yeteneğini ölçer. 120 dB'nin üzerindeki bir CMRR, hassas uygulamalar için arzu edilir, aksi takdirde normal-mode hataların elde ettiği veya sıra dışı hataların olduğu gibi görünebilir.

Gürültü Performansı

dönüştürücünün gürültü zemini, alt-ppm kararına izin vermek için yeterince düşük olmalıdır. DC kalibreler için, 10 nV/POSHz ve 1 μV )RMS Yukarıdaki entegre bir gürültüyü, yüksek frekanslı performansı sunan sifikasyonlar ile dikkate alınmalıdır.

Laboratuvar-Grade Linearity için Temel Tasarım Prensipleri

Kalibrasyon uygulamaları tarafından talep edilen aşırı lineerliği bir araya getirmek, her devre tasarımının her alanına disiplinli bir yaklaşım gerektirir. Aşağıdaki ilkeler güvenilir, yüksek performanslı dönüştürücünün temelini oluşturur.

Operasyonel Ampiksiyon

Operasyonel yükselteç, çoğu zaman gerilim-düşük dönüştürücüler için merkezi aktif bir bileşendir.Adiperatif performans için, af-amp, hedef sistem INL. Auto-zero ve chopper-stabilized op-amps, aspik olmayan cihazlar için genellikle yüksek çözünürlükte belirtilenler için.

Diren Ağlar ve Maçı Söyle

Kombinasyonel dönüştürücüler, geri bildirim ve kazanç sıralaması, Visle Hassasiyet Grubu ve Bourns gibi hassas olmayan sistemler için daha az önemlidir.Dektif olmayan direnç ağları, Linear Teknolojisinin LT5400'ü gibi hassas-filmci ağlar için daha yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte bir hıza karşılaştırıldığında, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bir hıza karşı koruma sağlar.

Power Supply Architecture ve Decoupling

Güç tedarik varyasyonları sonlu güç tedarik oranı (PSR) Yüksek çözünürlükte dönüştürücüler, yüksek çözünürlükte sabit bir şekilde sabitlenebilir ve sabit olmayan sistemlere sahip yüksek PSRRR ile düşük frekanslarda, ferrite beads ve birden çok ataletli güç ortamı yaratırlar.

PCB Layout ve Signal Integrity

Baskılı devre kurulundaki bileşenlerin fiziksel düzenlemesi doğrudan lineerliği etkiler.Geçmiş akışların etrafındaki yüzeyler, aksi takdirde sıra dışı hataların düzeltilmesini ve değiştirilmesini sağlayacak olan ısı değiştiricileri azaltmalıdır.

Geliştirilmiş Doğruluk için Devre Topolojileri

Devre topolojisi seçimi, achievable lineerliği ve hata kaynaklarının doğasını dramatik bir şekilde etkiler. Basit bir non-inverting yükselticisi genellikle daha sofistike mimarileri kullanır.

Ampirasyon Yaklaşımı

Üç-op-amp enstrümantasyon yükselticisi, klasik bir yüksek çözünürlük binası bloğudur.Dilya girişleri yaygın olarak ayarlanan hassas yükselteçler için, AD620B veya INA gibi, geniş bir yükselteçli yükselteçli yükselteçli yükselteçler ile genellikle yükselticiler için yüksek çözünürlükte veya yükselticiler oluşturabilir.In calibration sistemleri üzerinde% 0.03, tam olarak yükselticiler için.

Hassasiyetle Alternatifsellik Karşılaştırması

Giriş tek başına uçlandığında veya daha basit bir sinyal zinciri kabul edilebilir olduğunda, tek bir op-amp ve dört maçlı direnişçiler mükemmel lineerlik sunar.Bu topolojiye anahtar, 1 ppm / °C'ye yükseltilebilir.Bu topoloji, yüksek gerilimli bir giriş için bir hassas yükleme veya yükseltici veya yükseltici bağlantı noktası olarak görünür.

Auto-Zero ve Chopper-Stabilized Converter

DC alt seviyeye aşağı indiğinde, düşük frekanslı hataların düşük frekanslı bir akışa ve üst düzeye indirilmesi gereken yüksek frekanslı yükselteçli bir sistemle tekrar tekrarlanabilir.Bu teknikler, yüksek çözünürlükte birkaç nanovoltaikli yük devretmelere kadar uzanır.

Buffered Çıktı ile Diren

Sadece değerlendirme uygulamaları için, bir birlik filmi ağı tarafından takip edilen hassas bir dirençle karşılaştırıldığında, anahtar gereksinimleri son derece düşük bir bölme oranı ve uygun olmayan bir fark yaratmak için son derece düşük bir giriş noktası olmalıdır; FET-input olmayan ayrımcı kullanarak, 1 pA'nın altındaki önyargılı bir ayrımcı ile bağlantı kurmak önemlidir.Bu topoloji yüksek oranda bölünmüştür.Bu yüksek çözünürlükte varsayılanler birincil öğe olarak bölünmüştür.

Gürültü Mession ve Signal Integrity

Filtreleme işlemi doğrudan kalibrasyon sisteminin etkili bir kararı alır.Sessiz gürültüyü dirençle pekiştirir ve sabit bir şekilde sabitlenebilir. Low-fret 1/f gürültüyü takip eden bir sabitleme sistemi ile birlikte otomatik olarak sabitlenebilir.Chopper yükseltilebilir.Chopper yükseltilebilir.

Sıcaklık Dengesi ve Termal Yönetim

Ortam sıcaklık değişiklikleri sinyal yolunda her analog bileşeni etkiler. Dirençli TCR, op-amp dengeleme, referans gerilim sürüklenme ve termo çift etkileri tüm belirgin olmayan sıcaklıkları ölçen ve gerçek zamanlı olarak dijital düzeltme noktaları kullanarak, doğru sıcaklık sensörüne karşılaştırıldığında, birincil hızdaki veya ölçümlere kıyasla yüksek çözünürlükte veya ölçümlere sahip olmak için gerekli olan bir sıcaklık sensörü uygular.

Pratik Uygulama: 0-5 V Converter için ±10 V

Tasarım sürecini göstermek için, bir kalibre edilmiş ±10 V referansını kabul eden ve 24bit ADC için uygun 0-5 V çıktı üretebilen bir dönüştürücü düşünün. Gerekli kazanç 0.25 (enleksiyon) ve +2.5 V geçişinin bir sıra dışı çıktısı.The lineerity hedefi 0-50 °C.

  • [FONT=0)Topology seçimi:[Dönetici:[Dönetici:0)) Bir tek düşük puanlı bir apara-amp kullanarak hassas bir fark yükselticisi (AD8676) ve LT5400A maçlanmış bir direnç aralığı% 0.0 ve 0.2 ppm /°C takip.
  • [FONT:0)Resset nesli: [Dönder:[Dönder:) Sürekli 2.5 V referansı (ADR4525) aynı paketin ikinci bir af-amp tarafından aynı paketten en aza indirmek için geri alındı.
  • [FONT=0)Output filtreleme:[Dönetici:[Dönetici:0) Bir pasif RC filtresi (10 GU, 10 nF) bir birlik tarafından takip edilen bir tampon, ADC giriş ücretinden dönüştürücüyü izole eder.
  • [FONT=0)Power tedarik:[Dönetici:[Dönetici:0) ±15 V raylar LDO'lardan aktif filtreleme ile elde edilen her türlü akor ve referans, kendi yerel çöp kapasitörlerini en aza indirmek için sahiptir.

Monte Carlo ile metamser toleranslar ve af-amp DC hataları ile yapılan simülasyon, en kötü davaları % 0,5 oranında test etti. LTC2057 gibi bir chopper testi kullanarak, eksperasyon eserlerinin altında 0,3 söndürücüyü doğruladı.

Kalibrasyon, Test ve Doğrulama Prosedürleri

dönüştürücünin kendisi birincil standarta karşı kalibre edilmelidir. Tipik bir prosedür, hassas bir gerilim kaynağı kullanır ve tam aralıktaki yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte sabitlenebilirlik sağlar.DMM, kutuplardaki tüm ölçeklerde tam olarak ölçeklendirme işlemine karşı sıfırdan ilk kez uygulanır. Linear regresyonu belirler ve düzeltmeler sunar.

Across Calibration ve Metrology

Yüksek doğrusal gerilim-tamamlayıcılar DMM aralıklarını doğrulamak için neredeyse tüm hassas ölçüm aletlerine entegre edilir. Multi function calibrators, such dönüştürücüler baskı vericileri ve baskılayıcıları için hassas AC ve DC gerilimler üretirler. Dijital multimeter kalibrasyonlarında, bu dönüştürücüleri algılayan, Josephson gerilim standartları ile çalışan kuantum tüplüleri test etmek için lineer baskılar sağlar.

Trendler ve Gelecek Yolları

Her zaman yüksek lineer lineerlik talep, zayıf analog tasarımda inovasyonu kullanmaya devam ediyor. Entegre hassas analog sistemlerde, tam olarak sabit olmayan dirençlere sahip yükselticiler de dahil olmak üzere, yüksek çözünürlükte doğrusallık sağlar. Dijital işlem sonrası, sigma-delta modulation ve gerçek zamanlı doğrusallaştırma algoritmalarının gerekliliğini ortadan kaldırır.