Robust Operasyonları için Adcs Yüksek-vibrasyon Ortaları

Giriş: Yüksek-Vibrasyon İşaret Zincirinde Instability Maliyeti

Bir analog-dijik dönüştürücü (ADC) fiziksel dünya ve dijital karar verme arasındaki kritik köprüdür. jet motor sağlığı izleme ve Formula 1 telemetriden elektrik araç traksiyonlarında ve alt delikde, ADC sürekli mekanik şok ve titreşime maruz kalır.Bir sensör sinyali temiz olduğunda, ancak çevre şiddetlidir, ADC sinyal zincirinde en zayıf bağlantı haline gelebilir.

Bu ortamlarda sağlam bir operasyon için bir ADC tasarlamak temel olarak bir tezgah veya kontrollü endüstriyel ayar için tasarlanmıştır. Statik veri tablo özellikleri için statik aralık (DR) veya etkili Bits sayısı (ENOB) sistemi sıkı bir şekilde titrerseniz, elektrik mimarisi (enerji tedarikinden referansa kadar), ve dijital sinyal işlemenin gerekli olduğu durumlarda, sistem mühendislerin yüksek ve yüksek frekanslı titreşim ortamlarındaki güçlü ADC çalışmasını sağlamak için kullanılması gerekir.

Karakterize etmek: Titreşim Saldırıları ADC Performansı Nasıl

Kommeasures uygulamadan önce, mühendisler titreşimin getirdiği özel başarısızlık mekanizmalarını anlamalıdır. Titreşim tek bir stres değildir; çiftlerin elektrik alanına birkaç farklı yol boyunca karmaşık bir etkileşimdir.

Mekanik Stres, yarı iletkenler ve Interconnects

ADC'nin fiziksel paketi, yüksek çözünürlükte kullanılan ADC'ler ve yüksek çözünürlükte, bu da iç ölü maddelere ve kablolara neden olabilir.

Elektromekanik Gürültü (Mikrofonik)

Titreşimin en şüpheli etkisi mikrofoniktir. Bazı elektrik bileşenlerine uygulanan mekanik stres bir gerilim yaratır. Bu aşağıdaki alanlarda kritik bir problemdir:

Giriş Signal ve Referans Yolunun Değiştirilmesi

Titreşim ADC girişi izlerini ve sensör çıktısını fiziksel olarak hareket edebilir. Eğer giriş bir vibrating zemin uçağa göre tek taraflı bir sinyaldir, ortak mod gerilimi vahşice dalgalanmaya neden olabilir.Diferansiyel girişlere bile, vibrasyon giriş filtrelerinde yanlış eşleştirmelere neden olabilir (örneğin, farklı amplimal edici kapasitörler farklı ambratinglere göre titrer, ortak mod gürültüsüne dönüştürme).

Mekanik Countermeasures: Fiziksel Vakfı Stabilize Etmek

İlk savunma hattı sağlam mekanik tasarımdır. Hedef, işletim titreşim spektrumu dışındaki PCB ve bileşenlerin rezonans frekanslarını değiştirmek veya uygulanan gücü ifade etmektir.

PCB Tasarım ve Yüksek Çevreler için Dağıtmak

Standart PCB tasarım kuralları genellikle yetersizdir. Yüksek hacimli ADC uygulamaları için:

Bitirme Seçimi ve Layoutout

Sisteme ek olarak daha sağlam olan paketler seçin (SOIC, TSSOP) genellikle aşırı uçsuz paketler (QFN, BGA) üzerinde tercih edilir, çünkü BGA'lar zorunlu olarak, ADC'nin tam tersi tarafında, sıkıştırılmış stresin önlenmesi için.

Titreşim Gürültü Rejeksiyon için Elektrik Tasarımı

Mekanik tasarım optimize edildikten sonra, elektrik tasarımı kaçınılmaz olarak çiftlere olan gürültüyü reddetmesi zorlanmalıdır.

Power Supply Integrity ve Microphonic Filtreleme

Güç kaynağı, vi-indüklenmiş gürültünün en büyük iletkenidir. Yüksek Güç Supply Rejeksiyonu (PSR) çözümün sadece bir parçasıdır. LDO kendisi titreşime duyarlı olabilir.

Yaygın Olarak Yerlendirme ve Layout

Titreşim, izlerinin üzerinde ortak mod gürültüsünü tetikler. Kötü tasarlanmış bir zemin uçağı bu gürültü için bir anten olarak hareket edebilir.

ADC Architecture Thinkations: SAR vs. Delta-Sigma vs. Boru Hattı

ADC mimarisi vibrasyona bağışıklık değildir, ancak farklı güvenliklere sahiptir.

Dijital ve Şirketware-Level Mitigation Teknikleri

Donanım sadece şimdiye kadar gidebilir. Dijital alan, bozulmuş bir sinyal kurtarma için güçlü araçlar sunar.

Adaptif Dijital Filtreleme

Titreşim frekansı bilinen ve nispeten sabit (örneğin, 60 Hz bir motorun temel frekansı veya 2 kHz dişli ağ frekansı), aritFLT:0) sayısal notch filtre) FPGA veya mikrokontrolörde uygulanabilir.Bu filtre, ADC çıkışından DC veya düşük frekanslı sinyal olmadan belirli titreşim frekansı bileşeni kaldırılabilir.

Oversampling ve Averaging

sinyal bant genişliği izin verirse, ADC'yi aşırılamak ve sonuçları izlemek, vibrasyonun maruz kalan gürültüyü azaltmak için güçlü bir yoldur. Çünkü ADC gürültü genellikle beyaz olarak kabul edilir, 4N'in bir faktörü tarafından aşırılama (4N) gürültü zemininde artış gösterir.Eğer titreşim örnekleme saati ile ilgili değilse, averating etkili amplitüdünü azaltır.

Senkron Sampling ve Coherent Averaging

Arkak makinede, vibrasyon gürültüsü genellikle rotasyon hızıyla senkronize edilir (örneğin, bir tachometre sinyali). ADC örneklemesini tetiklemek için tachometre sinyalini kullanarak, mühendis motor ve izleme için son derece etkilidir.

Sistem-Level Validasyon: Gerçek Dünya Robustness için Test

Bir laboratuvar ortamında tam operasyonel titreşim profilinin oluşturulması, bir tasarım doğrulamanın tek yoludur. Standart statik tezgah testleri yetersizdir.

Bir temsilci testi Fixture

ADC'yi bir geliştirme kurulunda test etmek son ürünle ilişkili olmayacaktır. Test fikstür son sistemin mekanik rezonansını taklit etmelidir.

Titreşim sırasında izlemek için anahtar performans değerleri

Standart DC doğruluk testleri yeterli değildir.Sürücü çalışırken dinamik performansı izlemek zorundasınız.

[[Döneticileri, yüksek çözünürlük için özel testlere ilişkin uygulama notunu göz önünde bulundurun).

Uygulama-Specific Best Practices

Havacılık ve Savunma (Avonikler ve Munitions)

Bu sistemler aşırı rastgele vibrasyon ve şokla karşı karşıyadır. Redupcy anahtardır.En az iki bağımsız ADCs örnekleme aynı sinyale sahip olabilir. Çıktıları bir eşiği aşabilir.Eğer delta bir hata bayraklı. Radyasyon tozlanmış ADCs genellikle daha sağlam bir ambalaja sahiptir, ancak yüksek kapasiteli C0G kapasiteli filtreleri zorunludur.

Otomotiv (EV İnverleri ve ADAS)

EV'deki titreşim ortamı yüksek frekanslı ( motordan) ve yüksek hacimli (projeksiyondan) yüksek çözünürlükte, ADC, yüksek hızlarda motor akımı örneklemektedir. Titreşim, dönüştürücülerin yanlı bir fayda olarak üretilen manyetik alanlara karşı doğal olarak daha az hassastır.

Endüstri (Down deliği ve robotu)

Down delük araçları aşırı şok ve sıcaklıklarla karşı karşıyadır. ADC tam işletim sıcaklık aralığı için derecelendirilmiştir (tipik olarak -40°C +175°C) Ambalaj, baskı ve dapen titreşimine eşit olmak zorundadır. Robotikler için, ortak robotlar için), titreşim ortaklardan gelir.ADC fiziksel olarak dönüşümden önce en kısa sürede izleyebilecek tok sensörüne yakın.

[FONT:0)TI'nin sert ortamlar için PCB düzenine kılavuzsu) iz bırakma ve bileşen büyütmesi için pratik kurallar sağlar.

Sonuç: Holistic System Engineering Challenge

Yüksek manevra ortamlarında sağlam bir operasyon için ADC'leri tasarlamak tek bir disiplin meydan okuması değildir. Mekanik mühendisler arasında koordineli bir çaba gerektirir (ayrıca filtre ve düzen için), elektrik mühendisleri (biçim ve düzen) ve bilgisayar mühendisleri (dijim doğru ve doğrulanır).

Anahtar çeki, sessiz, istikrarlı bir mekanik ortamın varsayımının tasarım aşamasında erken terk edilmesi gerektiğidir. Belirli titreşim profiline göre, düşük mikrofoniklere sahip bileşenleri seçmek (özellikle C0G kapasiteli), sağlam bir güç filtreleri tasarlayın ve akıllı dijital sinyal işleme uygulamak, mühendisler mekanik stresin uygulandığına bakılmaksızın doğru, güvenilir verileri inşa edebilir.

[FONT=0)Explore Keysight'ın yüksek kanal hesabı için çözümleri ADC vibrasyonu geçerliliği) çok kanallık veri satın alma sistemleri için paralel bir test stratejisi oluşturmak için daha fazla bilgi edinmek için.