Оптимизация характеристик сигнальных каскадов.Часть третья
МИНИМИЗАЦИЯ ШУМА НА ЛИНИИ ПИТАНИЯ
Помимо погрешностей компонентов на точность работы аналогового каскада оказывают влияние шумы в цепях питания. Шум может проникнуть в АЦП и операционный усилитель через линии питания. Как правило, такие ОУ, как LMP2011 характеризуются максимальным ослаблением шумов источника питания (PSRR) и не подвержены их влиянию. Однако у таких АЦП, как ADC121S101, ослабление шумов источника питания через вывод опорного напряжения (Vhoh) равно 0 дБ. Выходные драйверы АЦП характеризуются высокими скоростями нарастания/спада, что в свою очередь может повлиять на появление пульсирующей составляющей в потребляемом АЦП токе. Шум, проникающий на линию питания, может негативно повлиять на работу АЦП и подключенную к нему схему. Ограничить уровень шума можно с помощью схемы из двух блокировочных конденсаторов: один — малой емкости (обычно 0,1 мкФ), который расположен на расстоянии не более 1 см от вывода питания, а другой — емкостью 1,010 мкФ, расположенный рядом. В случае, кода АЦП и буферные каскады приходится питать от одного источника, рекомендуется установить дроссель. В этом случае дроссель будет полностью пропускать постоянную составляющую напряжения питания и оказывать сопротивление высокочастотным переменным составляющим (шумам).
Помимо установки блокировочных конденсаторов также рекомендуется минимизировать емкостную нагрузку на выходе АЦП, т.к. излишняя емкость нагрузки негативно влияет на питания схемы и способствует воз-
 /p>
никновению искажений в виде шума. Минимизировать емкостную нагрузку можно с помощью нескольких способов. Самым простым из них является подключение к выходу АЦП только одной интегральной схемы и расположением ее как можно ближе к выходу АЦП. Ограничить емкостную нагрузку также можно с помощью последовательным включением резисторов, которые ограничат ток заряда/разряда и снизят скорость нарастания/ спада фронтов. Однако использование чрезмерно больших номиналов последовательных резисторов может негативно повлиять на временную диаграмму передачи данных. Исходя из этого, рекомендуется использовать резисторы сопротивлением не более 100 Ом. В случае использования данной схемы в системах с повышенной частотой преобразования, применение последовательно включенных резисторов может оказаться недопустимым. Таким образом, чрезвычайно важно, чтобы управляемая схема была максимально приближена к выходу АЦП.
ДОСТИЖЕНИЕ МАКСИМАЛЬНОЙ ЦЕЛОСТНОСТИ СИГНАЛА СИНХРОНИЗАЦИИ
По аналогии с выходами АЦП, уровень шума может проникнуть в систему со стороны линии синхронизации АЦП. Линию синхронизации необходимо рассматривать, как линию связи, если ее длина превышает времени нарастания, поделенное на 6 длительностей задержек в печатных проводниках:
Длина линии > tn/6*t3
В случае использования текстолита марки FR4, длительность задержки сигнала при передаче по печатному проводнику, как правило, составляет 60 пс/ см. Если рассматривать печатный проводник, как линию связи, то возникает необходимость в его согласовании. Согласование поможет избежать отражений сигнала и, как следствие, его искажения. Искажение формы сигнала синхронизации приводит к варьированию периода синхронизации. Данный эффект более известен, как «дрожание». Варьирование временных характеристик синхронизации в свою очередь влияет на точность интервалов дискретизации АЦП. При наличии дрожаний, оцифровка осуществляется либо раньше, либо позже относительно «идеального» момента преобразования. Конечным результатом варьирования временных характеристик в точке оцифровки сиг-
нала является шум. Если требуется достижение погрешности 1 м.р., то допускается «дрожание» не более 1/2»я»гвх.
Другим способом, который позволяет избежать отражений сигнала, является согласование линии. Существует два способа согласования печатных проводников: согласование на входе и на выходе линии связи (оконечное согласование). При согласовании на входе линии связи необходимо установить резистор последовательно с линией, расположенной максимально близко к выходу источника сигнала. Сумма сопротивлений источника сигнала и согласовывающего последовательного резистора должны быть равны характерному импедансу линии. Если такой способ не дает требуемого результата, то используют способ согласования на выходе линии. В этом случае резистор подключается между входом синхронизации АЦП
и общим выводом питания. Резистор согласования размещается максимально близко к входу АЦП, а его номинал должен быть равен характерному сопротивлению линии.
Если источник синхронизации используется несколькими входами, то, использование только способа оконечного согласования может оказаться неприемлемым, т.к. оконечное согласование ослабляет амплитуду сигнала, а, в случае управления ими на каждом из которых предусмотрен резистор согласования, результирующая амплитуда сигнала синхронизации может оказаться меньше порогов логических уровней. В таком случае рекомендуется использовать согласование с ослаблением только переменной составляющей. Это достигается путем подключения последовательного соединения резистора и конденсатора между входом АЦП и общим выводом питания. Такая цепь ослабит переменную составляющую сигнала синхронизации, но не нарушит уровни постоянной составляющей. Например, если используется динамическое согласование при передаче сигнала синхронизации с уровнем сигнала от 0 до 5 В, то его среднее значение составит 2,5 В, что собственно и является гарантией надежного распознавания КМОП логических уровней.
ВЫВОДЫ
Оптимизировать характеристики аналогового сигнального каскада можно за счет правильности выбора элемента буферизации датчика чувствительного элемента, корректности заряда коммутируемой емкостной нагрузки АЦП и минимизации источников шума.
|
