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© Linear Technology Analysen | 02 Juli 2013

Teil 2: Genauigkeit

Viele industrielle Systeme erfordern die Messung kritischer Parameter mit extrem hoher Genauigkeit. Beispiele dafür sind die Erdbebenüberwachung, die Suche nach neuen Energiequellen, das Messen des Luftstroms und die Halbleiterfertigung.


Application Note: M98

Hier finden Sie die Links weiteren Teilen der Application Note.

Genauigkeit und Geschwindigkeit Der LTC2378-20 erzielt eine Genauigkeit die bislang nut mit wesentlich langsameren ADC-Architekturen erreichbar war, wie Delta-Sigma- oder Multi-Slope-ADCs. Automatische Testsysteme mit hoher Kanalanzahl verwenden häufig diese langsamen ADC-Architekturen für präzise DC-Messungen, wobei es Multiplexer einem einzigen Messgerät erlauben viele Eingänge zu bedienen. Die Zeitspanne für die A/D-Wandlung kann häufig über einen großen Bereich eingestellt werden, um Geschwindigkeit gegen Auflösung einzutauschen. Die Auflösung der Messung ist jedoch bei Abtastraten über 100 kS/s oft auf weniger als 16 Bit begrenzt. Der LTC2378-20 kann eine Million Messwerte pro Sekunde erfassen, mit 2,3 ppm Rauschauflösung (Standardabweichung des Rauschens, 104 dB SNR) jeder einzelnen Messwerterfassung. Die Ergebnisse mehrfacher Erfassungen desselben Analogsignals können digital kombiniert werden, um die Rauschauflösung zu verbessern, was zu einer Leistung führt, die die der von Multi-Slope-ADCs übertrifft. Durch die Mittelwertbildung von Blöcken mit je zehn Messwerterfassungen arbeitet der LTC2378-20 z.B. effektiv bei 1 MS/s/10 = 100 kS/s mit einer Rauschauflösung von 0,7 ppm (114 dB SNR). Delta-Sigma- und Multi-Slope-ADCs können so konfiguriert werden, dass sie den Mittelwert für ein Eingangssignal, während einer Beobachtungs-/Integrations-Periode bilden, um Rauschen und Interferenzen auszublenden. Eine Beobachtungsperiode von 100 ms wird häufig benutzt, um simultan Leitungs-Interferenzen mit 50 Hz und 60 Hz zu unterdrücken, was in einem Durchsatz von nur 100 Abtastungen pro Sekunde resultiert. Entsprechend dauert es eine ganze Sekunde, um 10 gemultiplexte Kanäle mit einem Multi-Slope-ADC zu bedienen. Bild 2 zeigt einen einzigen LTC2378-20, der bei 102,4 kS/s arbeitet und mit einer Multiplexschaltung so konfiguriert ist, dass simultan alle zehn Signale, während der 100 ms Beobachtungsperiode erfasst (gemultiplext) werden. Während das Beibehalten der Unterdrückung der Netzleitungsinterferenzen zur 100-ms-Beobachtungsperiode korrespondiert, steigert sich der Durchsatz um den Faktor des Multiplexens (hier zehn, kann aber auch höher sein), was wiederum in einer wesentlich höheren Produktivität des automatischen Testsystems resultiert. In diesem Beispiel wird die Rauschauflösung durch Mittelwertbildung über 1024 Abtastungen gesteigert, die während der Beobachtungsperiode von jedem Kanal aufgenommen werden, wodurch 22 Bit Rauschauflösung erzielt werden (0,07 ppm oder 70 nV, rms). Die Mittelwertbildung kann mit einem einfachen Addierer ausgeführt werden, der entweder in programmierbarer Logik oder in einen Prozessor einfach zu implementieren ist. Deshalb ermöglicht der LTC2378-20 eine signifikante Steigerung der Messgeschwindigkeit, wobei er aber die Schlüsselvorteile von früheren Architekturen beibehält. Weil ein einziger LTC2378-20-Baustein potenziell mehrere diskrete Komponenten, die für ein Multi-Slope-Design erforderlich sind, ersetzen kann, ergibt sich damit eine wertvolle Design-Freiheit um Kosten, Leiterplattenfläche und Kanalanzahl optimal ausgewogen einzusetzen.
{{functions.webify.editors-note}} Teile 1 und 3 der Application Note finden Sie in der Box in der rechten oberen Ecke des Artikels.
Das Ersetzen eines gemultiplexten Messgeräts mit einem oder mehreren LTC2378-20-ADCs kann die Systemausmaße verkleinern, die Verlustleistung und Gesamtkosten reduzieren und die Geschwindigkeit im Vergleich zu traditionellen Methoden um Größenordnungen steigern. Weil der Baustein in seinem Modus als Nyquist-ADC mit bis zu 1 MS/s arbeiten kann, ist ein einziger LTC2378-20 darüber hinaus ideal für den Einsatz in Systemen geeignet, die sonst mehr als nur eine Art von ADC benötigen würden, wie z.B. einen Multi-Slope-ADC für extrem genaue rauscharme Messungen und einen SAR-ADC für schnellere Messungen mit etwas geringerer Auflösung. ----- Grafiken: © Linear Technology
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2019.04.20 11:13 V13.1.0-2