logo
Finnish English Estonian Latvian Lithuanian

FINTRONIC OY
Malmin kauppatie 8 A
00700 HELSINKI
Finland

fintronic(at)fintronic.fi
etunimi.sukunimi@fintronic.fi

Puh.(09) 2512 7770
Fax.(09) 879 7770

LTC2379 - Nopea ja tarkka SAR-A/D-muunnin teollisuuden säätöjärjestelmiin



Teollisuuden säätöjärjestelmien tulee olla aina nopeampia, tarkempia ja pienempiä, lisäksi tehonkulutuksen tulisi pienentyä ja luotettavuuden parantua. Keskeinen komponentti on analogia-digitaali-muunnin, ja näistä SAR-tyyppinen sopii parhaiten teollisuussovelluksiin.

Systeemisuunnittelija voi valita erilaisista AD-muuntimista: pipeline, delta-sigma ja SAR (successive approximation register) ovat tavallisimmat teollisissa sovelluksissa. Pipeline-tyyppiset ovat erittäin nopeita ja pystyvät siksi muuntamaan nopeat signaalit pienellä säröllä, mutta niiden tehonkulutus on suuri, signaali-kohinasuhde huono ja liukuhihnaperiaate (=pipeline) aiheuttaa viivettä. Huonoa signaali-kohinasuhdetta voi parantaa keskiarvoistamalla, samalla kuitenkin tehollinen näytteenottotaajuus putoaa. Liukuhihnan viive voi vaikeuttaa säätöpiirin viritystä. Delta-sigma-muuntimet sopivat hyvin kohteisiin, joissa tarvitaan suurta DC-tarkkuutta ja pientä kohinaa, niiden huonona puolena on pieni näytteenottotaajuus. SAR-muuntimilla saavutetaan muutaman megahertsin näytteenottotaajuus ja niillä on hyvä signaali-kohinasuhde ja pieni särö. SAR-muuntimilla voi tehdä muunnoksen tarvittaessa, tulos on välittömästi valmis ilman liukuhihnaviivettä ja siksi säätöpiiri voi olla nopea.

LTC2379-18 on oleellinen edistysaskel SAR-muuntimissa. Sen erottelukyky on 18 bittiä 1,8 megahertsin näytteenottotaajuudella ja tehonkulutus on silloinkin vain 18 mW. Piirin käyttöjännite on 2,5 volttia ja sen differentiaalisen tulojännitealueen voi valita referenssijännitteellä �2,5 voltista � 5,1 volttiin asti. Taattu harmoninen kokonaissärö on alle -115 dB, signaali-kohinasuhde yli 98 dB, kokonaisepälineaarisuus alle 2 LSB ja suurin käyttölämpötila +125�C. Tarkkuus, pieni tehonkulutus ja luotettavuus mahdollistavat piirin käytön uudenaikaisimmissakin säätö- ja mittausjärjestelmissä.

Nykyisten systeemien vaatima tarkempi säätö vaatii myös mittaukset pienemmin aikavälein. Reaaliaikaisten mittausten nopeutta rajoittaa muuntimen suurin näytteenottotaajuus. Tämä taas riippuu itse muunnoksen ajasta ja tuloksen siirtämisajasta piiriltä eteenpäin. Sarjamuotoinen siirto on tavallisesti hitaampaa kuin rinnakkaismuotoinen, mutta useimmiten sarjamuotoinen siirto tapahtuu yhtä aikaa näytteenoton ja muunnoksen kanssa. Kun siirtoaika on pienempi kuin näytteenotto- ja muunnosaika, ei sarjamuotoinen siirto ole sen hitaampaa kuin rinnakkaismuotoinenkaan, jos näytteenotto- ja muunnosaika ovat samat. LTC2379-18:n näytteenotto- ja muunnosaika on 200 ns ja datansiirtoaika 180 ns, silloin datan siirto ei hidasta toimintaa.

Tarkempi säätö vaatii myös muuntimelta lisää tarkkuutta. Kun siirrytään 16-bittisistä muuntimista 18-bittisiin, täytyy katsoa muutakin kuin pelkkää bittien lukumäärää, �markkinointi-bittien� ei saa antaa hämätä. Täytyy varmistaa että piiri on spesifioitu koko käyttölämpötila-alueelle ilman puuttuvia koodeja. Muunnin, jonka signaali-kohinasuhde on hyvä, antaa kohinamarginaalia mittaukseen ja vähentää keskiarvoistamisen tarvetta. Pienempi keskiarvoistaminen vähentää mittausviivettä ja parantaa säädön stabiilisuutta. DC-sovellukset vaativat hyviä INL- ja DNL- ominaisuuksia, AC-sovelluksissa taas tarvitaan hyvät THD-spesifikaatiot. [kuva 1] näyttää FFT-analyysin tuloksen LTC2379:llä.

Kuva 1


LTC2379-18 on yhteensopiva SPI-standardin kanssa ja sen voi kytkeä suoraan 1,8 V, 2,5 V, 3,3 V tai 5 V logiikkaperheisiin. Daisy-chain kytkentä [kuva 2] mahdollistaa useampien muuntimien kytkemiseen yhteen SPI-väylään. Säätösysteemien monimutkaistuminen lisää tarvittavaa kanavamäärää samalla kun tilaa on aina vähemmän, ja silloin pieni tehonkulutus on erittäin tärkeä. Komponentit, joissa on valmiina tehonkulutuksen minimointi, helpottavat pienen kokonaistehon saavuttamista. LTC2379-18 siirtyy mittauksen jälkeen automaattisesti stand-by-tilaan, mikä vähentää tehonkulutusta jos muunnostaajuus ei ole suurin mahdollinen piirille.

Kuva 2


Yhden käyttöjännitteen AD-muuntimen tulojännitealue on tavallisesti signaalimaatasosta referenssijännitteeseen. Tulosignaalin ohjainpiirin käyttöjännitteen täytyy silloin olla ainakin muutama 100 mV yli referenssijännitteen ja negatiivisen jännitteen pitäisi mennä vähän alle nollan voltin. Tätä vaaditaan käytännössä myös rail-to-rail-piireiltä, sillä normaalisti aivan lähellä käyttöjännitteitä signaalissa on säröä. Normaalisti tämä tarkoittaa että useita (jopa tuhansia!) koodeja lähellä käyttöjännitteitä jää pois todellisesta käytöstä.

Digitaalinen vahvistuksen supistus LTC2379-18-piirillä mahdollistaa täyden mittausalueen tulojännitealueella, joka on 10 prosentista 90 prosenttiin referenssijännitteestä. 5 voltin referenssijännitteellä tämä tarkoittaa sitä, että analogiatulojännitteen alue on 0,5 � 4,5 volttia ja kuitenkin kaikki 262144 digitaalikoodia ovat käytettävissä. [kuva 3]. Tämä pelivara tulojännitteessä mahdollistaa tulovahvistimenkin käyttävän vain yhtä käyttöjännitettä, mikä taas vähentää kokonaistehontarvetta.

Kuva 3


Tuloasteessa käytettävä LT6350 toimii myös suurien bipolaaristen tulojännitteiden kanssa. Tällä voidaan suurentaa tulojännitealuetta ja parantaa dynamiikkaa. [kuvassa 4] on kytkentä, jolla �10 voltin tulojännite sovitetaan LTC2379-18:lle. Tässä kytkennässä LT6350:n ensimmäinen vahvistin muuttaa tulosignaalin LTC2379-18:n tulojännitealueelle 0,5 � 4,5 volttia ja toinen vahvistin muodostaa differentiaalisignaalin muuntimelle. Kytkennän tuloimpedanssin määräävä vastus on valittava niin pieneksi että se ei aiheuta kohinaa ja säröä, ja kuitenkin niin suureksi että se ei kuormita liikaa signaalilähdettä. Kuvan kytkennässä SNR on 99 dB ja THD -95 dB.

Kuva 4

Takaisin

Etusivu | Palvelut | Edustukset | Yhteystiedot | Vip-lehti | Korvaustaulukot