كيفية اختيار المكونات الأخرى اللازمة لدائرة تكييف أمامية تناظرية عالية الدقة بتقنية ADC

“عند تصميم نظام الحصول على البيانات عالي الأداء ، يختار المهندس المجتهد بعناية ADC عالي الدقة ، بالإضافة إلى المكونات الأخرى المطلوبة لدائرة تكييف أمامية تناظرية. بعد عدة أسابيع من أعمال التصميم ، وإجراء عمليات المحاكاة وتحسين مخطط الدائرة ، قام المصممون بسرعة بتجميع تخطيط اللوحة وتوجيهها للوفاء بالمواعيد النهائية. بعد أسبوع ، تم اختبار اللوحات النموذجية الأولى. بشكل غير متوقع ، لم يكن أداء المجلس كما هو متوقع.

“

لويس تشيوي

عند تصميم نظام الحصول على البيانات عالي الأداء ، يختار المهندس المجتهد بعناية ADC عالي الدقة ، بالإضافة إلى المكونات الأخرى المطلوبة لدائرة تكييف أمامية تناظرية. بعد عدة أسابيع من أعمال التصميم ، وإجراء عمليات المحاكاة وتحسين مخطط الدائرة ، قام المصممون بسرعة بتجميع تخطيط اللوحة وتوجيهها للوفاء بالمواعيد النهائية. بعد أسبوع ، تم اختبار اللوحات النموذجية الأولى. بشكل غير متوقع ، لم يكن أداء المجلس كما هو متوقع.

هل حدث لك هذا السيناريو؟

يعد تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور الأمثل مهمًا لتحقيق الأداء المطلوب لـ ADC. عند تصميم الدوائر التي تتضمن أجهزة إشارة مختلطة ، يجب أن تبدأ دائمًا بترتيبات تأريض جيدة ، واستخدام الوضع الأمثل للمكونات وتوجيه الإشارة لتقسيم التصميم إلى أقسام تمثيلية ورقمية وأقسام طاقة.

المسار المرجعي هو الأكثر أهمية في تخطيط ADC لأن جميع التحويلات هي دالة للجهد المرجعي. في معمارية ADC التقليدية لسجل التقريب المتتالي (SAR) ، يعد المسار المرجعي أيضًا الأكثر حساسية ، نظرًا لوجود حمل ديناميكي على الدبوس المرجعي إلى المصدر المرجعي.

نظرًا لأن الجهد المرجعي يتم أخذ عينات منه عدة مرات أثناء كل تحويل ، تظهر عابرات التيار العالي على هذا الطرف ، حيث يتم تشغيل مجموعة المكثف الداخلي لـ ADC وشحنها عند ضبط هذا البت. يجب أن يظل الجهد المرجعي مستقرًا خلال كل دورة ساعة تحويل ودقة N-bit المطلوبة ، وإلا ستحدث أخطاء الخطية والشفرة المفقودة.

يوضح الشكل 1 المراحل العابرة الحالية أثناء مرحلة التحويل على محطة مرجعية نموذجية لـ SAR ADC ذات 12 بت.

الشكل 1. عابر حالي على الدبوس المرجعي ADC 12 بت SAR

بسبب هذه التيارات الديناميكية ، يلزم وجود مكثف تجاوز عالي الجودة (CREF) لفصل الدبوس المرجعي. يتم استخدام مكثف التجاوز هذا كمخزن للشحن لتوفير الشحن الفوري أثناء هذه العبور عالي التردد. يجب عليك وضع مكثفات التجاوز المرجعية في أقرب مكان ممكن من المسامير المرجعية واستخدام توصيلات قصيرة ومنخفضة الحث لتوصيلها معًا.

يوضح الشكل 2 مثالاً لتخطيط اللوحة لـ ADS7851 ، ADC مزدوج 14 بت مع مرجعي جهد مستقلين.

الشكل 2. مثال على تخطيط ADC مزدوج مع مرجعين مستقلين للجهد الداخلي

في مثال لوحة ثنائي الفينيل متعدد الكلور المكون من أربع طبقات ، استخدم المصمم مستوى أرضيًا صلبًا مباشرة أسفل الجهاز وقسم اللوحة إلى أقسام تمثيلية ورقمية لإبقاء المدخلات الحساسة والإشارات المرجعية بعيدًا عن مصادر الضوضاء. لقد تجاوز المخرجات المرجعية REFOUT-A و REFOUT-B مع فئة 10μF و X7R وحجم المكثفات الخزفية 0805 (CREF-x) للحصول على الأداء الأمثل وربطها بالجهاز باستخدام مقاومات صغيرة من سلسلة 0.1 Ω ، للحفاظ على مقاومة منخفضة وثابتة بشكل عام مقاومة عند الترددات العالية. كما استخدم آثارًا واسعة لتقليل الحث.

أوصي بشدة بوضع CREF على نفس الطبقة مثل ADC. يجب أيضًا تجنب وضع فيا بين الدبوس المرجعي والمكثف الجانبي. يحتوي كل دبوس أرضي مرجعي للموديل ADS7851 على اتصال أرضي منفصل ، ولكل مكثف جانبي اتصال استقرائي منفصل بالمسار الأرضي.

إذا كنت تستخدم ADC يتطلب مرجعًا خارجيًا ، فيجب أن تحاول تقليل الحث في مسار الإشارة المرجعية – يبدأ هذا المسار من إخراج المخزن المؤقت المرجعي إلى مكثف التجاوز حتى الإدخال المرجعي ADC.

يوضح الشكل 3 مثالاً لوضع وتوجيه 18 بت ، SAR ، ADC ADS8881 باستخدام مرجع خارجي ومخزن مؤقت. من خلال وضع المكثف في حدود 0.1 بوصة من الدبوس وتوصيله بمسار عرض 20 مل وفتحات أرضية متعددة بطول 15 مل ، يضع المصمم المكثف المرجعي بين دبوس REF ودبوس REF. يتم الاحتفاظ بالمحاثة عند مستوى أقل من 2nH. أوصي بفئة واحدة ، 10 فائق التوهج ، X7R ، بحجم 0805 مكثف سيراميك مصنّف على الأقل 10 فولت.

يتم الاحتفاظ بطول التتبع من دائرة المخزن المؤقت المرجعية إلى دبوس REF قصيرًا قدر الإمكان لضمان استجابة تسوية سريعة.

يعتبر الفصل الصحيح لمسمار REF أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق الأداء الأمثل. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الاحتفاظ باتصال منخفض الحث في المسار المرجعي يحافظ على استقرار دائرة السائق المرجعية أثناء التحولات ، مما يجعلك تقترب خطوة واحدة من تحقيق التأثير المطلوب.

الشكل 3. مثال تخطيط ADC مع مرجع خارجي واحد ومخزن مؤقت

إذا كنت تريد الخوض في هذا الموضوع ، فراجع إرشادات المكان والطريق في أوراق بيانات ADS8881 و ADS7851.