Steven Xie, Karl Wei, Claire Croke, Analog Devices
מתגים למתח גבוה, ADCs דו-קוטביים והתקנים אחרים בעלי ספקי-כוח מרובים דורשים לעתים קרובות שמתחי ההזנה יחוברו או ינותקו ברצף מיוחד. מאמר זה מציע שיטה קלה, יעילה כדי לקבוע את ההתנהגות של מערכת החשופה לתופעות-מעבר בהספקת הכוח, הפסקות או שינויים ברצף. דוגמה של התקן המשתמש בספקים מרובים היא ה-AD7656-1 (טבלה 1), ADC בעל
16 – ביט, kSPS, ערוצים, בעל דגימה בו-זמנית, בעל מבוא דו-קוטבי. ארבעת ה-12 ביט DACs של מיקרו-בקר אנלוגי מדויק מספקים את מתחי ההזנה ברי-תכנות של ה-DUT. תוך שימוש בכרטיס ההערכה AD7656-1 ובכרטיס ההערכה ADuC7026, ניתן לבנות אב-טיפוס בפיתוח חומרה ותוכנה מזעריות.
טבלה 1 מראה את המתח האופייני והזרם המרבי עבור כל אחד מספקי-הכוח של ה-ADC. צורות הגלים המבוקרות של המתח ברצף בר-תכנות המופקות על-ידי ארבעת ה-DACs ב-ADuC7026 הן בגודל התואם את מגברי השרת (op amps) בעלי הרעש והעיוות הנמוך ביותר על כרטיס ההערכה של AD7656-1 כדי לספק את מתחי ההזנה וזרמי ההזנה המוגדרים. המהירות וכושר התכנות של המיקרו-בקר מקלים על בקרת רמת המתח, המחזור, רוחב הפולס וזמן השיפוע של מתחי ספק-הכוח.
לדוגמה, אם משתמשים בספקי-כוח חיצוניים, מגברי הAD797- על כרטיס ההערכה AD7656-1, המעוצבים עבור שבח של 5, יכולים להפיק תחום מתחים בין 0 וולט עד 12.5 וולט כדי להזין את פס ההזנה VDD של ה-ADC. יכולת ההזנה בעלת המוצא הגבוה של ה-AD797 מאפשרת הספקה של עד 50 מילי-אמפר לכל פס הזנה. איור 1 מראה את החיבורים אל ה-ADC.
אוגר הנתונים של ה-DAC ADuC7026 ניתן לעדכון ב-7 מגה-הרץ עם שעון ליבה של 41.78 מגה-הרץ, הממקסם את קצב עדכון המתח. הפרקים הבאים מתארים את תהליך הפיתוח ומספקים תוצאות של מדידות שהושגו על-ידי כרטיסי ההערכה.
פיתוח והיערכות של החומרה
חיבור החומרה ומערך הבדיקה מוצגים באיור 2. ארבעה פיני מוצא DAC ו-AGND על כרטיס ההערכה של ה-ADuC7026 מחוברים בנפרד אל ארבעת המבואות של ה-AD797 ו-AGND על כרטיס ההערכה של AD7656-1. מודול הספק חיצוני Agilent E3631A מספק 15 ± וולט עבור ה-AD797. מחשב המחובר דרך USB אל כרטיס ההערכה של ADuC7026 מספק את ספק הכוח של 5 וולט והתקשורת הטורית.
תכנון סכימטי
שינויי החומרה היחידים הדרושים על כרטיס ההערכה של ה-AD7656-1 מתייחסים ל-AD797. ניתן לבחור את
R1-ו-R2 לפי דרישות שונות של שבח ורוחב-פס. איור 3 מראה את מערך ה-AD797 עבור שבח של 4 כדי לספק מוצא בין 0 וולט ל-10 וולט מהמוצא של 0 וולט עד 2.5 וולט של ה-DAC ADuC7026. R3 ו-C1 יוצרים מסנן מעביר-נמוכים לשם הפחתת הרעש בתדרים גבוהים. CL משמש כקבל עומס על פס הכוח.
איור 4 מציג את היענות התדר של ה-AD797 עם שבח=4, מהדמיה של NI™ Multisim. רוחב-הפס של 1.0 מגה-הרץ ותחום המופע של 730 מספקים היענות מהירה לתופעות מעבר ותפקוד יציב.
הערות תכנון על AD797
המגבר השרת של ה-AD797 בעל העיוות המאוד נמוך, הרעש מאוד נמוך מציג מתח היסט מרבי של 80 מיקרו-וולט, דיוק dc מצוין, זמן כוונון של 800 ננו-שניות ל-16 ביטים, זרם מוצא של 50 מילי-אמפר
ו±13 וולט ניד (swing) מוצא עם ספקי-כוח של ±15 וולט, דבר המקנה לו התאמה טובה להזנת פסי ספקי-כוח.
אולם הוא איננו מפוצה פנימית עבור עומסים קיבוליים משמעותיים, כך שיש להשתמש בטכניקות פיצוי חיצוניות כדי לייטב יישום זה. איור 5 מציג תנודה במוצא של ה-AD797 הנגרמת על-ידי הזנת עומסים קיבוליים.
לשם הזנה יציבה עם עומסים קיבוליים על פס הכוח, יש להציב את הנגד R4 בין המוצא והעומס. נגד זה מבודד את מוצא מגבר השרת ורשת המשוב מהעומס הקיבולי ומכניס ערך אפס בפונקציית המעבר של רשת המשוב, בהפחיתו בכך את הזזת המופע בתדרים גבוהים יותר קבל המשוב C2 מפצה עבור העומס הקיבולי, כולל C1, במבוא של מגבר השרת.
הפעלת ה-DACs
המיקרו-בקר האנלוגי המדויק של ה-ADuC7026 מכיל ארבעה DACs למוצא המתח 12 ביט, עם חוצץ מוצא פס-לפס, שלושה תחומים לבחירה וזמן כוונון של 10 מיקרו-שניות.
לכל DAC שלושה תחומים לבחירה: 0 וולט עד VREF (ייחוס של 2.5 וולט על רווח התחום הפנימי), 0 וולט עד DACREF (0 וולט עד AVDD) ו-0 וולט עד AVDD. התחום נקבע בעזרת אוגר הבקרה DACxCON. ה-DAC מקבל ייחוס חיצוני בתחום של 0 וולט עד AVDD. כאשר משתמשים בייחוס הפנימי , יש לחבר קבל של 0.47µF בין הפין VREF ל-AGND כדי להבטיח יציבות.
כל אחד מארבעת ה-DACs ניתנים לעיצוב עצמאי דרך אוגר הבקרה DACxCON ואוגר הנתונים DACxDAT. לאחר שה-DAC עוצב דרך האוגר DACxCON, ניתן לרשום נתונים על ה-DACxDAT עבור רמת מתח המוצא הדרושה.
ארבעת המוצאים של ה-DAC ניתנים לבקרה נוחה תוך שימוש בשפת C או assembly. דוגמת קוד C זו מראה כיצד לבחור בייחוס הפנימי של 2.5 וולט ולקבוע את המוצא של DAC0 ל-2.5 וולט.
:assembly בשימוש בשפת
שתי הוראות אלו דורשות סה”כ של שישה
מחזורי שעון לביצוע, המתאימים לקצב עלייה של 7 מגה-הרץ עם תדר שעון ליבה של 41.78 מגה-הרץ. אם כן, השהיית הזמן בין פסי-המתח יכולה להיות בעלת דיוק של עד 144 ננו-שניות.
תוצאות המדידה
ארבעת ה-DACs ב-ADuC7026 מזינים ארבעה ספקי-כוח ל-AD7656-1 כדי לבחון את ההתנהגותו עם תופעות מעבר של ספק-כוח או שינויים ברצף. טבלה 2 מראה את ספקי-הכוח של ה-ADCs ואת רמות המתח.
צורות הגל ממוצאי ארבעת ה-DAC, כמתואר בטבלה 2, נלכדו תוך שימוש בסקופ, והן מוצגות באיור 6. רמת המתח, המחזור, רוחב הפולס וזמן העלייה של כל ערוץ, ניתנים לתכנות וקלים לבקר. הפרמטרים הספציפיים נמדדים ומתוארים בפרקים הבאים.
כדי להשיג רמת מתח מדויקת עבור כל ספק-כוח, ניתן להשתמש בנגד משתנה עבורR1 באיור 3. רמת המתח כוילה על-ידי כוונון ה-R1 בעזרת רב-מודד 34401A של Agilent.
זמני העלייה והירידה נמדדים כדי לקבוע את התדר המרבי של צורות-הגל של המתח. זמן העלייה מיוחס לערך הנגד R4 ועומס הקיבול, CL. עבור זמני עלייה איטיים יותר, אפשר להשתמש בערכי נגדים וקבלים גבוהים יותר עבור R4 ו-CL. זמן העלייה והירידה של ה-AVCC ו-DVCC נבדקו עם קבלי עומס שונים, עם תוצאות המוצגות בטבלה 3. צורת-הגל בעלייה עם קבל של 1 מיקרו-פרד מוצגת באיור 7. זמן העלייה נמדד בין 10% ו-90% של 10 וולט.
גליות של ספק-הכוח
הדיוק dc המצוין של ה-AD797 מקל על הספקת רמות מתח נומינלי עבור ה-AD7656-1 על-ידי כוונון נגד המשוב R1. הגליות שיא-לשיא של ספקי-הכוח נמדדה ברמות מתח נומינליות עם רוחב-פס של 200 מגה-הרץ ו-20 מגה-הרץ, עומס קיבולי של 0.1 מיקרו-פרד ובעזרת סקופ DS1204B. טבלה 4 מראה שהגליות היא פחות מ-1% מהמתח הנומינלי, כך שארבעת הספקים עומדים בדרישות.
יצירת צורות גלים
בעזרת שינויים פשוטים של קוד המקור של ה-ADuC7026, ניתן להפיק רצפים שונים מרובים של צורות גלים עבור מגוון של יישומים שונים הדורשים הערכה של תפעול ההתקן בתנאי הספקה שונים. צורות גלים שניתן להפיק מוצגות באיור 9 ואיור 10.
ה-GUI של ®LabVIEW המוצג באיור 11 יכול לשמש להפקת צורות-הגל של ספקי-הכוח. רמת המתח, זמן העלייה, המחזור וזמן השהיית הרצף של ארבעת הערוצים הם קלים לעיצוב. הפתח הטורי משמש לתקשורת בין ה-GUI וה-ADuC7026.
מסקנות
צורה קלה ויעילה-לעלות לאמוד את השפעות רצף ההספקה פותחה ונבדקה תוך שימוש בכרטיסי הערכה של ה-ADuC7026. כרטיס ההערכה של ה-ADuC7026 מפיק רצף שניתן לתכנת ולבקר עבור ארבעה מתחי הספקה כדי לאמוד את פעולת ה-ADC בתנאי הספקה/עלייה שונים. המחולל התלת-פאזי, 16 – ביט PWM במיקרו-בקר יכול לספק עד שבעה ערוצי מתח.
בעזרת מודול הספק תקני 15 ± וולט dc, מערכת הערכת ספקי-כוח ניידת זו מאפשרת למתכננים לאמוד ADCs, במיוחד אלה בעלי מספר גדול של ספקים.
תודות ל-Aude Richard (מהנדסת יישומי ADuC) עבור הייעוץ והעזרה הגדולה שלה בהכנת הכתבה.
מחברים
Steven Xie- עבד כמהנדס יישומי ADC ב-China Design Center ב-ADI Beijing מאז מרץ 2011. הוא מספק תמיכה טכנית עבור מוצרי ADC מדויקים בכל סין. לפני כן, הוא עבד כמתכנן חומרה בצוות Ericsson CDMA במשך ארבע שנים. ב-2007, סטיבן סיים את אוניברסיטת Beihang עם דרגת מוסמך במערכות תקשורת ומידע.
Karl Wei- הצטרף ל-Analog Devices ב-2000 כמהנדס מוצר עם קבוצת ה-Microconverter קארל הוא כיום מהנדס יישומים בקבוצת Precision ADC. לפני שהצטרף לאנלוג, קארל עבד ב-Beijing Integrated Circuit Design Center ו-BIEC במשרות של מהנדס בדיקות ושל שיווק. הוא קיבל את ה-MS מ-Harbin Institute of Technology במוליכים למחצה ומיקרו-אלקטרוניקה.
Claire Croke- הצטרפה ל-Analog Devices ב-1999 ועובדת בקבוצת Precision Converters Applications ב-Limerick, אירלנד. היא אחראית על תמיכה ביישומים עבור ADCs מדויקים. היא קיבלה את התואר BEng בהנדסת אלקטרוניקה מאוניברסיטת Limerick, אירלנד.
