Анализ бюджета ошибки

Подавление помехи определенной частоты

Обнуление

В предыдущем анализе рассматривался идеальный преобразователь. В действительности схема имеет смещение, которое дрейфует со временем и от температуры. Чтобы минимизировать этот эффект в АЦП с двойным интегрированием вводят фазу обнуления. В течение фазы обнуления напряжение смещения нуля интегратора и компаратора измеряется и сохраняется на внешнем конденсаторе. Таким образом, фаза интегрирования начинается при обнуленном смещении.

 

Одним из привлекательных свойств интегрирующего АЦП является подавление нежелательной сетевой помехи 50/60 Гц. Если время интегрирования длится время Т, то все помехи с частотами N*1/Т полностью подавляются (теоретически). Так для Т=100мс подавляются гармоники 10 Гц. Реальное ограничение подавления помех обусловлено конечным размахом выходного напряжения интегратора (поскольку мы не хотим вводить его в насыщение) и неизбежные колебания самой частоты сети. На большом периоде времени частота сети может быть усреднена для получения очень точной временной базы. Однако на коротком интервале сеть колеблется на несколько герц. Это ограничивает реальное подавление величиной 40-60 дб.

 

Интегрирующие АЦП содержат несколько составляющих в бюджете погрешности. Внимание к ним обусловлено той высокой точностью, на которую нацелены эти АЦП.

Усилитель должен иметь высокое подавление помехи общего вида (CMR), подавление влияние нестабильности источников питания (PSR) и высокий коэффициент усиления (такое, чтобы буфер мог адекватно раскачивать его резистивную нагрузку, а интегратор – его емкостную нагрузку). Максимальный ток интегратора (V_{IN max}/R_INT) обычно составляет 20-100 мА. Эта величина является компромиссом между малым потреблением и преодолением влияния утечек по печатной плате. Некоторые инженеры пытаются использовать усилители класса В для этих операционных усилителей для уменьшения тока потребления. Однако возникающие при этом переходные искажения должны быть тщательно проанализированы, поскольку легко могут стать доминирующей ошибкой.

Компаратор должен обладать реакцией в пределах долей тактового цикла при очень малом сигнале. Сигнал зависит от скорости изменения выходного напряжения при деинтегрировании (I/C=V_REF/(R_INT*C_INT)). При повышении разрешения этот сигнал может изменяться со скоростью долей милливольта за микросекунду. Непредумышленный гистерезис должен быть уменьшен до минимума, поскольку вызывает («rollover»). «Rollover» определяется как разность между результатами преобразования максимальных положительного и отрицательного напряжений. Этот параметр обычно приводится в документации как одна из основных характеристик АЦП и тестируется подачей максимального положительного, затем максимального отрицательного напряжений на вход АЦП с последующим сложением результатов.

Один из результативных приемов снижения погрешности заключается в фиксации выходных данных при закорачивании входов АЦП. Если в АЦП используется счетчик для аккумулирования результата, измеренную ошибку легко вычесть из результата преобразования V_IN. Этот способ не всегда приемлем, поскольку удваивает время преобразования, если калибровка ошибки производится перед каждым измерением. Однако, этим способом корректируется не только смещение нуля, но и ряд других составляющих, таких как задержка компаратора, инжекция заряда и др.