分析直流误差根据其与无源和有源器件的关系,对每种不精确性进行细分.doc
《分析直流误差根据其与无源和有源器件的关系,对每种不精确性进行细分.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《分析直流误差根据其与无源和有源器件的关系,对每种不精确性进行细分.doc(7页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、分析直流误差根据其与无源和有源器件的关系,对每种不精确性进行细分整个信号链累积起来并且最终会影响到转换器的误差有多重。但请记住,转换器是信号链的瓶颈,最终决定着信号的表示精度。因此,转换器的选择是设定系统整体要求的关键。在信号链中,可能会累积的误差有两类即直流和交流误差。直流或静态误差(如增益和失调误差)有助于了解信号链的精度或灵敏度;交流类误差也称为噪声和失真,限制着系统的性 能和动态范围。这两类误差都需要了解,因为二者最终决定着系统的分辨率。本文将专门分析直流误差,根据其与无源和有源器件的关系, 对每种不精确性进行细分。分析误差前,先对信号链分个级图 1 是一种可以达到 0.1% 精度要求
2、的简单数据采集系统,也就是说,每输入 1V 的电压,输出要么为 0.99388V,要么为 1.00612V。因此,转换器规定的动态范围为 60dB 或 9.67ENOB,假设其满量程电压为 10 V。转换器有两个放大器级、一个多路复用器和一个 ADC。本分析将忽略传感器、电缆、连接器、PCB 寄生电容和任何外部影响/误差,因为这些情况在很大程度上取决于我们要测量的具体应用或信号。图1. 此简单数据采集信号链系统的设计精度为0.1%。为了给各误差提供参考,应将分析的各级细分成各个部分。我们将数据采集信号链分为四个级第一级,一个简单的差分放大器 (图2)。该放大器的增益为 4,输入阻抗为 500
3、。设置电容是为了进行可选的滤波处理。图2. 差分放大器为数据采集信号链的第一级。第二级,将放大器的输出信号施加到多路复用器的 8 个输入端 (图3)。每个输入以一个阻尼电阻 (RO) 进行缓冲,以减少多路复用器通道切换导致的电荷反冲。根据多路复用器数据手册规定的技术规格,每个通道的内部会设有一些寄生电容或额定 RO。图3. 此 8:1 多路复用器有 8 个缓冲输入。第三级,将结果形成的通道信号施加到单位增益缓冲级放大器 (图4)。使用电阻是为了减少输入偏置电流不平衡。图 4. 将一个通道信号施加到这类缓冲放大器。第四级,将经过缓冲的信号施加到 12 位、1 MSPS ADC,在此,信号最终进
4、入数字域 (图5)。使用串行电阻是为了缓冲或抑制放大器与转换器之间的信号,加大这两个器件之间的电阻。结果会减少从转换器反冲到放大器的电荷,非常像多路复用器。这也有助于放大器输出建立,并防止其发生振荡。图5. 信号缓冲后将被施加到 12位、1 MSPS ADC。电容提供了一个简单的低通抗混叠滤波器 (AAF),用以衰减目标频带之外的信号和噪声。AAF 的设计在很大程度上取决于系统的设计和应用。最后,上拉和下拉二极管可增添输入保护功能,可防止有可能被施加到转换器输入端的极端过载信号导致的任何故障状况。接下来,我们将基于这里讨论的各个信号链级,考察无源误差和有源误差。直流无源误差所有无源组件都有误差
5、与其相关,尤其是电阻。表面上看,电阻似乎是比较简单的器件,但实际上,如果其规格不符合设计要求,则在整个信号链中都有可能导致误差。这里不会讨论如何选择正确的电阻类型及其构成。但要记住,根据具体的应用,有些电阻类型可能比其他更合适。阻性直流误差源于不理想的电阻容差。简单地指定容差值是不够的。然而,对电阻误差容差过分挑剔也可能产生不利影响,使得分析过于复杂。在为给定的信号链指定电阻类型时,至少要注意四个至关重要的技术规格:值容差,单位通常为%。温度系数或漂移,单位通常为ppm/C。寿命漂移或合格性,通常以指定小时数内的%为单位(通常为1000)。值容差比,当网络中或同一封装中有两个或以上的电阻且值匹
6、配时,值容差以%为单位。为了说明电阻误差是如何累积起来的 (图6),我们来看看下面这个例子:假设有一个 100 的电阻,其值容差为 1%,温度漂移为 100 ppm/C,寿命容差为 5%,则在 5000 小时的寿命周期内,在 85C 的温度范围内,其电阻为 93.15 至 106.85 :图6. 此图所示为一个电阻误差模型。总容差(RVALUE + RTOL + RCOEFF + RLIFE) = (RVALUE + (RTOL/100) RVALUE)+ (RCOEFF 0.000001) 温度范围) RVALUE) + (RLIFE/100) RVALUE)= 94 至106 .来之不易的
7、信息边注有些组件的寿命周期只有1000小时,但设计的要求可能要长得多,比如,10,000小时。为了解决这个问题,不要将1000小时乘以8.77 (8766小时/年);这样做太过悲 观了。任何精密模拟电路中的长期漂移都会有一定的“随机游动”量。正确的做法是用此数值的平方根,即 8.766 = 3再乘以1000小时。因此,10,000小时的寿命周期为: 10.000 = 3.16 1000小时,如此等等。需要注意的是,电容和电感也有误差。但这些误差通常可以忽略不计,在这类直流分析里并无多大的价值。另外,这些器件实际上是无功器件,对滤波和带宽容差的影响最大,本文的直流分析里同样没有考虑这一点。直流有
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 分析 直流 误差 根据 无源 有源 器件 关系 每种 精确性 进行 细分
链接地址:https://www.31doc.com/p-3393165.html