41555
[i] Сигма-дельта АЦП - особенности измерения сигналов
Добрый день! Подскажите, пожалуйста, есть ли какие-то особенности при измерении сигналов с помощью сигма-дельта АЦП? Какие ограничения накладываются на входной сигнал и на опорное напряжение?
Входной тракт каналов тока и напряжения состоит из программируемого усилителя (PGA) и ΔΣАЦП, как показано на рисунке 1.
Рисунок 1 - Входной тракт каналов тока и напряжения в блоке ΔΣАЦП
На вход каждого вывода PGA можно подавать сигнал от -0,5 В до +0,5 В (см. таблицу предельно-допустимые параметров), при этом дифференциальный сигнал (VxP/IxP - VxN/IxN) может составлять от -1 В до +1 В.
Блок PGA может увеличить амплитуду входного сигнала на заданный коэффициент (x1, x2, x4 и x8) перед дальнейшей подачей на ΔΣАЦП. С точки зрения "физических повреждений" требуется контролировать только входное напряжение PGA, выходное напряжение PGA с учётом коэффициента усиления может быть любым. С точки зрения корректности измерения требуется контролировать и входное напряжение PGA, и выходное напряжение PGA, так как учётом коэффициента усиления выходное напряжение PGA уходит в насыщение при достижении уровней -Uref и +Uref.
Опорное напряжение (Uref) ΔΣАЦП может быть задано либо внутренним ИОН (VREF_INT 2.4 - 2.5 В), либо внешним ИОН, подключаемым к выводу VR_2p4V (2.4 - 2.5 В). Выбор опорного напряжения осуществляется в регистре ADCUI_CTRL1, бит VREF_SEL: 0 - внешнее, 1 - внутреннее. При выборе VREF_SEL = 1 на вывод VR_2p4V выводится напряжение внутреннего ИОН, поэтому если к выводу VR_2p4V подключён внешний ИОН, то выбирать VREF_SEL = 1 запрещено.
Полная шкала измерений дифференциального сигнала ΔΣАЦП составляет от -Uref до +Uref. Однако, для получения наилучших характеристик входной сигнал на ΔΣАЦП (выходной сигнал PGA) должен быть в пределах от -1 В до +1 В. Допускается формировать входной сигнал на ΔΣАЦП во всем диапазоне опорного напряжения, но характеристики могут быть хуже, так как ΔΣАЦП в первую очередь проектировался для работы в диапазоне от -1 В до +1 В.
В более ранних МК К1986ВК214/234 для аналогичного блока ΔΣАЦП использовалось опорное напряжение 1 В. В МК К1986ВК025 опорное напряжение было изменено на 2,5 по следующим причинам:
1) Выбор более стандартной опоры равной 2.5В. В случае использования внешнего опорного напряжения микросхемы ИОН с напряжением 2,5 В более распространены, чем микросхемы ИОН с напряжением 1 В.
2) Возможность использовать 1 внешний ИОН сразу для двух АЦП - для SAR АЦП и для ΔΣАЦП. Это экономит площадь, потребление и количество занимаемых внешних выводов.
Характеристики SNR для ΔΣАЦП при входном сигнале от -1В до +1В приведены в таблице "Электрических параметров микросхем":
Рисунок 1 - Входной тракт каналов тока и напряжения в блоке ΔΣАЦП
На вход каждого вывода PGA можно подавать сигнал от -0,5 В до +0,5 В (см. таблицу предельно-допустимые параметров), при этом дифференциальный сигнал (VxP/IxP - VxN/IxN) может составлять от -1 В до +1 В.
Блок PGA может увеличить амплитуду входного сигнала на заданный коэффициент (x1, x2, x4 и x8) перед дальнейшей подачей на ΔΣАЦП. С точки зрения "физических повреждений" требуется контролировать только входное напряжение PGA, выходное напряжение PGA с учётом коэффициента усиления может быть любым. С точки зрения корректности измерения требуется контролировать и входное напряжение PGA, и выходное напряжение PGA, так как учётом коэффициента усиления выходное напряжение PGA уходит в насыщение при достижении уровней -Uref и +Uref.
Опорное напряжение (Uref) ΔΣАЦП может быть задано либо внутренним ИОН (VREF_INT 2.4 - 2.5 В), либо внешним ИОН, подключаемым к выводу VR_2p4V (2.4 - 2.5 В). Выбор опорного напряжения осуществляется в регистре ADCUI_CTRL1, бит VREF_SEL: 0 - внешнее, 1 - внутреннее. При выборе VREF_SEL = 1 на вывод VR_2p4V выводится напряжение внутреннего ИОН, поэтому если к выводу VR_2p4V подключён внешний ИОН, то выбирать VREF_SEL = 1 запрещено.
Полная шкала измерений дифференциального сигнала ΔΣАЦП составляет от -Uref до +Uref. Однако, для получения наилучших характеристик входной сигнал на ΔΣАЦП (выходной сигнал PGA) должен быть в пределах от -1 В до +1 В. Допускается формировать входной сигнал на ΔΣАЦП во всем диапазоне опорного напряжения, но характеристики могут быть хуже, так как ΔΣАЦП в первую очередь проектировался для работы в диапазоне от -1 В до +1 В.
В более ранних МК К1986ВК214/234 для аналогичного блока ΔΣАЦП использовалось опорное напряжение 1 В. В МК К1986ВК025 опорное напряжение было изменено на 2,5 по следующим причинам:
1) Выбор более стандартной опоры равной 2.5В. В случае использования внешнего опорного напряжения микросхемы ИОН с напряжением 2,5 В более распространены, чем микросхемы ИОН с напряжением 1 В.
2) Возможность использовать 1 внешний ИОН сразу для двух АЦП - для SAR АЦП и для ΔΣАЦП. Это экономит площадь, потребление и количество занимаемых внешних выводов.
Характеристики SNR для ΔΣАЦП при входном сигнале от -1В до +1В приведены в таблице "Электрических параметров микросхем":
Vin_diff, В | Усиление PGA, дБ | SNR, дБ |
1 | 0 | 77 |
0,5 | +6 | 74 |
0,25 | +12 | 71 |
0,125 | +18 | 70 |
Документация
1.1.0 от 30.07.2024