¿Está relacionada la relación señal-ruido de adc con inl?
Medición inl/dnl de un convertidor analógico a digital de alta velocidad
Aunque la no linealidad integral y diferencial puede no ser de alta velocidad, el alto rendimiento dinámico y la conversión de datos son los parámetros más importantes, pero son de gran importancia en aplicaciones de imágenes de alta resolución. Las siguientes notas de aplicación son definiciones y detalles de este curso, pero las medidas técnicas comunes son los convertidores analógico-digital de alta velocidad INL y DNL.
Los fabricantes han introducido recientemente convertidores analógicos a digitales de alto rendimiento con excelente rendimiento estático y dinámico. Quizás te preguntes, ¿cómo medir su rendimiento y qué dispositivos se pueden utilizar? ;La siguiente discusión hablará sobre la conversión de parámetros importantes de la precisión de las pruebas técnicas en: no linealidad integral (inl) y no linealidad diferencial (dnl).
Aunque INL y DNL no son las características eléctricas más importantes, los conversores de datos específicos de alto rendimiento se utilizan en comunicaciones y aplicaciones de adquisición de datos de alta velocidad, y han ganado importancia y aplicación en imágenes de alta resolución. Sin embargo, a menos que trabaje y cambie con frecuencia, es fácil olvidar las definiciones exactas y preocuparse por estos parámetros.
Definición de Inl y dnl
Dnl se define como la diferencia entre el tamaño de paso real y el valor ideal 1lsb. Entre ellos, la no linealidad diferencial dnl = 0lsb, cada paso de simulación es igual a 1lsb (1lsb = vfsr/2n) y el intervalo entre los valores convertidos es exactamente 1lsb. El error de especificación de 1dnl es menor o igual a 1lsb, lo que garantiza que a la función de transferencia monótona no le falten códigos. Una de las propiedades monótonas del arte es garantizar que su salida digital aumente (o permanezca igual) a medida que se ingresan más y más señales, evitando así cambios. Después de especificar dnl, se eliminó el error de ganancia estática. Se define de la siguiente manera:
Dnl = [(VD 1-VD)/vlsb ideal-1], donde 0lt4lt es 2n-2;
VD es el código de salida digital correspondiente al valor físico. El intervalo ideal de vlsb son dos códigos digitales adyacentes. Al agregar ruido y componentes espurios para cuantificar el impacto, los valores más altos suelen ser el rendimiento, la relación señal-ruido (SNR) y el rango dinámico libre de espurios (SFDR) de DNL Extreme Art.
El error inl se llama sesgo, sobre el rango esclavo o de escala completa (fsr), donde la función de transferencia real proviene de una línea recta. La magnitud del error inl depende directamente de la línea de selección de posición. Hay al menos dos definiciones comunes: inl la mejor línea recta; y el punto final inl (ver Figura 1b), como:
El desplazamiento (intercepción) y la ganancia de datos proporcionados por la mejor línea recta INL. (pendiente), más la función de transferencia de posición (que se analiza a continuación). La conclusión es que, entre las rectas formales, es la más cercana a la función de transferencia real de la técnica de aproximación. La línea de posición exacta no está claramente definida, pero el beneficio de este método es la repetibilidad óptima porque es una línea recta verdaderamente representativa.
El terminal inl pasa la función de transferencia del transformador terminal para determinar la línea de posicionamiento precisa. Así que piense en una línea recta como un arte de N bits que define sus salidas cero (todos ceros) y escala completa (todos).
Suele ser mejor utilizar una línea recta ya que produce buenos resultados. Se midió la especificación inl y los errores de ganancia y compensación estática se declararon inválidos de la siguiente manera:
Inl = [(VD-v cero)/v lsb ideal] - cuatro donde 0lt fourlt es 2n -; 1.
VD es el cuarto código de salida digital representado por el valor analógico, N es la resolución artística, vzero es el código de salida todo cero correspondiente a la entrada analógica mínima y vlsb se encuentra idealmente entre dos códigos de salida adyacentes. La distancia es ideal.
Tanto las líneas rectas óptimas como los puntos finales son una forma de arte y se prestan a dos métodos posibles para determinar propiedades lineales.
Función de Transferencia
El arte ideal de una función de transferencia es una escalera donde cada peldaño representa un código de salida digital y las contrahuellas representan la transición entre códigos adyacentes. Para estas conversiones se deben configurar muchos parámetros de rendimiento del convertidor analógico a digital.
Este extraño trabajo puede resultar complicado, especialmente con convertidores de datos de alta velocidad y transiciones ruidosas en códigos digitales que se acercan al resultado final y cambian lentamente.
Como se muestra en la Figura 1b, este cambio no está bien definido, sino que se introduce más precisamente como una función de probabilidad. A medida que el voltaje de entrada aumenta lentamente a través de una transición, la transición artística se vuelve cada vez más frecuente para el siguiente código adyacente. Como sugiere el nombre, la transformación corresponde a un voltaje de entrada con la misma probabilidad de código para cada lado.
El voltaje de transición de transición de peso se refiere al voltaje de entrada con igual probabilidad de generar dos códigos adyacentes. Para simbolizar un valor analógico, un código de salida digital correspondiente produce una entrada analógica entre un par de variables adyacentes, que es el punto medio del rango (50 puntos). Si conoce el intervalo de transición del límite, estos 50 puntos son fáciles de calcular. Los puntos de transición se pueden determinar dentro de los intervalos de transición extremos probados y medidos y luego dividirlos por el número de apariciones de cada código adyacente.
Generalmente, está configurado para prueba estática inl y dnl.
Inl y dnl se pueden medir ya sea una rampa de voltaje cuasi-CC o una entrada de onda sinusoidal de baja frecuencia. Una prueba simple de CC (rampa) puede colocar un analizador lógico, una ayuda de alta precisión (opcional) y fuentes de alimentación de CC de alta precisión en los diversos instrumentos bajo prueba (DUT) y controlar la interfaz con una computadora cercana o un planificador X-Y.
Si la instalación incluye componentes auxiliares de alta precisión (muy por encima del dut), el analizador lógico puede monitorear directamente los errores de compensación y ganancia. El voltaje de prueba generado por la fuente de señal de precisión se mueve lentamente desde el nivel cero hasta la escala completa a través del rango de entrada del barrido de conductos. Una vez reconstruida la ayuda, cada entrada de voltaje de prueba se resta de la salida correspondiente de la ayuda de la primera etapa, lo que da como resultado una pequeña diferencia de voltaje (vdiff) que puede mostrar errores en el trazador x-y y en las conexiones a inl y dnl. Cambiar el nivel de cuantificación señala la no linealidad diferencial y muestra la no linealidad integral residente comenzando desde cero cerca de vdiff.
Servo loop analógico integrado
Otra forma de determinar los parámetros lineales estáticos es similar a la anterior, pero más sofisticada, que es el servo loop analógico integral. Este método se utiliza normalmente en configuraciones de prueba que se centran en mediciones de alta precisión en lugar de velocidad.
Un servo bucle analógico típico contiene un integrador y dos fuentes de corriente conectadas a las entradas artísticas. Uno de los principales está actualmente en apuros, mientras que el otro se está hundiendo. La comparación de amplitud digital conecta dos fuentes de corriente a través del control de salida. La otra comparación proporcional de entrada controla la computadora, que realiza un código de prueba 2n-1 a través de un convertidor de N bits.
Si los diferentes bucles de retroalimentación de polaridad son correctos, la comparación de escala hace que la entrada analógica del servo fuente actual realice una transición alrededor de un código determinado. Idealmente, esta acción produce una pequeña onda triangular en la entrada analógica. El contraste de escala contrasta dos velocidades y direcciones de estas rampas. La velocidad de la rampa de integración debe acercarse a una transición rápidamente, pero no demasiado lentamente para minimizar la precisión de la medición de un voltímetro digital (ejemplo DVM) cuando el desplazamiento máximo se superpone con la onda triangular.
La investigación Max108 se utiliza para pruebas inl/dnl y la placa de servo loop está conectada a la placa de evaluación a través de dos encabezados (consulte la Figura 3). El primer puerto de salida primario (o auxiliar) está conectado al MAX108 y el puerto de entrada bloqueado (P) se utiliza para la comparación de amplitud. En segundo lugar, asegúrese de la conexión entre el servo bucle (puerto de comparación de magnitud) y el código de referencia digital generado por computadora.
Compare la escisión completa para determinar que el fósforo se puede exportar; luego el disco de polvo se transfiere a la configuración integrada. Cada resultado de la comparación controla la conmutación de la entrada lógica, colocando un circuito integrado que genera de forma independiente una desviación de voltaje y requiere el reemplazo del controlador en el dut. Este enfoque tiene sus ventajas, pero también varias desventajas:
La rampa triangular debe tener dv/dt bajo para reducir el ruido. Esta situación produce números duplicados pero da como resultado tiempos de integración más largos para los instrumentos de precisión.
Las tasas de pendiente positiva y negativa deben coincidir con 50, y la onda triangular de bajo nivel debe promediarse para lograr el nivel de CC deseado.
El diseño general suele requerir una cuidadosa selección de los condensadores de carga. Minimice los errores potenciales debidos a los efectos de la memoria; por ejemplo, elija capacitancia integrada y baja absorción dieléctrica.
La precisión es directamente proporcional al periodo de integración e inversamente proporcional al tiempo de asentamiento.
El DVM está conectado al servo bucle analógico integrado, mide el error INL/DNL y genera el código (números 4a y 4b). Tenga en cuenta el gráfico de lanzamiento o en forma de arco, el código de entrada y salida, que muestra la mayoría de los armónicos pares, y la forma sigmoidal, que muestra la mayoría de los armónicos impares.
Figura 4a. Esta figura ilustra la no linealidad integral típica de una captura de arte max108 combinada con un servo bucle simulado.
Figura 4b. La figura muestra que una no linealidad diferencial típica es max108, que es un servobucle que combina captura y simulación.
Para eliminar los efectos negativos, en el pasado se podía utilizar el primer registro de aproximación sucesiva (SAR) de bits L para reemplazar la integral del servo bucle y utilizar el bit L para ayudar en capturando el código de salida del dut, un circuito de promedio simple. Junto con la comparación de amplitud, esta forma de circuito tiene una configuración de conversión de CC (consulte la Figura 5 y el convertidor SAR, que se analiza a continuación), donde se asiste el procedimiento de comparación de escala, se emite su contenido y se aproxima uno por uno. También se introducen las pruebas de N bits de entradas primarias de CC de alta resolución. En este caso, elija 16 bits para una precisión Art Deco de 1/8 lsb y obtenga la mejor curva de transferencia.
Figura 5. Las sucesivas aproximaciones y configuraciones reemplazan la integración de servobucles analógicos.
El beneficio obvio de los circuitos promediadores es que cuando se renderizan amplitudes inducidas por el ruido, se vuelven inestables al no estar cerca del resultado final. Ambos contadores de diafragma están incluidos en el circuito promediador. ;Referencia; Se invierte en 200 ciclos de reloj, donde m es un período de control entero programable (es decir, tiempo de prueba). ;Datos;El contador incrementa solo la salida de escala que es relativamente alta, con un período igual a la mitad del primer período 200-1.
El promedio de personas totales, personas de referencia y personas de información es de 14,08 puntos. El resultado está en un disparador, a través del cual se registra la zona especial. Este proceso se repite 16 veces (en este caso) para generar la palabra clave de salida completa. Al igual que con el método anterior, existen ventajas y desventajas:
La referencia de voltaje de entrada del dispositivo de prueba se digitaliza, lo que facilita modificar el número de muestras más allá de ella, y se promedian los resultados.
Un área de práctica especial proporciona un nivel de CC en lugar de una rampa en la entrada analógica del dut.
La desventaja es que el voltaje de entrada de resolución en el dispositivo de retroalimentación de ayuda es limitado.
Convertidor CC
La ingeniería de convertidores CC es como la balanza de un viejo científico. Por un lado están las entradas de muestras desconocidas, por otro lado están las primeras generaciones, configuradas por zona/ayuda (el bit más significativo equivale a la mitad de la producción total). Si el peso desconocido es mayor que 1/2 fsr, el primer peso permanece equilibrado y se mejora 1/4 fsr. Si el peso desconocido es menor, retírelo y reemplácelo con un peso de 1/4 fsr.
Convertidor DC, luego determine el código de salida ideal, repita este procedimiento n veces, paso a paso de msb a lsb. n es la solución configurada en la zona especial y cada peso ocupa 1 bit binario.
Inl y dnl para pruebas dinámicas
Para medir la no linealidad dinámica del arte, puede aplicar una entrada sinusoidal de escala completa y medir la relación señal-ruido del convertidor (SNR ) y su ancho de banda de entrada de energía total. El convertidor de bits de nitrógeno con una relación señal-ruido teórica ideal (solo afectada por el ruido de cuantificación, sin distorsión) es el siguiente:
Relación señal-ruido (dB) = nitrógeno × 6,02 1,76.
La ventaja de incorporar este número es que no es lineal con respecto a las fallas y el tiempo de muestreo es incierto. Puede obtener más información sobre las mediciones de SNR de rendimiento lineal a frecuencia y amplitud de señal constantes. Por ejemplo, barrer todo el rango de amplitud (de cero a completo o viceversa) dará como resultado grandes desviaciones de fuentes cuyas amplitudes están cerca del límite máximo del convertidor para la fuente. Para determinar la causa de estas desviaciones y eliminar los efectos de la distorsión y la inestabilidad del reloj, utilice un analizador de espectro para cuantificar la señal de error en función de la frecuencia.
Se pueden probar muchos otros métodos para la conversión de datos estáticos y dinámicos inl y dnl a alta y baja velocidad.
El propósito aquí es brindarle una mejor comprensión de las herramientas y técnicas utilizadas para producir técnicas poderosas (características operativas típicas) que son simples, pero aún así inteligentes y precisas.