Mejore su sistema con el Convertidor de análogo a digital LTC2358, ideal para aplicaciones de alta tensión que necesitan un rango dinámico amplio. Los convertidores de precisión de análogo a digital son la interfaz de habilitación crítica entre las señales del mundo real y el poder actual del procesamiento digital en aplicaciones que van desde el control de procesos industriales hasta sistemas de pruebas y mediciones de alto nivel. Desafortunadamente, no siempre es fácil conectar sensores u otras fuentes de señales a un convertidor y obtener todo el rendimiento que los convertidores de datos prometen. Frecuentemente se necesitan circuitos adicionales, que proporcionan búfer, protección contra tensión u otras funciones. Esto puede ser difícil de implementar con el rendimiento que se necesita.
Hola, soy Andrew Thomas, Ingeniero en diseño experto del Equipo de señal mixta de Linear Technology. Me gustaría mostrarles cómo los búferes análogos de entrada de amplificadores PICO integrados de nuestros nuevos ADC óctuple LTC2358 pueden simplificar estos desafíos. Esencialmente, tomamos el excelente rendimiento y la flexibilidad excepcional de nuestro ADC de aproximación sucesiva óctuple LTC2348 y el búfering de entrada FED de alto rendimiento adicional.
En el video de producto del LTC2348, analizaremos cómo su excepcional rendimiento y su capacidad de medición de entrada arbitraria hacen que sea una excelente elección para muchas aplicaciones de alta tensión. LTC2358 comparte estas ventajas con un rendimiento prácticamente idéntico. Pero ahora, quisiera enfocarme en algunas maneras simples en las que las entradas en búfer pueden mejorar su sistema.
Muchos sensores, incluso aquellos con salidas lentas o delicadas, pueden simplemente conectarse directamente al LTC2358 sin un acondicionamiento intermedio de la señal. Cuando anteriormente, un ADC óctuple podría haber requerido almacenamiento en búfer desde cuatro amplificadores operacionales de alto voltaje dobles como este, el LTC2358 elimina estos amplificadores operacionales para ofrecer un ahorro drástico en espacio de placa y potencia. Un ejemplo de una conexión de sensor directa es el circuito simple de termistor que se muestra aquí, que produce una tensión en el ADC relacionada con la relación del termistor con el resistor fijo que se encuentra arriba.
Tenga en cuenta que conectar la parte superior del resistor a la referencia de ADC asegura una relación precisa, incluso si la referencia se desvía. Cuando seleccione un termistor, los valores de resistencia bajos tienen como resultado una mayor disipación de potencia en un termistor que puede comprometer la precisión de la medición.
Por otro lado, la precisión con un termistor de alta resistencia requiere una medición muy alta de impedancia de entrada. Aquí se destaca la entrada completamente capacitiva del LCT2358, lo que permite una buena precisión con un elemento de 20 kiloohmios. La alta frecuencia de muestra y bajo ruido del LTC2358 permiten continuar mejorando el uso de un conmutador en paralelo con un termistor.
Mientras que este conmutador está activado, no se disipa potencia en el termistor, por lo que estará a temperatura ambiente. Cuando se necesita una medición de temperatura, el conmutador se desactiva brevemente y se puede completar la medición en menos de un milisegundo, antes de que el termistor tenga tiempo para calentarse. Este diagrama muestra lo rápida y precisa que puede ser la obtención de una medida y también el creciente error de medición si la conversión continúa por 100 milisegundos. Mucho más del tiempo requerido.
Ese simple ejemplo muestra lo fácil que puede ser hacer interactuar el sensor y el LTC2358. Pero los búferes ayudan de otras formas. Nos enfocaremos en otra cosa por un momento. Las entradas almacenadas en búfer también hacen que sea fácil diseñar este sistema para que controle señales fuera de rango de forma limpia y transparente. No importa si se producen como parte de un comportamiento normal o por una condición de falla del sistema. Las señales de entrada de ADC fuera de rango pueden ocurrir por una serie de razones. A veces son evidentes, como al poner un objeto de 2 kilogramos en una pesa de 1 kilogramo, mientras que otras veces pueden producirse a causa del mal funcionamiento de sensores, suministros de energía y cableados.
Tratar de tener en cuenta estas condiciones, en el mejor de los casos, es una distracción y, en el peor, afecta el rendimiento. El LTC2358 ayuda a facilitar crear sistemas de alto rendimiento que sean sólidos ante las señales fuera de rango. Esta barra de colores muestra gráficamente cómo se debe comportar el LTC2358 con varias tensiones de entrada.
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En primer lugar, el ADC no tiene problemas cuando las tensiones de entrada análogas superan su escala completa programada. Por ejemplo, si una entrada está configurada para una operación de cero a cinco voltios, pero el sistema aplica diez voltios, o cualquier tensión hasta la diferencia del suministro de alta tensión, el convertidor simplemente informa un valor de escala completa saturado. Los resultados convertidos en otros canales siguen siendo precisos y la disipación de potencia no aumenta.
En casos más graves, las entradas pueden impulsarse más allá de los suministros de alta tensión. Por ejemplo, si un amplificador que recibe un suministro desde 40 voltios acciona el ADC, el amplificador puede tratar de accionar una entrada de 40 voltios en una condición anormal. Los diodos internos bloquean las entradas análogas a los suministros de alta tensión, por lo que simplemente es necesario limitar la corriente para evitar dañar la pieza u otros circuitos. El LTC2358 puede tolerar sin problemas que sus pines estén a más de su capacidad de suministro, con hasta 10 miliamperes. Simplemente colocar un resistor de 2 ½ kiloohmios en la serie con la entrada, puede permitir una señal de entrada con espurios llege a los 40 voltios. Las entradas de alta impedancia del ADC aseguran que esta importante resistencia no disminuya el rendimiento cuando el circuito opere normalmente. Y las tensiones de hasta 40 voltios no tienen efectos sobre la precisión de los otros canales de ADC.
Llevar las entradas bajo el suministro negativo, a -40 voltios tampoco causará daños, pero corromperá la precisión de los otros canales. Más allá de estos límites, se arriesga a causar daños a la disipación de potencia del ADC y los resistores. Es posible usar otros valores del resistor para otros rangos posibles de sobreexitación, teniendo en mente el límite de corriente de 10 miliamperios.
Por ejemplo, un resistor de 10 kiloohmios permitiría 100 voltios. Tenga en cuenta que la disipación de potencia con 100 voltios a lo largo de 10 kiloohmios es de 1 vatio. Por lo tanto, se requiere un resistor de mayor potencia, pero la solución es extremadamente simple y sólida.
Hasta ahora, les he mostrado un par de ejemplos de cómo los circuitos frente al ADC se pueden eliminar o simplificar. El LTC2358 también se puede integrar en sistemas de detección de formas más innovadoras que aprovechan su corriente de entrada extremadamente baja y una carga común amplia.
La corriente de entrada análoga se determina únicamente mediante la dispersión de unión y normalmente es menos de 10 picoamperios a temperatura ambiente. Esta corriente de entrada baja significa que el LTC2358 se puede usar con señales de corriente de nivel extremadamente bajo, lo que es normal de los fotodiodos. Un fotodiodo es un diodo sesgado inverso diseñado para conducir una cantidad menor de corriente determinada por el nivel de luz que brilla sobre el diodo. Frecuentemente, un circuito amplificador operacional de transimpedancia convierte esta señal de corriente pequeña en una tensión, pata que la tensión de salida del amplificador operativo sea proporcional a la corriente de diodos y pueda ser digitalizada por un ADC.
Ya que el fotodiodo es un diodo inverso, parece ser que una resistencia extremadamente alta, y la medición su corriente con alta precisión, necesita que todo lo que esté conectado con él tenga una corriente extremadamente baja. Por lo tanto, el amplificador operativo que se muestra normalmente debe ser un amplificador operativo de entrada FET. Desafortunadamente, la tensión de corrección de entrada de los amplificadores de corrección FET no suele ser muy buena. Esto afecta la precisión de la tensión de salida.
Sin embargo, el LTC2358 es capaz de realizar mediciones diferenciales. Por lo tanto, se puede conectar para medir la tensión a lo largo del resistor en lugar de en la salida del amplificador operativo. Esta conexión cancela el efecto de la corrección del amplificador operativo y el ruido de baja frecuencia en la medición. Es importante tener en cuenta que este circuito funciona únicamente porque el LTC2358 tiene una corriente de entrada muy baja, normalmente de solo unos pocos picoamperios a temperatura ambiente. Por esto, es razonable conectarlo directamente al fotodiodo sin interrumpir la medición. Este circuito de fotodiodo es solo un ejemplo de una amplia clase de aplicaciones en circuitos, que es posible gracias a las entradas en búfer del LTC2358.
Para nombrar unos cuantos ejemplos más, es considerablemente más fácil diseñar filtros de señales análogos y hacer interfaz con amplificadores operativos de baja potencia. Esta capacidad, en conjunto con la simple solidez de sobreexitación, la conexión directa con el sensor y el excelente rendimiento, hace que el LTC2358 sea una solución notable para una gran cantidad de sistemas multicanal. Espero haberles mostrado algunas formas de facilitar el diseño de su próximo sistema.
