Améliorez votre système avec le convertisseur analogique-numérique LTC2358, idéal pour les applications à tension élevées qui nécessitent une large plage dynamique. Les convertisseurs analogiques et numériques de précision sont l'interface d'activation critique entre les signaux du monde réel et la puissance du traitement numérique moderne dans des applications allant du contrôle des processus industriels aux systèmes de test et de mesure haut de gamme. Malheureusement, il n'est pas toujours facile de connecter des capteurs ou d'autres sources de signal à un convertisseur et d'obtenir toutes les performances que le convertisseur de données affiche. Des circuits supplémentaires sont souvent nécessaires, ce qui fournit une mise en mémoire tampon, une protection de tension ou d'autres fonctions. Ce qui peut être difficile à mettre en œuvre avec la performance requise.
Bonjour, je suis Andrew Thomas, un ingénieur de conception senior du Mixed Signal Group chez Linear Technology. Je voudrais vous montrer comment les tampons analogiques d'entrée picoampères intégrées de notre nouvel ADC Octal LTC2358 peuvent simplifier ces défis. Essentiellement, nous avons pris les meilleures performances et la souplesse exceptionnelle de notre ADC par approximations successives LTC2348 Octal et avons ajouté une mise en mémoire tampon d'entrée FED haute performance.
Dans la vidéo produit LTC2348, nous avons discuté de la performance exceptionnelle et de la capacité de mesure d'entrée arbitraire qui en fait un excellent choix pour de nombreuses applications haute tension. Le LTC2358 partage ces avantages avec des performances presque identiques. Maintenant, cependant, je voudrais me concentrer sur quelques façons simples dont ses entrées tampons peuvent améliorer votre système.
De nombreux capteurs, même ceux avec des sorties lentes ou précaires, peuvent simplement être connectés directement au LTC2358 sans conditionnement de signal intermédiaire. Lorsque précédemment, un ADC Octal aurait peut-être eu besoin d'un tampon à partir de quatre amplificateurs opérationnels de double tension élevée comme celui-ci, le LTC2358 offre de spectaculaires économies de surfaces de cartes et de puissance en éliminant ces amplificateurs opérationnels. Un exemple d'une telle connexion de capteur direct est le circuit de thermistance simple illustré ici, qui produit une tension à l'ADC liée au rapport de la thermistance à la résistance fixe ci-dessus.
Notez que le fait de connecter le haut de la résistance à la référence ADC assure un ratio précis, même si la référence dérive. Lors de la sélection d'une thermistance, les valeurs de faible valeur de résistance entraînent une plus grande dissipation de puissance dans une thermistance, ce qui peut compromettre la précision de la mesure.
D'autre part, la précision avec une thermistance à haute résistance requiert une mesure d'impédance d'entrée très élevée. Ici, l'entrée purement capacitive du LCT2358 brille, ce qui permet une bonne précision avec un élément de 20 kiloohms. Le taux d'échantillonnage élevé et le faible bruit du LTC2358 permettent une amélioration supplémentaire de l'utilisation d'un interrupteur en parallèle avec une thermistance.
Pendant que cet interrupteur est allumé, aucune alimentation n'est dissipée dans la thermistance, qui sera à température ambiante. Lorsqu'une mesure de température est nécessaire, l'interrupteur est brièvement éteint et la mesure peut être complétée sous une milliseconde, avant que la thermistance ait le temps de chauffer. Ce graphique montre la rapidité avec laquelle une mesure précise peut être effectuée, ainsi que l'augmentation de l'erreur de mesure si la conversion se poursuit pendant 100 millisecondes. Bien au-delà du temps requis.
Cet exemple simple montre combien il est facile de faire l'interface entre le capteur et le LTC2358. Mais les tampons aident d'autres façons aussi. Si nous regardons sous un autre angle, les entrées tampons facilitent également la conception de ce système pour traiter les signaux de dépassement de façon claire et transparente. Qu'elles apparaissent dans le cadre d'un comportement normal ou d'une condition de défaut du système. Des signaux d'entrée ADC en dépassement supérieur de la plage de mesure peuvent se produire pour plusieurs raisons. Parfois, ils sont aussi évidents que de mettre un objet de 2 kilogrammes sur une échelle de 1 kilogramme, ou ils peuvent résulter de dysfonctionnements des capteurs, des alimentations électriques et du câblage.
La justification de ces conditions est au mieux une distraction et au pire cela compromet la performance. Le LTC2358 facilite la construction de systèmes performants qui supportent les signaux en dépassement supérieur de la plage de mesure. Cette barre colorée montre graphiquement la manière dont on peut s'attendre à ce que le LTC2358 se comporte avec différentes tensions d'entrée.
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Tout d'abord, l'ADC n'a pas de difficultés lorsque les tensions d'entrée analogiques dépassent leur pleine échelle programmée. Par exemple, si une entrée est configurée pour une opération de zéro à cinq volts, mais le système applique dix volts, ou toute tension jusqu'à la différence d'alimentation haute tension, le convertisseur indique simplement une valeur saturée à grande échelle. Les résultats convertis sur d'autres canaux sont encore corrects et la dissipation de puissance n'augmente pas.
Dans des cas plus sévères, les entrées peuvent être entraînées au-delà des alimentations à haute tension. Par exemple, si un amplificateur fourni à partir de 40 volts entraîne l'ADC, cet amplificateur pourrait essayer de générer une entrée à 40 volts dans un état anormal. Des diodes internes fixent les entrées analogiques aux alimentations à haute tension, il est donc tout simplement nécessaire de limiter le courant pour éviter d'endommager la pièce ou d'autres circuits. Le LTC2358 peut tolérer des broches poussées au-delà de ses alimentations jusqu'à 10 milliampères, sans problème. Donc simplement placer une résistance de 2 ½ kiloohms en série avec l'entrée, peut permettre un signal d'entrée parasite allant jusqu'à 40 volts. Les entrées à haute impédance de l'ADC garantissent que cette sérieuse résistance ne dégrade pas les performances lorsque le circuit fonctionne normalement. Et les tensions jusqu'à 40 volts n'auront aucun effet sur la précision sur les autres canaux ADC.
Le fait de faire passer les entrées en-dessous de l'alimentation négative, jusqu'à moins 40 volts, ne causera pas non plus de dégâts, mais corrompra la précision sur d'autres canaux. Au-delà de ces limites, la dissipation de puissance dans l'ADC et les résistances risque de subir des dégâts. D'autres valeurs de résistance peuvent être utilisées pour d'autres gammes possibles de saturation, en gardant à l'esprit la limite de courant de 10 milliampères.
Par exemple, une résistance de 10 kiloohms permettrait une tension de 100 volts. Notez que la dissipation de puissance avec 100 volts sur 10 kiloohms est de 1 watt. Donc, une résistance de puissance plus élevée est requise mais la solution reste extrêmement simple et robuste.
Jusqu'à présent, j'ai montré quelques exemples de la façon dont les circuits devant l'ADC peuvent être éliminés ou simplifiés. Le LTC2358 peut également être intégré dans les systèmes de détection d'une manière plus inventive qui tire parti de son très faible courant d'entrée et de sa large plage de charge commune.
Le courant d'entrée analogique est uniquement déterminé par une fuite de jonction et est généralement inférieur à 10 picoampères à température ambiante. Ce faible courant d'entrée signifie que le LTC2358 peut être utilisé avec des signaux de courant de très faible niveau, comme cela est le cas typiquement avec les diodes photo. Une photodiode est une diode polarisée inverse conçue pour conduire une petite quantité de courant déterminée par le niveau lumineux brillant sur la diode. Ce petit signal de courant est ensuite souvent converti en une tension par un circuit d'amplification opérationnelle de transimpédance comme celui-ci, de sorte que la tension de sortie de l'amplificateur opérationnel est proportionnelle au courant de la diode et peut être numérisée par un ADC.
Étant donné que la photodiode est une diode inversée, elle ressemble à une résistance extrêmement élevée et mesurer son courant avec une grande précision exige que tout ce qui lui est connecté présente un courant d'entrée extrêmement bas. Ainsi, l'amplificateur opérationnel, doit habituellement être un amplificateur opérationnel de sortie FET. Malheureusement, la tension de décalage d'entrée des amplificateurs opérationnels FET n'est généralement pas très bonne. Ce qui affecte la précision de la tension de sortie.
Cependant, le LTC2358 est capable d'effectuer des mesures différentielles. Ainsi, il peut être connecté pour mesurer la tension à travers la résistance au lieu de la sortie de l'amplificateur opérationnel. Cette connexion annule l'effet du décalage de l'amplificateur opérationnel et du bruit de basse fréquence dans la mesure. Il est important de noter ici que ce circuit ne fonctionne que parce que le LTC2358 lui-même a un très faible courant d'entrée, généralement quelques picoampères à température ambiante. Il peut donc raisonnablement être connecté directement à la photodiode sans perturber la mesure. Ce circuit de photodiode n'est qu'un exemple d'une large gamme d'applications dans les circuits rendus possibles par les entrées amplifiées du LTC2358.
Pour ne nommer que quelques autres cas, il est également plus facile de concevoir des filtres de signaux analogiques et de s'interfacer avec des amplificateurs opérationnels de faible puissance. L'ajout de cette fonctionnalité à la simple robustesse de saturation, à la connexion directe des capteurs et aux exceptionnelles performances brutes font du LTC2358 une solution remarquable pour un grand nombre de systèmes multicanaux. J'espère vous avoir montré quelques façons de faciliter la prochaine conception de votre système.
