Migliora il sistema con il convertitore da analogico a digitale LTC2358, ideale per le applicazioni ad alta tensione che hanno bisogno di un'ampia gamma dinamica. I convertitori da analogico a digitale di precisione sono l'interfaccia fondamentale tra i segnali del mondo reale e la potenza della moderna elaborazione digitale in applicazioni che vanno dal controllo dei processi industriali ai sistemi di misurazione e test di fascia alta. Purtroppo non è sempre facile collegare i sensori o le altre fonti di segnale a un convertitore e ottenere tutte le prestazioni dichiarate dal convertitore di dati. Spesso servono altri circuiti, in grado di offrire buffering, protezione dalla tensione o altre funzioni. Il che può essere difficile da implementare con le prestazioni richieste.
Ciao a tutti, sono Andrew Thomas, Ingegnere senior della progettazione nel Mixed Signal Group presso Linear Technology. Vorrei mostrarvi come i buffer analogici di ingresso degli amplificatori PICO integrati del nostro nuovo ADC ottuplo LTC2358 possono semplificare queste sfide. In pratica, abbiamo preso le eccellenti prestazioni e la straordinaria flessibilità del nostro ADC ottuplo di successive approssimazione LTC2348 e abbiamo aggiunto buffering di ingresso FED ad alte prestazioni.
Nel video sul prodotto LTC2348, abbiamo visto come le sue straordinarie prestazioni e la capacità di misurazione arbitraria dell'ingresso lo rendono una scelta eccellente per molte applicazioni ad alta tensione. Il LTC2358 condivide questi vantaggi con prestazioni praticamente identiche. Detto questo, vorrei concentrarmi su alcuni semplici modi in cui gli ingressi memorizzati su buffer possono migliorare il sistema.
Molti sensori, anche quelli con uscite lente o delicate, possono essere semplicemente connesse direttamente al LTC2358 senza nessun condizionamento dei segnali intermedio. Se prima un ADC ottuplo poteva richiedere il buffering da quattro amplificatori operazionali doppi ad alta tensione come questo, il LTC2358 offre un deciso risparmio nell'area e nella potenza della scheda eliminando questi amplificatori operazionali. Un esempio di questa connessione di sensori diretta è il semplice circuito del termistore qui illustrato, che produce una tensione all'ADC collegata al rapporto del termistore con il resistore fisso di cui sopra.
Va tenuto presente che collegare la parte superiore del resistore al riferimento dell'ADC assicura un rapporto accurato, anche in caso di deriva del riferimento. Se si seleziona un termistore, i valori bassi della resistenza comportano una dissipazione della potenza maggiore, che può compromettere l'accuratezza della misurazione.
D'altra parte, l'accuratezza con un termistore ad alta resistenza richiede un misurazione dell'impedenza degli ingressi molto alta. Qui risalta l'ingresso puramente capacitivo del LCT2358, che permette una buona accuratezza con un elemento da 20 kilome. L'alta frequenza di campionamento e il basso rumore del LTC2358 consentono un ulteriore miglioramento con l'utilizzo di un interruttore in parallelo con un termistore.
Quando l'interruttore è acceso, nessuna potenza viene dissipata nel termistore, quindi sarà a temperatura ambiente. Quando serve la misurazione della temperatura, l'interruttore viene spento per un breve tempo e la misurazione può così essere completata in meno di un millisecondo, prima che il termistore abbia il tempo di riscaldarsi. Questo schema mostra quanto rapidamente possa essere fatta una misurazione accurata e anche l'errore di misurazione progressivo se la conversione viene continuata per 100 millisecondi. Ben oltre il tempo richiesto.
Questo semplice esempio mostra quanto può essere facile l'interfaccia tra il sensore e il LTC2358. Ma i buffer aiutano anche in altri modi. Cambiando un po' argomento, gli ingressi memorizzati su buffer semplificano la progettazione del sistema per gestire in modo pulito e trasparente segnali fuori intervallo. Sia che sorgano come parte di un normale comportamento o di una condizione di errore di sistema. I segnali di ingresso ADC fuori intervallo possono verificarsi per una serie di motivi. A volte questi possono essere ovvi, come mettere un oggetto da 2 kilogrammi su una bilancia da un kilo, oppure possono essere il risultato di sensori, alimentatori e cavi mal funzionanti.
Contare su queste condizioni è una distrazione nel migliore dei casi; nel peggiore, compromette le prestazioni. Il LTC2358 aiuta a semplificare la creazione di sistemi ad alte prestazioni che resistono ai segnali fuori intervallo. Questa barra colorata indica graficamente come possiamo prevedere il comportamento del LTC2358 con diverse tensioni in entrata.
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In primo luogo, l'ADC non presenta difficoltà quando le tensioni in entrata analogiche superano la scala completa programmata. Ad esempio, se un ingresso è configurato per un'operatività da zero a cinque volt, ma il sistema applica dieci volt o qualsiasi tensione fino alla differenza di alimentazione ad alta tensione, il convertitore riporta semplicemente un valore di scala completa saturato. I risultati convertiti su altri canali sono comunque accurati e la dissipazione della potenza non aumenta.
In casi più estremi, gli ingressi possono essere portati oltre le alimentazioni ad alta tensione. Ad esempio, se un amplificatore da 40 volt alimenta l'ADC, potrebbe provare ad alimentare un ingresso a 40 volt, in una condizione anormale. I diodi interni bloccano le entrate analogiche alle alimentazioni ad alta tensione, perciò basta semplicemente limitare la corrente per evitare il danneggiamento della parte o degli altri circuiti. Il LTC2358 può tollerare tranquillamente pin tirati oltre l'alimentazione fino a 10 milliampere. Così, posizionando semplicemente un resistore da 2 kilom e ½ in serie con l'entrata si può fare in modo che un segnale in entrata spurio vada a 40 volt. Gli ingressi ad alta impedenza dell'ADC garantiscono che questa seria resistenza non degradi le prestazioni quando il circuito è normalmente operativo. E le tensioni fino a 40 volt non influenzano l'accuratezza sugli altri canali ADC.
Neanche tirare le entrate sotto l'alimentazione negativa, fino a meno 40 volt, causa danni ma può corrompere l'accuratezza sugli altri canali. Oltre questi limiti, la dissipazione della potenza nell'ADC e nei resistori rischia di causare danni. Altri valori del resistore possono essere usati per altri possibili intervalli di overdrive, tenendo presente il limite di corrente da 10 milliamp.
Ad esempio, un resistore da 10 kilom consentirebbe 100 volt. Da notare che la dissipazione della potenza con 100 volt in 10 kilom è pari a 1 watt. Serve quindi un resistore con potenza maggiore, ma la soluzione è comunque estremamente semplice e solida.
Finora ho illustrato un paio di esempi di come i circuiti davanti all'ADC possono essere eliminati o semplificati. Il LTC2358 può essere anche integrato nei sistemi di rilevamento in alcuni modi più innovativi, che sfruttano la sua corrente in ingresso estremamente bassa e l'ampia gamma di carico comune.
La corrente in ingresso analogica è determinata solamente dalla dispersione della giunzione e generalmente è inferiore ai 10 pico ampere a temperatura ambiente. Questa bassa corrente in ingresso significa che il LTC2358 può essere utilizzato con segnali di corrente di livello estremamente basso, come quelli dei fotodiodi. Un fotodiodo è un diodo a polarizzazione inversa, progettato per condurre una piccola quantità di corrente determinato dal livello di luce che brilla sul diodo. Questo piccolo segnale di corrente viene poi spesso convertito in una tensione da un circuito di amplificatori operazionali a transimpedenza come questo, in modo che la tensione d'uscita dell'amplificatore operazionale sia proporzionale alla corrente del diodo e possa essere digitalizzata da un ADC.
Dato che il fotodiodo è un diodo inverso, sembra che una resistenza estremamente alta e la misurazione della corrente con grande accuratezza richiedano che tutto ciò che vi sia collegato abbia una corrente in ingresso estremamente alta. Così, l'amplificatore operazionale mostrato deve essere di solito uno di tipo FET. Purtroppo, in genere la tensione di offset in entrata degli amplificatori operazionali FET non è molto buona. Il che influisce sull'accuratezza della tensione d'uscita.
Tuttavia, il LTC2358 è capace di operare misurazioni differenziali. Perciò può essere collegato per misurare la tensione nel resistore invece che all'uscita dell'amplificatore operazionale. Questa connessione cancella gli effetti dell'offset dell'amplificazione operazionale e del rumore a bassa frequenza nella misurazione. È importante notare qui che questo circuito funziona solo perché il LTC2358 ha una corrente in ingresso molto bassa, generalmente solo qualche pico ampere a temperatura ambiente. Quindi è ragionevole collegarlo direttamente al fotodiodo, senza disturbare la misurazione. Questo circuito di fotodiodi è solo un esempio della vasta gamma di applicazioni nei circuiti resi possibili dagli ingressi memorizzati su buffer del LTC2358.
Per nominare qualche altro caso, è anche notevolmente più facile progettare filtri di segnali analogici e interfacce con amplificatori operazionali a bassa potenza. Aggiungere questa funzionalità alla semplice solidità di overdrive, alla connessione diretta dei sensori e alle prestazioni di base eccezionali rende il LTC2358 una soluzione ideale per un gran numero di sistemi multicanale. Spero di avervi mostrato qualche modo utile in cui può rendere più facile la progettazione del vostro prossimo sistema.