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Gestire il vostro
Spesso ai nostri applications
engineer viene chiesto quale
Analog
sia l’amplificatore migliore
per un determinato
convertitore analogico-
REGOLATORI
BUCK ZVS
digitale. Ma, come accade per
molte altre domande, la
Vicor Corporation
risposta è “dipende”.
arricchisce la
Per sapere quale sia
gamma di regolatori
l’amplificatore migliore per
Buck ZVS Picor
di BRIAN BLACK, Linear Technology
una certa applicazione si
Cool-Power con un
deve tener conto di vari
nuovo dispositivo
G
li ADC SAR sono tra i più affidabili
nel mondo dei convertitori analogico-digitali. In genere sono posizionati
tra gli ADC delta-sigma a bassa velocità e alta risoluzione e gli ADC pipeline
ad alta velocità e bassa risoluzione.
Senza latenza gli ADC SAR sono la scelta migliore, rispetto agli ADC delta-sigma e pipeline, per applicazioni con segnali multiplex, applicazioni che
richiedono una prima conversione precisa dopo un periodo di inattività arbitrario (es. ATE) e applicazioni in cui
l’ADC si trova all’interno di un loop che
richiede un feedback rapido.
Nella maggior parte dei casi l’uscita di
un sensore non può essere connessa direttamente agli ingressi di un ADC SAR.
Per ottenere le migliori prestazioni possibili in termini di SNR e distorsione
serve l’amplificatore. Gli ADC SAR campionano i loro ingressi su condensato-
elementi, tutti importanti, tra
ottimizzato a 12 V
cui l’architettura dell’ADC, la
risoluzione, la larghezza di
banda del segnale e altri dati
specifici. In questo articolo
esamineremo questi aspetti
legati al controllo
degli ADC SAR
ri interni e confrontano i valori con tensioni di riferimento in una successiva
sequenza di peso binario. Quando lo
switch del condensatore di campionamento si apre, la carica viene iniettata
sul nodo di ingresso a causa della mancata corrispondenza delle tensioni dal
condensatore di campionamento al nodo di ingresso. Tra l’amplificatore e
l’ADC viene collocato un semplice filtro
RC unipolare il cui scopo è, oltre che filtrare il rumore ad alta frequenza e le
componenti di frequenza create dall’aliasing, di contribuire ad assorbire
questa iniezione di carica. La scelta
della frequenza di taglio per questo filtro richiede molta attenzione. Si deve
impostare una frequenza abbastanza
bassa in grado di assorbire l’iniezione di
carica e filtrare il rumore, ma abbastanza alta da consentire all’amplificatore di assestarsi entro il tempo di ac-
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Elettroshop – Shields arduino
Figura 1.
LTC2379, ADC
SAR a
ingresso
differenziale a
1,8Msps, 18
bit
quisizione del convertitore di dati. Dato
che questo filtro da solo non può limitare
il rumore, è previsto anche un filtro con
frequenza di taglio inferiore sull’ingresso dell’amplificatore (v. figura 1).
mento rapido e basso rumore come
l’LT6203. Configurati come buffer a guadagno unitario, questi amplificatori forniscono ingressi ad alta impedenza al
segnale in entrata. In molti casi, però,
l’ingresso è single-ended e va convertito
in segnale differenziale, cosa facilmente realizzabile con un amplificatore come l’LT6350. Questo tipo di amplificatore ha due stadi: il primo crea una
versione non invertita ‘bufferizzata’ del
segnale di ingresso, il secondo crea
un’uscita invertita. Se il segnale in ingresso corrisponde già al range di ingresso dell’ADC, questo amplificatore
può essere usato come indicato nella
parte superiore della figura 2a, per fornire un buffer ad alta impedenza al segnale.
Per scalare e spostare il segnale in modo da adeguarlo al range di ingresso
dell’ADC, occorre procedere come il-
CONTROLLO DI ADC SAR A
INGRESSO DIFFERENZIALE
Molti degli ADC SAR ad altissime prestazioni hanno adottato ingressi differenziali per massimizzare il range dinamico su una bassa tensione di
alimentazione.
Un esempio è illustrato nella figura 1,
l’LTC2379-18 che opera con una tensione di 2,5V e un riferimento fino a 5V
per un range di ingresso differenziale
picco-picco di 10V.
Se il segnale in ingresso è già differenziale, tutto ciò che serve per isolare il
segnale e controllare l’ADC è un doppio
amplificatore operazionale ad assesta-
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Tecnoimprese fortronic
Figura 2.
Conversione da
single-ended a
differenziale con
l’LT6350
sto problema. L’amplificatore ha bisogno di un margine tra le sue tensioni
di alimentazione e le tensioni di uscita.
Per mantenere la massima precisione e
linearità, le uscite devono rientrare nei
rail di alimentazione di almeno mezzo
volt, a seconda dell’amplificatore. Il che
significa che l’amplificatore deve avere
tensioni di alimentazione più ampie rispetto al range di ingresso dell’ADC o
che l’ADC deve accettare un range di ingresso limitato dall’amplificatore. Alcuni ADC, come l’LTC2379-18, prevedono la funzione di “compressione del
guadagno digitale” che imposta internamente il fondo scala dell’ADC in modo che sia mezzo volt sia rispetto a
massa che dalla tensione di riferimento.
In questo modo l’amplificatore che usa
lustrato nella parte inferiore della figura 2b. In questo esempio, un segnale a
±10V single-ended viene convertito in
un segnale a 0-5V differenziale (R2 e
R3 spostano il segnale, R IN e R1 lo
scalano). Un aspetto che viene spesso
trascurato nei circuiti analogici di precisione è la necessità di un elevato livello di adattamento tra l’impostazione
del guadagno e i resistori di spostamento di livello. Usando resistori discreti con tolleranza 0,1% l’adattamento
imperfetto varia in base al tempo, alla
temperatura e al range di tensioni di
modo comune a un punto tale da diventare, con tutta probabilità, la fonte
primaria di errore nel circuito. L’uso di
resistori accoppiati di precisione come l’LT5400 può risolvere in parte que-
un’alimentazione singola a 5V può adattarsi al fondo scala dell’ADC.
CONTROLLO DI ADC PSEUDODIFFERENZIALI
Un altro metodo per convertire un segnale analogico single-ended in un segnale digitale consiste nel saltare del
tutto la conversione differenziale e usare un ADC pseudo-differenziale come il
nuovo LTC2369-18. Il brutto è che si
perdono fino a 6dB nel rapporto segnale-rumore a causa del ridotto range di ingresso. Inoltre le architetture differenziali
sono intrinsecamente migliori per eliminare le armoniche di ordine pari. Però vi
sono anche alcuni importanti vantaggi a
mantenere un’architettura single-ended.
I circuiti di controllo sono più semplici:
possono essere semplici come un amplificatore operazionale ad assestamento
rapido e basso rumore come l’LT6202. Il
secondo amplificatore operazionale e i
resistori non servono per creare l’ingresso invertito. Oltre a usare meno
componenti, il circuito è intrinsecamente a basso consumo e basso rumore.
Pertanto il filtro anti-alias dopo l’amplificatore può avere una frequenza di taglio
maggiore, il che consente all’amplificatore di assestarsi più facilmente entro il
tempo di conversione degli ADC e di diventare la soluzione ideale per le applicazioni in cui conversioni successive
possono variare sull’intero fondo scala,
come nel caso dei segnali multiplex.
Nuovamente si deve tener conto
dell’headroom dell’amplificatore; le ten-
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tecnoimprese
Figura 3.
LTC6360 –
l’uscita può
scendere a
0V con
alimentazione
singola
sioni di alimentazione devono andare
abbastanza oltre lo swing dell’uscita
dell’amplificatore in modo da poter controllare il segnale senza distorsioni. Nella maggior parte dei casi significa fornire un rail negativo all’amplificatore.
Un’altra soluzione può consistere nell’usare un prodotto come l’LTC6360.
Questo nuovo amplificatore (figura 3),
ottimizzato per il controllo di ADC SAR,
è dotato di una pompa di carica integrata a rumore bassissimo che genera un
suo rail negativo interno. Questo consente all’uscita di scendere fino a massa, e anche oltre, con una sola alimentazione positiva. L’LTC6360 mantiene la
massima precisione (250µV offset,
2,3nV/√Hz rumore) con assestamento
rapido (16 bit in 150ns).
CONCLUSIONI
Per controllare gli ADC SAR si possono
utilizzare diverse topologie di amplificatore. La scelta dipende dal segnale di
ingresso, dall’architettura di ingresso
dell’ADC e da alcuni dati relativi all’applicazione, ad esempio se il segnale di
ingresso è multiplexato. Tra i trade-off
citiamo potenza, complessità, prestazioni e velocità (velocità di conversione
e tempo di assestamento).
Codice MIP 2836402
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