Особенности применения высокочастотных АЦП - Электроника: Наука, Технология, Бизнес 1/2008.
Особенности применения высокочастотных АЦП
По мере развития технологии производства микросхем увеличивается частота дискретизации и разрядность АЦП. Производители АЦП, используя современные технологии, постоянно работают над улучшением статических и динамических характеристик своих изделий. Соответственно повышают требования и к разработкам высокочастотных устройств. Каким характеристикам необходимо уделить особое внимание для получения наиболее приемлемых параметров разрабатываемого на основе АЦП устройства? В данной статье рассмотрим подробно влияние источника тактовой частоты.
В последнее время многие производители АЦП представили новые семейства микросхем с очень высокими характеристиками. С ростом частоты дискретизации динамические характеристики многих АЦП остаются высокими на частотах входного сигнала, близких к максимальной частоте дискретизации, поскольку число эффективных разрядов (ЧЭР) довольно быстро снижалось с ростом входной частоты. Сейчас ситуация меняется.
В технических описаниях микросхем АЦП производители указывают характеристики, полученные с помощью тестовой платы, на которой установлены только те элементы, которые необходимы для тестирования АЦП. При решении реальных задач ситуация другая. Разработчику, как правило, самому приходится проектировать тактовый генератор. Зачастую на входе АЦП не обойтись без усилителей, аттенюаторов, мультиплексоров и фильтров. В непосредственной близости с АЦП могут оказаться многочисленные ПЛИС, процессоры, память и т.п., что приводит к ухудшению результата измерений. По этому для достижения в разрабатываемой системе характеристик, завяленных производителем АЦП, необходима долгая и кропотливая работа по выбору элементарной базы и проектированию печатной платы.
Одним из основных факторов, влияющих на точность измерения амплитуды, - нестабильность частоты тактового сигнала. Очевидно, что со ростом скорости нарастания входного сигнала эта зависимость будет заметней. Нестабильность моментов формирования цифровых отсчетов АЦП — джиттер (jitter – дрожание), вносит большой вклад в ухудшение отношения сигнал/шум (С/Ш) и тем самым уменьшает эффективную разрядность самого ПЦП.
Вклад во временную нестабильность тактового сигнала вносит не только внутренний джиттер АЦП, но и микросхемы, и элементы внешних цепей, расположенных на плате.
Стремясь повысить частоту дискретизации наиболее доступным и дешевым способом, многие производители цифровых запоминающих осциллографов и плат сбора данных увеличивают частоту дискретизации, защелкивая входной сигнал попеременно двумя различными АЦП. Однако в этом случае следует учитывать некоторые особенности оцифровки сигнала. Прежде всего, статические характеристики АЦП должны быть идентичными. Для обеспечения долговременной стабильности следует предусмотреть режим калибровки статических характеристик каждого канала. Но даже при соблюдении всех этих требований добиться такого же результата, как в случае с одним АЦП, на высокой частоте выходного сигнала крайне сложно из-за неидентичности амплитудно-частотных характеристик разных каналов.
Таким образом, при выборе высокочастотного АЦП необходимо знать, в каокй полосе частот входного сигнала будет работать конечный прибор, созданный на базе этой микросхемы. Нужно определить минимальный динамический диапазон, который будет достаточен для решения проставленной задачи, подобрать элементную базу с учетом требуемого функционала, габаритов, энергопотребления и возможностей проектирования и изготовления печатной платы.
