Đối với một ứng dụng tín hiệu hỗn hợp có độ chính xác trung bình, tốc độ mẫu thấp như của bạn, các vấn đề chính mà bạn gặp phải là có một tham chiếu đủ chính xác và giữ nhiễu chuyển đổi kỹ thuật số ra khỏi ADC của bạn. Có một số bước để làm điều này, bắt đầu ở giai đoạn thiết kế và tiếp tục thông qua bố trí bảng.
Trong quá trình thiết kế mạch
Đầu tiên, ở giai đoạn thiết kế, phải cung cấp một tham chiếu thích hợp, tách riêng chính xác và ổ đĩa tín hiệu trở kháng thấp cho ADC để chuyển đổi chính xác xảy ra. Ngoài ra, tín hiệu phải được lọc (lọc thông thấp trong ứng dụng thiết bị đo như của bạn) để ngăn ADC chuyển đổi tần số cao hơn một cách hiệu quả sang băng tần cơ sở (ứng dụng RF có thể sử dụng bộ lọc băng thông ADC + chậm để chuyển đổi tín hiệu xuống Nyquist trên một máy trộn chuyên dụng và LO).
Ổn định tài liệu tham khảo của bạn
Các tham chiếu bao gồm từ tầm thường và thảm hại (Zener rời rạc, tốt đến ồ, 4 bit) đến điên rồ (IC Zenated lò nướng, được sử dụng trong các ứng dụng thiết bị hiệu suất cao) - và các thông số kỹ thuật thường không rõ ràng, các đơn vị trộn trong những cách gây nhiễu người mới. Biểu đồ trong LTC AN82 là một thuốc giải độc hữu ích cho điều này - được cung cấp cho ứng dụng của bạn, trong đó ADC của bạn là đơn vị 12 bit có khả năng 11+ ENOB được cung cấp tham chiếu ổn định và nguồn cung cấp 5V, tôi sẽ chỉ định tham chiếu chính xác đến 0,02% hoặc tốt hơn trong phạm vi nhiệt độ quan tâm và tiếng ồn RMS không phải là vấn đề đáng lo ngại vì nó có độ lớn nhỏ hơn so với thông số chính xác của bạn.
Thật không may, độ chính xác ban đầu 0,02% mà không cần cắt xén là về nơi mọi thứ bắt đầu trở nên khá ... khó khăn. Sử dụng tham chiếu 4.096V cho rằng hiệu suất ENOB mong muốn có nghĩa là tôi muốn chạy ADC trên nguồn cung cấp 5V yên tĩnh với trình dịch mức logic sang 3.3VI / O của Pi và 4.096V mang đến cho bạn sự tiện dụng, đẹp mắt Mối quan hệ 1mV / đếm, chúng tôi giới hạn ở ADR4540 , X60003 , MAX6126AASA hoặc có lẽ là LTC6655Bmặc dù phần cuối cùng cắt nó lại vì nó có độ chính xác ban đầu 0,025%. Mặc dù tempco và độ trễ không phải là vấn đề đáng lo ngại vì đây là ứng dụng băng ghế dự đoán, và quy định về tải và dòng không phải là vấn đề lớn vì điều này được cung cấp từ nguồn cung cấp 5V được điều tiết giống như ADC và chỉ điều khiển pin Vref của ADC, trôi dạt dài hạn cũng là một mối quan tâm ở đây do thiếu trang trí - vì điều này, ADR4540 và MAX6126AASA là những người chiến thắng rõ ràng ở mức 25ppm / root-khr và 20ppm / root-khr, tương ứng - với tỷ lệ 10-1 cần thiết để xem xét trôi dạt dài hạn không đáng kể. (Hai phần còn lại có độ trôi dài khoảng 50-60ppm / root-khr điển hình.)
Tách mọi thứ
Bảng dữ liệu MCP3208 đề xuất một tụ điện tối thiểu 1 để dùng để tách rời, được kết nối từ Vdd với hệ thống mặt đất - AGND và DGND cũng nên được gắn lại vào cùng hệ thống mặt đất. Nên sử dụng một decoupler khối lượng lớn bằng gốm hoặc polymer 10 tantal / polymer trên bảng ray 5V.
Trên hết, tham chiếu nên được tách rời theo biểu dữ liệu - đây thường là 100nF trên đầu ra với 100nF trên đầu vào ngoài bất kỳ điện dung tách rời hàng loạt nào, nhưng LTC6655 yêu cầu tụ điện đầu ra lớn hơn nhiều (sử dụng cùng một P / N là bộ giải mã số lượng lớn hoạt động) và X60003 rất kén chọn theo hướng ngược lại do thiết kế công suất thấp.
Ổ đĩa đầu vào / bộ đệm / lọc
Điều này, rất may, không khó - độ chính xác 0,02% chuyển thành 800 bùV tối đa và tôi có thể nhận được một vài đơn đặt hàng có cường độ tốt hơn so với GBW trong dải MHz trong khi chạy trên nguồn cung cấp 5V duy nhất có sẵn bằng 0 bộ khuếch đại cắt tỉa và nội bộ. Các AD8630 cung cấp một-tiếng ồn thấp auto-zero tùy chọn, trong khi nhanh chóng trong nội bộ tỉa amps thấp bù đắp bao gồm OPA4350 và OPA4192 . Dù bằng cách nào, bộ lọc khử răng cưa Sallen và Key low-pass hai cực từ biểu dữ liệu MCP3208 có thể được sử dụng, với tần số góc được đặt ở khoảng 5kHz hoặc hơn - các thiết kế bộ lọc khác cũng có thể hoạt động.
Cung cấp điện và giao diện kỹ thuật số
Đặc điểm kỹ thuật ENOB (số bit hiệu quả) của MCP3208 phụ thuộc vào nguồn cung - nó hoạt động tốt hơn với nguồn cung cấp 5V so với nguồn 2.7-3.3V; nó cũng phải chạy hết 5V để sử dụng tham chiếu 4.096V. Điều này đặt ra vấn đề là Pi sử dụng logic 3,3V và không chịu được 5V, yêu cầu IC dịch mức logic như TXB0104 - bên A đi đến Pi trong khi bên B đi đến ADC.
Ngoài ra, nguồn cung cấp 5V phải sạch một cách hợp lý - nên sử dụng bộ điều chỉnh tuyến tính để tạo ra nó trên tàu từ điện áp cung cấp cao hơn. Nếu không có điện áp cung cấp cao hơn trong ứng dụng, có thể sử dụng đường ray 5V hiện có với điều kiện mạng tách rời LC được sử dụng để giữ một lượng lớn nhiễu kỹ thuật số khỏi đường ray cung cấp ADC và op amp.
Thời gian bố trí
Có hai chìa khóa để bố trí tín hiệu hỗn hợp hiệu quả: phân vùng và bố trí cung cấp / trả lại . Tôi sẽ lần lượt chạm vào những người đó.
Đầu tiên, tôi sẽ chia bố cục bảng gọn gàng thành hai bên - một mặt kỹ thuật số và một mặt tương tự. Tất cả các dấu vết kỹ thuật số (giao diện SPI, trong trường hợp MCP3208 bạn đang sử dụng) đi về phía kỹ thuật số của bảng - bên này của bảng cũng chứa chip dịch mức logic và đầu nối I / O cho Pi. Mặt tương tự của bảng chứa tất cả các dấu vết và mạch tương tự - tham chiếu điện áp ở đây, và các bộ lọc đầu vào, bảo vệ đầu vào và các đầu nối đầu vào tương tự cũng vậy. ADC (và bộ lọc cuộn cảm nếu bạn đang sử dụng 5V từ Pi) là thành phần duy nhất thu hẹp khoảng cách này - trên thực tế,
Lưu ý, cũng có thể, rằng tất cả những phần tôi liên kết có sẵn trong gói sân SMT thô - một bố cục đơn mặt với mặt sau là một chiếc máy bay GND liên tục được đánh giá cao đề nghị nếu một bảng hai mặt là được sử dụng ở đây. Nếu chi phí không phải là một sự phản đối, một bảng bốn lớp sẽ cung cấp một mặt phẳng Vdd tương tự liên tục ngoài mặt phẳng mặt đất, cũng như chỗ cho một "vũng điện" cho phía logic 3,3V của IC dịch mức logic. Tuy nhiên, không cần phải phân tách mặt phẳng mặt đất trong ứng dụng này - việc định tuyến chính xác các dấu vết tín hiệu sẽ giữ cho dòng trở về nơi chúng thuộc về .