Z życia elektronika – #19 – Analiza WCA (Worst Case Analysis) wejścia ADC w procesorze w oparciu o pomiar prądu – parametry

Na rozgrzewkę:

Podczas projektowania elektroniki niezbędne jest wykonanie szeregu analiz, aby urządzenie było odporne na warunki pracy jak i spełniało założone wymagania. Na podstawie analiz możesz wybrać odpowiednie komponenty, aby finalnie całe urządzenie przeszło zdefiniowane testy. W obecnym wpisie podam Ci parametry jakie należy wziąć pod uwagę, a w kolejnym z tej serii przedstawię Ci krok po kroku wykonanie analizy najgorszego przypadku. Jest to analiza nierealna, oraz projekty wykonywane według niej są droższe, pomimo tego niekiedy jest wymagana. Na jej podstawie dowiemy się jaką dokładność ma wykonany przeze mnie układ pomiaru prądu, typu low side. O sposobach pomiaru prądu wspominałem w jednym ze swoich wpisów Z życia elektronika – #14 – Metody pomiaru prądu.

Zakres wpisu:

  • Schemat analizowanego układu
  • Parametry układu wpływające na dokładność pomiaru

Schemat analizowanego układu:

Parametry układu wpływające na dokładność pomiaru:

Elementy pasywne:

  • Tolerancja rezystorów pomiarowych: producent w swoich notach katalogowych definiuje znamionową wartość tolerancji oraz TCR (Temperature Coefficient of Resistance) podawany w ppm/°C. Jeśli rezystor pracuje w złych warunkach środowiskowych należy wziąć je pod uwagę definiując finalną wartość tolerancji. W moim przypadku urządzenie będzie pracowało w łagodnym środowisku, więc uwzględnię tolerancję znamionową, oraz TCR.
Wzmacniacz operacyjny:
  • Napięcie niezrównoważenia (offset voltage): opisałem ten parametr tutaj Z życia elektronika – #14 – Metody pomiaru prądu. Podczas wprowadzania błędu offset’u należy uwzględnić wpływ temperatury. W dokumentacji wzmacniaczy podawany jest finalny offset w zakresie temperatur pracy, oraz dryft temperaturowy napięcia offset’u przy zmianie temperatury o 1°C.
  • CMRR (Common Mode Rejection Ratio): czyli zdolność wzmacniacza do tłumienia składowej wspólnej dla obu wejść. Idealny wzmacniacz po dołączeniu identycznych sygnałów do wejścia odwracającego i nieodwracającego powinien wskazywać 0V. Wracając do rzeczywistości po podaniu takiego samego napięcia na wejścia, na wyjściu nie będziemy mieli 0V. Parametr ten najbardziej ma znaczenie w aplikacjach kiedy wzmacniacz pracuje różnicowo, czyli w mojej aplikacji [3].

gdzie: kud – różnicowe wzmocnienie napięciowe, kuc – wspólne wzmocnienie napięciowe

  • PSRR (Power Supply Rejection Ratio): czyli wpływ zmiany napięcia zasilania wzmacniacza operacyjnego na zmianę napięcia niezrównoważenia. Wyraża się go jako stosunek wspomnianych napięć w jednostce V/V lub dB.[4]
  • Prąd polaryzujący (bias current): polaryzuje wejście, umożliwiając prawidłową pracę wzmacniacza operacyjnego.
Źródło odniesienia:
  • Napięcie źródła odniesienia przetwornika ADC: czyli zakres napięć zasilania referencji przetwornika ADC, w moim przypadku jest to przetwornica.  W analizie uwzględnię skrajne napięcia mogące wystąpić na wyjściu mojego źródła zasilania.
Procesor:
  • Tolerancja przetwornika: parametr podawany w dokumentacji procesora w LSB (Least Significant Bit). Jest to suma błędów przetwornika, w której skład wchodzą następujące błędy: kwantyzacji, offset’u, wzmocnienia, oraz nieliniowości. Inaczej mówiąc jest to maksymalna różnica pomiędzy idealną, oczekiwaną wartością ADC, a jej wartością rzeczywistą.
  • Prąd upływu pinu ADC procesora (Leakage current): prąd upływu pinu procesora, do którego podłączony jest mierzony sygnał.

Podsumowanie:

W tym wpisie podałem Ci parametry jakie należy uwzględnić podczas analizy, w następnym wpisie z tej serii pokażę Ci krok po kroku jak wykonać obliczenia. Dla osób zapisanych na Newsletter wyślę arkusz, który wykorzystałem do zrealizowania tej serii.

[1] https://www.tme.eu/Document/ab2b817f5c1c61567bbc6fbc95325d0d/CurrentSensingCS.pdf

[2] https://pl.mouser.com/datasheet/2/389/cd00000464-1795379.pdf

[3]  https://training.ti.com/ti-precision-labs-current-sense-amplifiers

[4] http://www-old.wemif.pwr.wroc.pl/lue/pliki/cwiczenie2.pdf

[4] https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm2675.pdf?HQS=dis-mous-null-mousermode-dsf-pf-null-wwe&ts=1630347946585&ref_url=https%253A%252F%252Fcz.mouser.com%252F

[5] https://pl.mouser.com/datasheet/2/389/dm00542744-1799543.pdf

Autor artykułu
Mateusz Pluta

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *