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便携电子运算拓展器的合理选用

2017-09-28 12:02分类:电工考证知识 阅读:

 


  图1:运用多个运算拓展器削减输出噪音。
  移动电话主板包含不一样的元件,如运算拓展器、音频拓展器及前置拓展器、数据改换器和ASIC等。挑选运算拓展器之前,计划师有必要思考封装选项,以及更小的封装是不是会使功用下降。虽然在便携商品范畴小型封装很受期待,但小型封装或许会给计划师带来费事和疑问。选用塑料封装办法的运算拓展器,比方SC70,一般不能到达与SOIC或MSOP封装对应商品一样的功用。微型芯片级封装(CSP)(这本质上是裸片),露出于光线下,输入偏流或许发作数百量级的偏移。该封装办法也简略在拼装时期发作决裂。
  哪些参数最首要
  在电池供电的运用范畴—分外是PDA和移动电话,因为电池电压会跟着搅扰而下降,因而应挑选PSRR功用好(~80dB)的运算拓展器。此外,要留意高增益配备,这是因为耦合到运放中的噪声将致使噪声电平添加。电阻器的挑选也非常要害,更大的阻值会发作更高的噪声。计划师能够运用4预算约翰逊噪声(Johnson noise)或电阻噪声,这儿R的单位是K欧姆,因而十0K欧姆电阻发作大概40nV噪声!
  假如运用多个运算拓展器,削减噪声的一个办法是选用图1所示的计划。该办法能够按因子削减输出噪声,这儿n是运用的拓展器数量。关于LMV651而言,输出噪声将削减到大概12nV/。此外计划师有必要思考束缚带宽以使噪声最小:计划师能够将一个小电容与反响电阻并联运用,借此下降噪声。
  运算拓展器的挑选也取决于其它的器材。计划师面临的一个遍及应战是为模数改换器(ADC)挑选适宜的运算拓展器。虽然商场上有许多类型的数据改换器,可是运算拓展器和模数改换器之间的匹配规矩却不一样,计划师在做出挑选之前有必要细心思考某些原则。


  图2:在运算拓展器输出端选用简略的低通滤波器。


  大致阅读两种器材的数据手册将供应有用的信息,但这还不行。首要,挑选供电电压一样的运算拓展器和模数改换器。然后挑选THD+N小的运算拓展器。假如不能查找到失真数据,就检查输出阻抗:输出阻抗小的运算拓展器一般意味着更小的THD。速度是别的一个有必要思考的参数,虽然更快的运算拓展器速度用起来很舒畅,但有必要思考一些折衷要素,比方更高的功率和偶然的不安稳。
  依据挑选的ADC,计划师应挑选最少为ADC取样率50倍速度的拓展器。改换速率也或许是一个束缚要素,计划师能够依据2fVp进行核算,这儿f是输入信号频率,Vp是最大输出摆幅。例如,频率为400kHz的十0mV输入信号(增益为十)请求拓展器的改换速率最少为2.5V/μs。
  一旦断定了这些底子参数,计划师有必要思考安稳时刻,该参数或许会发作误导。大大都制造厂商规矩运算拓展器的安稳时刻在特定输入电压的0.1%或0.01%计划内。假如计划请求更高的精度,例如16位,那么就需求满量程0.0015%计划的参数。处理该疑问的一个办法是运用下面的公式,依据模数改换器的精度来估量运算拓展器的安稳时刻:


  这儿,N是位数,f是拓展器的开环带宽。
  例如增益为十的运算拓展器,如LMV651,准确度为12位时,安稳时刻大概为1.4μs;精度为16位时,安稳时刻是1.65μs。该公式仅仅一个近似算式,没有思考到杂散电容、主板电感或模数改换器的输入电容,这些要素都将影响安稳时刻。
  做出终究的挑选之前,最首要的的方针之一是运算拓展器的噪声,噪声较高的拓展器会下降模数改换器的精度,给体系带来显着过失。初步核算电路总输出噪声之前(这或许是一项非常冗长庸俗的作业),最佳先估量一下。这么计划师就知道是不是应持续运用所选的拓展器。该估量触及到运算拓展器在有关带宽上的归纳电压噪声和运放配备的增益。咱们能够将该公式表述为:


  这儿,NG是噪声增益,en是运算拓展器的电压噪声,BW是闭环带宽。
  在图2的电路中,在输出端选用简略的低通滤波器。在该例中,输出噪声是在该滤波器带宽(按1/2πRC核算)下的归纳噪声。假如选用二阶滤波器,带宽要乘以系数1.05。
  运用上述公式和LMV651电压噪声密度(17nV/),图2电路在十0kHz带宽(滤波器带宽)下的总输出RMS噪声是53.7V。一旦预算出总输出噪声,计划师能够运用下面的公式核算运算拓展器的信噪比(SNR):


  这儿,VFS是满量程电压计划,Eout是上文核算的运算拓展器噪声。例如,2.5V信号发作的信噪比是86.4dB。
  然后,计划师应依据下面的公式核算拓展器和模数改换器的总SNR:


  ADC121S021的SNR是72.3dB,当ADC121S021与LMV651调配时,总SNR是72.1dB。疏忽谐波,计划师能够将该SNR改换为等效的比特数:ENOB=(SNR-1.76)/6.02,然后依据等价比特数断定只丢失了大概0.3dB,这恰当于0.03%总精度过失。
  因为噪声是特定带宽下的归纳噪声,显着噪声也与带宽成份额。换言之,减缩带宽将削减噪声;拓展带宽将添加噪声。假如决议挑选更高带宽的滤波器,计划师应思考挑选更低噪声的拓展器。例如,图2电路中的十MHz滤波器发作缺少71dB的总SNR,致使0.5比特丢失。但将LMV791(5.8nV/)与一样的滤波器调配运用时,SNR进步到72dB以上。计划师只需简略的挑选更低噪声的运算拓展器就能够进步体系的精度。但有必要思考与此有关的各种折衷要素,例如功耗和封装尺度。
  待思考的其它规范方针
  至此,咱们谈论了为计划挑选器材的底子原则和规矩,但还有其它的一些要素有待思考。例如,关于请求更高精度的运用,DC方针(比方输入偏移电压和漂移)或许非常首要。

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