Jste zde

Spínaný zdroj a rušení A/D převodníku. Skutečně ovlivní přesnost měření?

Inženýři se většinou domnívají, že spínaný zdroj může zhoršit vlastnosti A/D převodníku, proto před ním obvykle preferují lineární stabilizátor LDO s nízkým úbytkem napětí. Tato představa však není zcela správná.
LDO stabilizátory sice mají menší zvlnění a šum, ale současné studie ukazují, že účinné spínané zdroje mohou být v některých A/D konstrukcích přesto použity a to za předpokladu, že návrhář rozumí topologii, využívá praktických zkušeností a dbá na nutnou prevenci.

Nejprve si vyberte převodník a teprve pak zvolte správný spínaný zdroj. Ne každý se vám však bude hodit. V katalogu vyhledejte šum, zvlnění zdroje a jeho spínací frekvenci. Typický zdroj může mít v pásmu 100 kHz šum okolo 10 μVrms. Za předpokladu bílého šumu je to ekvivalent k šumové hustotě 31,6 nVrms/√Hz ve frekvenčním pásmu, které nás zajímá.

Poté zkontrolujte, jaké je u převodníku potlačení šumu napájecího napětí (Power Supply Rejection, PSR), abyste zjistili, kde bude výkonnost převodníku kvůli šumu napájení nižší. Typická hodnota vysokorychlostních převodníků pro první Nyquistovu zónu činí 60 dB (1 mV/V).

Při použití 16bitového ADC se vstupním rozsahem 2 Vpp, potlačením šumu (SNR) 78 dB a vzorkováním 125 MSPS je šumový práh 11,26 nVrms. Šum z jakéhokoliv zdroje musí být proto menší, aby ho převodník nezaregistroval. V první Nyquistově zóně Fs/2 bude šum převodníku 89,02 μVrms (11,26 nVrms/√Hz x √(125 MHz/2)). I když bude šum zdroje 31,6 nVrms/√Hz více než dvojnásobný než u převodníku, nezapomeňte započítat potlačení šumu převodníku 60 dB, což potlačí šum zdroje na 31,6 pVrms/√Hz (31,6 nVrms/√Hz x 1 mV/V). Tento šum je mnohem menší než prahová úroveň šumu převodníku, takže šum zdroje jeho vlastnosti neznehodnotí.

Důležitá bude rovněž filtrace napájení, zemnění a rozvržení součástek. Přidáním kondenzátorů 0,1 μF k napájecím pinům ADC se šum zredukuje ještě níže než při zmíněném výpočtu. Jednoduchý LC filtr na výstupu napájecího zdroje by také fungoval, ale kaskádový filtr potlačí šum zdroje ještě více. Pamatujte, že na každém přidaném stupni se získá přibližně 20 dB na dekádu. Napájení těsně u zemní vrstvy (vzdálenost < 4 mil) může zase z podstaty věci zajistit na desce plošných spojů vf oddělení. Klíčové bude též vhodné fyzické rozmístění součástek, při kterém oddělíte citlivé analogové obvody od spínaných prvků.

V případě dalších dotazů nebo požadavků na pomoc s danou konstrukcí kontaktujte společnost Amtek (http://www.amtek.cz/, zdroj, viz také Will a switching power supply (dc-to-dc converter) really degrade the A/D converter's performance?).
 
Hodnocení článku: