¿Cómo digitalizar una señal de CA?

  

Necesito una precisión del 0,1% en la señal digital.

Un ADC de 8 bits tiene una resolución de 1 en 256 = 0.39%, por lo tanto, debe elegir un ADC que tenga al menos 10 bits (resolución de 0.097%). Pero la resolución no es la precisión y la precisión no se puede lograr sin una mayor resolución, por lo que debe comenzar a profundizar en las especificaciones de un ADC que pueda satisfacer sus necesidades.

Debe tener en cuenta INL, DNL, compensaciones, errores de ganancia y ruido para tener confianza en la predicción de la precisión. INL significa no linealidad integral y aquí hay una imagen para ayudarlo a comprender: -

BásicamenteesunproblemadecurvaturayacontinuaciónsemuestraDNL(nolinealidaddiferencial):-

Problemasdecompensación:-

Errordeganancia:-

Imágenesbonitasrobadasde aquí

  

¿Debo aplicar una compensación primero?

Si se trata de una señal de CA, es probable que deba aplicar un desplazamiento de CC para colocar la línea central de la señal de CA en el punto medio del rango de entrada del ADC.

  

¿En qué se diferencia el proceso de DC?

No es diferente: un valor de CC de movimiento lento debe tratarse de la misma manera que una señal de CA repetitiva.

Otro método para obtener el desplazamiento (para que su señal se centre en el rango de conversión de ADC) es utilizar un amplificador diseñado específicamente para la tarea, como AD8132 .

Este dispositivo cuenta con una entrada Vocm y compensará la señal de entrada en el nivel de CC en este pin. Es común exponer el voltaje de referencia usado por el ADC (que a menudo es el voltaje máximo que se puede convertir) y dividirlo por 2 para obtener un desplazamiento en el centro del intervalo de conversión del ADC.

Su requerimiento de precisión de 0.1% requiere una relación de señal a ruido de 60dB, por lo que el diseño será importante (siempre está en ADCs, simplemente se vuelve más y más importante con requisitos de mayor precisión).

Hay muchos factores a tener en cuenta al usar ADC para obtener el mejor fuera de ellos, y de hecho para obtener lo que necesita de ellos. Recomiendo especialmente leer la sección Número efectivo de bits (ENOB) para comprender qué puede hacer un ADC con éxito. La sección de diseño de PCB es también una fuente de excelentes consejos.

Espero que te ayude a guiarte un poco.

[Actualización] Se agregó que otros fabricantes suministran estos dispositivos.

Aunque vinculé una parte de Dispositivos analógicos, los controladores ADC (específicamente diseñados para este propósito) están disponibles en TI , Linear Tech y Maxim tiene algunos piezas de repuesto .

Hay formas de evitar la digitalización del offset de CC, llamado "pedestal" en enlace El La idea básica es (nuevamente) usar una red RC para crear un filtro de paso bajo (¡sorprendentemente!), por lo que los detalles son diferentes (que en su última pregunta). La idea básica es:

  

En este circuito, la señal no filtrada se presenta a la   Entrada no inversora del convertidor A / D y la parte de CC   de la señal se presenta a la entrada inversora de la A / D   convertidor. El convertidor A / D de 12 bits digitalizará la diferencia   Entre sus dos entradas, rechazando el DC.   parte de la señal.

  

Necesito una precisión del 0,1% en la señal digital.

Para eso necesitas al menos un ADC de 10 bits. Eso significa que puede obtener un error de cuantización a lo sumo de 1/2^n de su rango, siempre que su señal llene todo el rango de su ADC. Sin embargo, esto solo explica la resolución mínima teórica que necesita. Para requisitos reales, debe tener en cuenta el ruido, y eso depende de muchas cosas. Para comenzar, es mejor usar un filtro de paso bajo (antialiasing) de 100Hz (con más etapas, mejor). Eso debería ocuparse del ruido de alta frecuencia. Luego, debe revisar la hoja de datos del ADC para determinar la no linealidad (que generalmente se considera ruido) y otras fuentes de error internas. Luego, debe verificar la concordancia de impedancia correcta (que cuando se realiza de manera incorrecta puede aumentar el ruido). Y como se trata de una señal muy lenta, también puede intentar Overversping para obtener algunos bits adicionales del muestreo en frecuencias más altas ( software o hardware enfoques). A tasas más altas, también puede aplicar filtros digitales después del muestreo y antes de diezmar.

  

¿Cómo determinar los parámetros ADC requeridos?

Sus parámetros más importantes son la resolución, la frecuencia de muestreo, el ruido y el rango. Suponiendo que su "amplitud" significa " amplitud de pico ", necesita al menos un ADC de 10 V para muestrear. Esos no son comunes, por lo que probablemente necesitará un atenuador o alguna otra forma de reducir su señal. Recuerde que esos dispositivos generalmente agregan más ruido al sistema (al igual que los filtros) y que las resistencias también agregan ruido térmico. Como es probable que desee escalar la señal un poco más para evitar el recorte y para permitir el ruido, debe tener en cuenta cómo esto afecta su precisión (su requisito es 0.1% de la señal , no de el rango ADC ).

  

¿Debo aplicar una compensación primero?

Si su ADC es de terminación única, necesita un desplazamiento. Agregar un desplazamiento analógico a la señal también agrega su ruido, por lo que debe tener cuidado al seleccionar una referencia analógica que coincida con sus requisitos. El uso de un divisor de voltaje de la fuente de alimentación probablemente le ocasionará problemas debido al ruido (especialmente si se usa un regulador de conmutación) y la retroalimentación. Lo más probable es que desee seleccionar un ADC diferencial para muestrear señales de CA.

  

¿En qué se diferencia el proceso de DC?

No lo es. Si agrega un desplazamiento a una señal de CC y utiliza un ADC de un solo extremo, en realidad está muestreando una señal de CC, de la cual tendrá que restar el desplazamiento posteriormente. Si está utilizando un ADC diferencial, tiene casi las mismas partes internas, excepto que tendrá una referencia variable (que es parte de la señal en sí misma y generalmente evita los efectos de modo común) y la conversión permite valores negativos.