24 bit adc para leer +/- 10V señal de entrada analógica

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Necesito leer los datos de un sensor que dan salida analógica (el rango es de + 10V a -10V) y convertirlos a formato digital usando ADC de 24 bits y luego almacenarlos en una tarjeta de memoria. Tengo algo de experiencia con el microcontrolador PIC y Arduino. ¿Es lo suficientemente bueno elegir uno de estos o ir a otras plataformas para minimizar el ruido? Guíeme, por favor, cuáles son los factores que se deben tener en cuenta al elegir el controlador ADC en el diseño de mi aplicación. Solo dudo si es posible o no leer una resolución de al menos 18 bits con un ADC externo y un combo arduino.

Especificaciones del sensor:

  • Rango de frecuencia DC ..... 3 kHz DC - 30 segundos
  • ruido del sensor < 0.006 nT √Hz @ 1Hz
  • Sensibilidad de salida 0.143 mV / nT
  • Error de ortogonalidad < 0.5 °
  • Rango de voltaje de salida ± 10V
  • Rango de medición ± 70,000 nT
  • Coeficiente de temperatura de compensación ± 0.1 nT / ° C
  • error de desplazamiento ± 5 nT
  • Tensión de alimentación ± 12V a ± 15V estabilizada y filtrada
  • Suministro de corriente + 26mA, -6mA (+ 1.4mA por 100μT)
pregunta Shrikant

2 respuestas

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Aquí hay un análisis, usando interferencias HFI, EFI, PSI y GPI. Estos son el campo Magnético , que induce la basura determinista en el bucle de la traza de señal sobre el plano; campo eléctrico que induce corrientes de desplazamiento en la impedancia de los nodos del circuito; Alimentación suministra rizado / ruido de conmutación / timbre LC donde el circuito / ADC PSRR es inadecuado; Ruido de tierra , donde se calculan ground_impedance * ground_currents. El total de estos 4 interferers es de 14 milivoltios.

Configuré la herramienta --- Signal Chain Explorer --- para 20 voltios de PP en el ADC; editó las especificaciones de muestreo maestro para 18 bits y frecuencia de muestreo de 10 KHz; la retención interna de muestras del ADC es de 50 ohmios y 48 pF valores predeterminados. Muchas de estas especificaciones se pueden editar.

La SNR resultante sin interferencias es de 109 dB.

La SNR resultante con interferers (agregué interferers adicionales de las tablas de Gargoyle, para ser realistas en un sistema Arduino), es solo de 54 dB.

Conclusión: la construcción a ciegas de tal sistema producirá una medición de 9 bits con 9 bits adicionales de ruido determinista.

Aquí,acontinuación,semuestranlosresultadosdelainyeccióndelos4tiposdeinterferencias,conlarespuestadefrecuenciadelsistemautilizadaparamodelarlabasuradeterministaalteradaalaExtensióndelCódigo(elpisoderuidoolaSNR).TengaencuentaqueelcampomagnéticodelrelojMCUdemasiadocercaeselmayorproblema.

AquíestálatablaHFI(campomagnético);elSwitchRegde10MHzestáactivopordefecto;Puedesapagarlo.Puedeeditarcualquieradelosparámetros,incluidalaDistancia,paraexplorarquétancercaoquétanlejossepuedencolocaralgunosgeneradoresdecampoyaúnasíalcanzarsusmetasdeSNR.

AquíestálatablaEFI(campoeléctrico);

¿Qué puede hacer para reducir considerablemente el nivel de ruido determinista de los 4 tipos de interferencias? (Tenga en cuenta que el piso de ruido térmico, con las fuentes KT solo son el sensor 50 ohms y el ADC 50 ohms ---- ambos editables ---- solo contribuyen con 9 microVolts RMS en el ancho de banda del sistema; si desea 20 bits, es necesario reducir este 9uV; pero primero vamos a mejorar los 14 milivoltios de basura determinista existentes.

El problema principal es la ubicación demasiado cercana de las fuentes de alimentación de conmutación y de las líneas MicroController CLock / IO.

La potencia de conmutación está a solo 10 milímetros de distancia, con una frecuencia de conmutación supuesta y dI / dT. Aleja eso y protégelo.

¿Qué tan preciso es el número HFI? Utilizamos un área de bucle, definida por la longitud de la traza y la traza altura-arriba-gnd (ambas editables); indicamos la distancia de cable a bucle; declaramos el dI / dT en el cable; asumimos el peor de los casos (voltaje máximo inducido).

El reloj MCU / línea IO está a 1 milímetro de la traza de entrada del ADC; ¿quién estaría tan abarrotado para el área de PCB que enrutaría un seguimiento de reloj / datos de alta velocidad de giro a solo 1 mm de un rastreo analógico de 18 bits (o 24 bits)?

¿Qué tan preciso es el número EFI? Asumimos el acoplamiento de placas paralelas en ausencia de cualquier otra geometría mecánica. Conocemos la tasa de variación y el simulador integrado de Signal Chain Explore calcula la impedancia del nodo.

    
respondido por el analogsystemsrf
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Usted preguntó si se pueden lograr 24 bits a un ancho de banda de 3KHz. Examine el ruido del sensor y la sensibilidad de salida como una sola especificación, simplemente multiplicando esos números:

0.006 nT RtHz * 0.145 mV / nT == 0.00087 miliVolts de ruido por RtHz

o 0,87 microVolts RMS por ancho de banda de RtHz

• Rango de frecuencia DC ..... 3 kHz DC - 30 seg

• Sensor de ruido < 0.006 nT √Hz @ 1Hz

• Sensibilidad de salida 0.143 mV / nT

¿Qué sucede en un ancho de banda de 3.000 Hertz? Asumiendo comportamientos de ruido no 1 / Freq (rosa), lo que significa que la energía de ruido es constante sobre la frecuencia, la potencia de ruido aumenta linealmente con el ancho de banda, y el ruido VOLTAJE aumenta con la raíz cuadrada del ancho de banda, por lo tanto

Vnoise = 0.87uV / RTHz * sqrt (3,000) = 0.87 * 55 == 48 microVolts RMS

Comparando 48 microVolts RMS a 20voltPP rango, tendrás aproximadamente 18 o 19 bits, EN ANCHO COMPLETO.

Reducir severamente el ancho de banda, por ejemplo a DC - 30 Hertz, causa 10: 1 menos voltaje de ruido y 100: 1 menos potencia de ruido.

Por lo tanto, en DC - 30Hz, espere 4.8 microVolts RMS, o aproximadamente 22 bits.

Volveré más tarde y configuraré Signal Chain Explorer para ADC de 22 bits y ancho de banda de 30Hz. Insertaré el filtro de paso bajo RC (1 polo) para eliminar el ancho de banda.

Use los 'comentarios' para sugerir cualquier fuente de interferencia preferida (la parte superior derecha de la pantalla principal de SCE tiene botones para habilitar / deshabilitar uno / todos los Gargoyles).

    
respondido por el analogsystemsrf

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