วิธีสร้างสมดุลในโซลูชันการทดสอบและการวัดผลระหว่างเวลาแฝง แบนด์วิดท์ และสมรรถนะอย่างมีประสิทธิภาพ

ผู้ออกแบบโซลูชันการทดสอบและการวัด เช่น แท่นทดสอบยานยนต์ และระบบย่อยของการจำลองฮาร์ดแวร์แบบวนซ้ำ (HIL) กำลังเผชิญกับความท้าทายมากขึ้นในการค้นหาความสมดุลที่เหมาะสมและมีประสิทธิภาพสูงโดยมีเวลาแฝงต่ำและแบนด์วิธที่กว้างขึ้น ในขณะเดียวกัน พวกเขาต้องการความยืดหยุ่นและความสามารถในการกำหนดค่าใหม่เพื่อรองรับความต้องการของระบบที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วและเพื่อรองรับการใช้งานที่หลากหลาย

ปกติแล้วการปฏิบัติตามข้อกำหนดเหล่านี้ต้องใช้เวลาและความพยายามอย่างมากในการออกแบบ/แก้ไขจุดบกพร่อง ในขณะที่รักษาประสิทธิภาพ AC และ DC ที่แม่นยำเมื่ออัตราตัวอย่างเพิ่มขึ้น ความพยายามนี้เพิ่มขึ้นด้วยการออกแบบใหม่เมื่อเปลี่ยนส่วนประกอบเพื่อรองรับการเปลี่ยนแปลงของแท่นทดสอบและวัตถุประสงค์ของเครื่องมือวัด

ทางเลือกที่ดีกว่าคือแนวทางแพลตฟอร์มที่ใช้อุปกรณ์ที่ตั้งโปรแกรมได้ กำหนดค่าใหม่ได้ และใช้ซ้ำได้ ชิ้นส่วน "จุดยึด" เหล่านี้สร้างบรรทัดฐานของประสิทธิภาพที่สามารถนำมาใช้และนำกลับมาใช้ใหม่ในรูปแบบต่าง ๆ ของการใช้งานแบบเดียวหรือแม้แต่การใช้งานที่แตกต่างกัน

บทความนี้แนะนำตัวแปลงสัญญาณดิจิตอลเป็นอนาล็อก (DAC) AD3552R ของ Analog Devices เป็นตัวอย่างของวิธีการที่ส่วนประกอบที่ตั้งโปรแกรมได้สามารถบรรลุวัตถุประสงค์ของนักออกแบบในการสร้างแพลตฟอร์มสายสัญญาณที่ปรับขนาดได้ ปรับแต่งได้ง่าย และปรับใหม่ได้ จะกล่าวถึงบอร์ดประเมินผลและส่วนสนับสนุน LTspice เพื่อช่วยให้นักออกแบบเริ่มต้นได้ และจะแนะนำตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิทัล (ADC) ADQ23878 ในตัว ซึ่งเมื่อใช้ร่วมกับ AD3552R สามารถสร้างส่วนยึดที่สำคัญและเสริมกันสองส่วนสำหรับแนวทางแบบอิงแพลตฟอร์ม

การผสานรวมและความสามารถในการตั้งโปรแกรมทำให้การออกแบบง่ายขึ้น

เมื่อความต้องการของระบบทดสอบเปลี่ยนไป เทคนิคแบบดั้งเดิมและประสบความสำเร็จที่ถูกนำมาใช้เพื่อเพิ่มความแม่นยำและลดข้อผิดพลาดให้เหลือน้อยที่สุด แม้ว่าจะมีต้นทุนการออกแบบและส่วนประกอบเพิ่มขึ้น:

• การเลือกส่วนประกอบที่ "ดีกว่า" เช่น ตัวต้านทานที่มีเกณฑ์ความคลาดเคลื่อนที่น้อยกว่าหรือค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิที่ต่ำกว่า เพื่อให้เหมาะสมกับประสิทธิภาพเริ่มต้นตามเวลาและอุณหภูมิ
• การใช้โทโพโลยีที่สนับสนุนการยกเลิกข้อผิดพลาดที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ด้วยตนเองในวงกว้าง เช่น ตัวต้านทานและวงจรดิฟเฟอเรนเชียลที่ตรงกัน หรือบริดจ์วีทสโตนแบบคลาสสิก
• การสอบเทียบเริ่มต้นและต่อเนื่องผ่านการใช้ส่วนประกอบ "ชั้นยอด" เช่น แรงดันอ้างอิงไฟฟ้าที่แม่นยำซึ่งสามารถเปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้าหลักอื่น ๆ ทั้งหมดได้

ความสำเร็จในการใช้เทคนิคเหล่านี้กลายเป็นเรื่องท้าทายมากขึ้นสำหรับผู้ออกแบบระบบทดสอบ เมื่อการใช้งานต้องการอัตราการอัปเดตสูงสำหรับ ADC และ DAC

เพื่อขจัดความท้าทายเหล่านี้ วิธีการที่อิงตามแพลตฟอร์มที่ตั้งโปรแกรมได้จะเสนอทางเลือกที่ดีกว่าโดยการลดหรือขจัดความจำเป็นในการออกแบบ "ตั้งแต่ต้น" สำหรับโครงการเริ่มต้น และเมื่อข้อกำหนดมีการเปลี่ยนแปลง แนวทางนี้ยังช่วยให้มั่นใจถึงแนวทางที่สอดคล้องกันในการประเมินและจำลองการออกแบบ องค์ประกอบที่สำคัญของแนวทางที่ตั้งโปรแกรมได้นี้คือ DAC (รูปที่ 1)

รูปที่ 1: DAC เป็นฟังก์ชันหลักในการทดสอบและเครื่องมือวัด ความสามารถของ DAC นั้นอยู่ภายใต้การพิจารณาอย่างใกล้ชิดเนื่องจากความต้องการของระบบทดสอบมีความท้าทายมากขึ้น (แหล่งที่มารูปภาพ: Analog Devices)

ประสิทธิภาพและความสามารถของ DAC กำลังถูก "ให้ความสำคัญ" มากขึ้นโดยการทดสอบและควบคุมที่ต้องการทั้งความแม่นยำและความเร็วสูงในช่วงกว้าง พวกเขายังต้องการความยืดหยุ่นและจำเป็นต้องกำหนดค่าใหม่ได้ง่ายโดยไม่ต้องผ่านการออกแบบใหม่ทั้งหมดหรือซับซ้อน และวงจรการปรับคุณสมบัติใหม่

ADI AD3552R สามารถตอบสนองวัตถุประสงค์ด้านประสิทธิภาพได้เนื่องจากเป็น SPI DAC 16 บิต 33 ล้านการอัปเดตต่อวินาที (MUPS) แบบหลายช่วงและเอาต์พุตคู่ (รูปที่ 2) นอกจากคุณสมบัติด้านประสิทธิภาพพื้นฐานแล้ว ข้อดีอีกอย่างของ AD3552R คือความง่ายในการกำหนดค่าใหม่เพื่อให้ตรงตามวัตถุประสงค์ของโครงการใหม่หรือการใช้งานที่เปลี่ยนแปลงไป ความสามารถในการกำหนดค่าใหม่นี้รวมถึงการรับประกันว่าจะบรรลุวัตถุประสงค์เหล่านั้นด้วยความเชื่อมั่นในระดับสูง แทนที่จะนำมาซึ่ง "ความประหลาดใจ" ใหม่และไม่เป็นที่ต้องการ

รูปที่ 2: AD3552R เป็น SPI DAC 16 บิต 33 MUPS, หลายช่วง เอาต์พุตคู่ ที่สามารถกำหนดค่าใหม่ได้ง่ายสำหรับแอตทริบิวต์ประสิทธิภาพที่แตกต่างกัน (แหล่งที่มารูปภาพ: Analog Devices)

AD3552R อยู่ในแพ็คเกจ LFCSP ขนาด 5 มม. × 5 มม. และทำงานด้วยค่าแรงดันอ้างอิงคงที่ 2.5 โวลต์ แต่สามารถกำหนดค่าผ่านซอฟต์แวร์สำหรับช่วงเอาต์พุตช่วงแรงดันไฟฟ้าหลายช่วง นอกจากนี้ยังช่วยให้เกิดความสมดุลที่เหมาะสมระหว่างประสิทธิภาพ ความแม่นยำ ความเร็ว และความยืดหยุ่น

อุปกรณ์ประกอบด้วยตัวต้านทานป้อนกลับชดเชยการดริฟต์สามตัวเพื่อรองรับแอมพลิฟายเออร์ทรานส์อิมพีแดนซ์ภายนอก (TIA) ที่ปรับขนาดแรงดันเอาต์พุต รีจิสเตอร์สเกลออฟเซ็ตและเกนช่วยให้สามารถสร้างช่วงเอาต์พุตได้หลายช่วง เช่น 0 ถึง 2.5 โวลต์, 0 ถึง 5 โวลต์, 0 ถึง 10 โวลต์, −5 ถึง +5 โวลต์ และ −10 ถึง +10 โวลต์ รวมทั้งช่วงค่ากลางที่กำหนดเองด้วยความละเอียด 16 บิตแบบเต็ม

นอกจากนี้ เพื่อจัดการกับภาวะที่กลืนไม่เข้าคายไม่ออก "ความเร็วกับความแม่นยำ" ที่เป็นที่รู้จักกันดี DAC รุ่น AD3552R สามารถทำงานได้ใน Fast Mode เพื่อความเร็วสูงสุดและระยะเวลาเข้าที่ที่เร็วที่สุด หรือ Precision Mode เพื่อความเที่ยงตรงและแม่นยำสูงสุด ใน Fast Mode ข้อมูล DAC ถูกโหลดเป็นคำ 16 บิต ทำให้มีอัตราการอัปเดตช่องทางเดียวที่ 33 MUPS ในทางกลับกัน ใน Precision Mode เขียนข้อมูลเป็น 24 บิต ส่งผลให้อัตราการอัปเดตช่องทางเดียวเท่ากับ 22 MUPS

สำหรับการใช้งานที่ต้องการความหนาแน่นของสัญญาณรบกวนต่ำพร้อมเวลาเข้าที่ที่เร็วขึ้น และสามารถยอมรับการใช้พลังงานที่สูงขึ้น AD3552R ก็รองรับการรวมช่องสัญญาณ DAC สองช่องเพื่อสร้างเอาต์พุตเดียว (รูปที่ 3) DAC ทั้งสองตัวต้องอัปเดตพร้อมกันด้วยรหัสเดียวกันเพื่อให้ได้เอาต์พุตแรงดันไฟฟ้าเดียวกันที่ได้รับจาก DAC ตัวเดียว โดย AD3552R มีหลายวิธีในการดำเนินการดังกล่าว

รูปที่ 3: สามารถรวมสองเอาต์พุตของ AD3552R เพื่อลดความหนาแน่นของสัญญาณรบกวนพร้อมกับเวลาเข้าที่เร็วขึ้น (แหล่งที่มารูปภาพ: Analog Devices)

นอกจากนี้ยังมีความยืดหยุ่นในอินเทอร์เฟซ SPI ของอุปกรณ์ เนื่องจากสามารถกำหนดค่าในโหมด SPI เดียว (คลาสสิก SPI), SPI คู่, SPI คู่แบบซิงโครนัส และโหมด Quad SPI โดยใช้อัตราข้อมูลเดียว (SDR) หรืออัตราข้อมูลคู่ (DDR) และด้วยระดับลอจิกตั้งแต่ 1.2 ถึง 1.8 โวลต์ นอกจากนี้ เนื่องจากความสมบูรณ์ของข้อมูลยังเป็นข้อกังวลที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง อุปกรณ์จึงสามารถเปิดใช้งานเพื่อตรวจสอบความซ้ำซ้อนแบบวนซ้ำ (CRC) โดยรวมตัวตรวจสอบข้อผิดพลาดหลายตัวเข้าด้วยกันเพื่อตรวจจับความล้มเหลวของ VREF หรือความเสียหายของหน่วยความจำ

การกำหนดค่าความเร็วโมเดลการจำลอง เพิ่มความมั่นใจ

แม้ว่า AD3552R จะเป็นอุปกรณ์ที่มีความแม่นยำแบบแถบความถี่กว้าง แต่ก็มักจะมีข้อแลกเปลี่ยนระหว่างพารามิเตอร์ที่ผู้ใช้ตั้งโปรแกรมได้มากมาย เพื่อให้ความเข้าใจเกี่ยวกับผลกระทบของตัวเลือกการออกแบบเหล่านี้ได้เร็วยิ่งขึ้นและช่วยให้นักออกแบบเริ่มต้นได้ อุปกรณ์ก็ได้มีการสนับสนุนจากบอร์ดประเมินผลเช่นเดียวกับ LTspice สำหรับการประเมินสัญญาณรบกวน การวิเคราะห์ชั่วคราว การจำลองไฟฟ้ากระแสสลับ และพารามิเตอร์อื่น ๆ ซึ่งช่วยลดความยุ่งยากในการเพิ่มประสิทธิภาพเวลาแฝง/สมรรถนะ ดังนั้นนักออกแบบจึงไม่ต้องตั้งค่าพารามิเตอร์หรือปรับเปลี่ยนโดยไม่มีข้อมูลที่น่าเชื่อถือ

ความสามารถในการใช้ LTspice ในสายสัญญาณเป็นการรวมองค์ประกอบทั้งหมดเข้าด้วยกัน เพื่อให้ผู้ใช้สามารถเข้าใจประสิทธิภาพของสายสัญญาณที่สมบูรณ์ได้อย่างชัดเจน นี่เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งเนื่องจาก AD3552R นำเสนอ:

• กระแสไฟฟ้าสิบช่วง เป็นผลมาจากการรวมกันของค่าเกนสเกลที่กำหนดค่าแบบดิจิทัล
• ค่าทรานส์อิมพีแดนซ์-เกนสามค่าจากการต่อตัวต้านทานป้อนกลับตัวใดตัวหนึ่ง
• ค่าออฟเซ็ต DC ที่กำหนดค่าแบบดิจิทัลทั้งหมด 511 ค่า

นั่นคือชุดค่าผสมทั้งหมด 15,330 ชุดซึ่งอยู่นอกเหนือขอบเขตของการใช้โพรโทบอร์ด "ภาคปฏิบัติ" ใด ๆ หรือแม้กระทั่งการประเมินด้วยตนเองแบบเลือก

LTspice สำหรับ AD3552R ปรับปรุงรุ่น DAC ที่เน้นเอาต์พุตแบบอนาล็อกดั้งเดิมด้วยการจำลองที่เน้นดิจิทัลมากขึ้น สามารถจำลองการทำงานของรีจิสเตอร์บางตัวในโมเดล โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่เกี่ยวข้องกับมาตราส่วนเกนดิจิตอลและ ออฟเซต DC ได้ และโมเดลยังสามารถสร้างประสิทธิภาพไดนามิกและสัญญาณรบกวนที่มีความเที่ยงตรงสูง คุณลักษณะด้านประสิทธิภาพของ AD3552R ที่ซอฟต์แวร์ LTspice จำลอง ได้แก่:

• การจำลองช่วงเอาต์พุต: การจำลองการสวีป DC มีประโยชน์ในการยืนยันช่วงของแรงดันเอาต์พุตสำหรับการกำหนดค่าพารามิเตอร์ที่กำหนด นอกจากนี้ยังคำนึงถึงข้อจำกัดที่กำหนดโดยเฮดรูมของแอมพลิฟายเออร์ (บนสุดของช่วง) และฟุตรูม (ด้านล่าง) ทำให้ง่ายต่อการคาดการณ์ความอิ่มตัวของสัญญาณเอาท์พุต
• การปรับการตอบสนองตามขั้นตอน: การจำลองแบบชั่วคราวด้วยรูปคลื่นแบบขั้นตอนมีประโยชน์ในการปรับค่าของตัวเก็บประจุป้อนกลับและตัวกรองเอาต์พุตของ TIA เพื่อให้ได้เวลาที่เพิ่มขึ้น เวลาเข้าที่ และโอเวอร์ชูตที่ต้องการ และสามารถใช้ร่วมกับการสวีปแบบพาราเมตริก เพื่อหาค่าที่เหมาะสมที่สุดของชิ้นส่วน การจำลองยังคำนึงถึงความสามารถในการขับเคลื่อนของแอมพลิฟายเออร์และ DAC เพื่อประเมินอัตราการสลูว์และช่วงขาขึ้นของสัญญาณ (โปรดทราบว่าค่านี้เป็นจุดเริ่มต้นเนื่องจากวงจรจำลองไม่รวมผลแฝงของบอร์ดและแพ็คเกจของชิ้นส่วน)
• การจำลองแบนด์วิดธ์ AC: การจำลองการสวีป AC มีประโยชน์ในการปรับค่าของตัวเก็บประจุป้อนกลับและตัวกรองเอาต์พุตของ TIA ในการใช้งานที่สัญญาณเอาต์พุตเป็นฮาร์มอนิก
• การจำลองความหนาแน่นของสัญญาณรบกวน: ช่วยให้สามารถคาดการณ์ความหนาแน่นของสัญญาณรบกวนที่เอาต์พุตของ DAC และ TIA ทั้งในย่าน 1/f และย่านสัญญาณรบกวนความร้อน โดยโมเดล LTspice ของ AD3552R จับความผันแปรของความหนาแน่นของสัญญาณรบกวนด้วยรหัส และยังคำนึงถึงการได้รับของ TIA ซึ่งขยายสัญญาณรบกวนที่เอาต์พุตของ DAC ปัจจุบัน

สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ LTspice โปรดดูที่ “วิธีใช้ LTspice เพื่อกำหนดประสิทธิภาพการตรวจจับสัญญาณรบกวนจากภาพถ่ายในระหว่างการออกแบบอุปกรณ์ที่มีความละเอียดอ่อน”

ฝึกฝน ทดสอบ ด้วยฮาร์ดแวร์จริง

การจำลองสถานการณ์มีประโยชน์และจำเป็นมาก แต่ตามที่วิศวกรที่มีประสบการณ์ทราบดี สิ่งเหล่านี้ไม่สามารถแทนที่การประเมินในโลกแห่งความเป็นจริงได้อย่างสมบูรณ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อปัจจัยต่าง ๆ เช่น การแฝงภายนอกอุปกรณ์สามารถส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพการทำงาน สำหรับ AD3552R ความต้องการนี้ได้รับการตอบสนองโดยใช้ EVAL-AD3552RFMCxZ ซึ่งมีให้เลือกสองรุ่น: EVAL-AD3552RFMC1Z เพื่อความเร็วที่สูงขึ้น และ EVAL-AD3552RFMC2Z เพื่อความแม่นยำสูงขึ้น (รูปที่ 4)

รูปที่ 4: EVAL-AD3552RFMCxZ (ซ้าย: ชั้นบนสุด ขวา: ชั้นล่างสุด) มาในสองเวอร์ชันที่คล้ายคลึงกัน โดยรุ่นหนึ่งปรับสำหรับความเร็ว และอีกรุ่นหนึ่งปรับสำหรับแม่นยำ (แหล่งที่มารูปภาพ: Analog Devices)

ซอฟต์แวร์สำหรับบอร์ดใช้แพ็คเกจ “วิเคราะห์ ควบคุม ประเมินผล” (ACE) ของ ADI ซึ่งเป็นแอปพลิเคชันเดสก์ท็อปที่อนุญาตให้มีการประเมินและควบคุมระบบการประเมินหลายระบบทั่วทั้งกลุ่มผลิตภัณฑ์ของ ADI โดยการใช้งานประกอบด้วยเฟรมเวิร์กทั่วไปและปลั๊กอินเฉพาะคอมโพเนนต์แต่ละตัว

สำหรับ AD3552R นั้น ACE มีหลายมุมมองเพื่อควบคุมลักษณะต่าง ๆ ของ DAC เมื่อมุมมองถูกเปิดขึ้นในครั้งแรก มุมมองนั้นจะสร้างแท็บใหม่ที่ด้านบนสุดของหน้าต่างหลัก ปลั๊กอิน AD3552R สร้างลำดับชั้นของมุมมอง: มุมมองบอร์ด, มุมมองชิป, มุมมองแผนที่หน่วยความจำ และมุมมองการวิเคราะห์ที่รวมมุมมองตัวสร้างรูปคลื่นและมุมมองตัวสร้างเวกเตอร์ (รูปที่ 5)

รูปที่ 5: ปลั๊กอิน ACE สำหรับ AD3552R สร้างลำดับชั้นของมุมมองจากมุมมองระบบระดับสูงลงไปจนถึงมุมมองการวิเคราะห์ระดับพื้นฐาน (แหล่งที่มารูปภาพ: Analog Devices)

• มุมมองบอร์ดแสดงแผนภาพที่เรียบง่ายของบอร์ดประเมิน รวมถึงตัวเชื่อมต่อที่เกี่ยวข้องบางส่วนและการเชื่อมต่อระหว่างชิป
• มุมมองชิปแสดงแผนภาพภายในที่เรียบง่ายของชิปซึ่งแสดงลอจิกอินเทอร์เฟซ, คอร์ DAC, ตัวต้านทานป้อนกลับที่มีความแม่นยำ และพินที่เกี่ยวข้องสำหรับบล็อกเหล่านั้น
• มุมมองแผนที่หน่วยความจำแสดงพื้นที่การกำหนดค่าทั้งหมดของ AD3552R พื้นที่นี้สามารถแสดงเป็นรายการของรีจิสเตอร์หรือเป็นรายการของฟิลด์บิต
• มุมมองเครื่องสร้างรูปคลื่นช่วยให้สามารถกำหนดเวกเตอร์ให้กับช่องสัญญาณและเริ่มหรือหยุดการสร้างรูปคลื่นได้
• มุมมองตัวสร้างเวคเตอร์ ช่วยให้สามารถกำหนดหรือโหลดรูปคลื่นที่สามารถกำหนดให้กับช่องสัญญาณ DAC ได้ในภายหลัง

การใช้บอร์ดประเมินผลและซอฟต์แวร์ ACE ทำให้ผู้ใช้ AD3552R สามารถยืนยันการตัดสินใจที่ทำผ่านโปรแกรมจำลอง LTspice และปรับเปลี่ยนได้ตามต้องการ ผู้ใช้ยังสามารถใช้งานอุปกรณ์ด้วยรีจิสเตอร์และฟังก์ชันและคุณสมบัติที่ตั้งโปรแกรมได้มากมาย

สำรวจตัวเลือกการรับข้อมูลอื่น ๆ

ตัวเลือกสำหรับคอมโพเนนต์ที่ตั้งโปรแกรมได้ซึ่งสามารถใช้เพื่อสร้างแพลตฟอร์มสายสัญญาณแบบปรับขนาดได้ ปรับให้เหมาะสมได้ง่าย และกำหนดค่าใหม่ได้ไม่จำกัดเฉพาะอุปกรณ์เช่น AD3552R

ตัวอย่างเช่น ADAQ23878 ของ Analog Devices เป็นโซลูชัน ADC แบบ 18 บิต ไมโครโมดูล 15-MSPS แบบรัดพิน โซลูชันการรับข้อมูลความเร็วสูงนี้ช่วยลดความยุ่งยากและเร่งการพัฒนาของระบบการวัดที่มีความแม่นยำ โดยขจัดภาระการออกแบบส่วนใหญ่ของการเลือกส่วนประกอบ การเพิ่มประสิทธิภาพ และการจัดวางผ่านการใช้อุปกรณ์ที่หาซื้อได้ง่าย

การใช้เทคโนโลยีระบบในแพคเกจ  (SIP) ทำให้ ADAQ23878 ลดจำนวนส่วนประกอบของระบบปลายทางโดยการรวมบล็อกการประมวลผลสัญญาณทั่วไปและบล็อกการปรับสภาพหลายรายการไว้ในอุปกรณ์เครื่องเดียว ประกอบด้วยไดรเวอร์แอมพลิฟายเออร์ ADC เชิงแตกต่างสมบูรณ์ สัญญาณรบกวนต่ำ บัฟเฟอร์อ้างอิงที่เสถียร และ ADC แบบรีจิสเตอร์แบบประมาณต่อเนื่อง (SAR) ความเร็วสูง 18 บิต 15 MSPS (รูปที่ 6)

รูปที่ 6: ADAQ23878 รวมบล็อกการประมวลผลและปรับสภาพสัญญาณไว้ในอุปกรณ์เดียว ช่วยลดความจำเป็นในการใช้ส่วนประกอบภายนอก (แหล่งที่มารูปภาพ: Analog Devices)

ADAQ23878 ยังรวมเอาส่วนประกอบแบบพาสซีฟที่สำคัญเข้ากับลักษณะการจับคู่และการดริฟท์ที่เหนือชั้น ซึ่งมาจากการใช้เทคโนโลยี iPassive ของ ADI ซึ่งช่วยลดแหล่งที่มาของข้อผิดพลาดที่ขึ้นกับอุณหภูมิให้เหลือน้อยที่สุดเพื่อประสิทธิภาพที่ดีที่สุด ฐานขนาดเล็กเพียง 9 มม. × 9 มม. พร้อมระยะพิทช์ 0.8 มม. และแพ็คเกจ CSP BGA 100-ball ช่วยให้สามารถสร้างเครื่องมือที่มีฟอร์มแฟคเตอร์ขนาดเล็กลงโดยไม่ลดทอนประสิทธิภาพ (รูปที่ 7)

รูปที่ 7: เทคโนโลยี SIP ของ ADAQ23878 รวมเอาส่วนประกอบแบบแอกทีฟและแพสซีฟไว้ในอุปกรณ์เดียวที่ใช้งานง่าย ในขณะที่ลดแหล่งที่มาของข้อผิดพลาดที่เกี่ยวข้องกับการดริฟต์ให้เหลือน้อยที่สุด (แหล่งที่มารูปภาพ: Analog Devices)

การรวมระบบช่วยแก้ปัญหาความท้าทายด้านการออกแบบหลายประการ ในขณะที่อุปกรณ์ยังคงให้ความยืดหยุ่นของวงจรป้อนกลับไดรเวอร์ ADC ที่กำหนดค่าได้ เพื่อให้สามารถปรับเกนหรือลดทอนได้ เช่นเดียวกับอินพุตแบบดิฟเฟอเรนเชียลหรือแบบสายสัญญาณเดียวถึงดิฟเฟอเรนเชียลทั้งหมด

ตัวอย่างเช่น สามารถเป็นแกนหลักของ Flow Cytometer (ดู “นำการออกแบบ Flow Cytometer ไปใช้งานอย่างรวดเร็วโดยใช้โมดูลการเก็บข้อมูลที่มีความแม่นยำสูง”) หรือระบบการวัดกระแสช่วงกว้างที่มีความแม่นยำ แบนด์วิธ และประสิทธิภาพการดริฟท์ที่เทียบได้กับอุปกรณ์ทดสอบแบบตั้งโต๊ะและแบบติดตั้งบนชั้นวางสำหรับสภาพแวดล้อมการทดสอบการผลิต (รูปที่ 8) ในขณะเดียวกัน โซลูชันก็มีขนาดเล็กพอที่จะรวมเข้ากับการใช้งานที่ต้องได้รับการตรวจสอบอย่างต่อเนื่อง

รูปที่ 8: ด้วยส่วนประกอบสนับสนุนแบบแอกทีฟและพาสซีฟเฉพาะการใช้งานที่เหมาะสม ADAQ23878 ทำหน้าที่เป็นแกนหลักของระบบการเก็บข้อมูลซึ่งให้การวัดค่าปัจจุบันที่แม่นยำในช่วงไดนามิกกว้าง (แหล่งที่มารูปภาพ: Analog Devices)

การออกแบบมีการวัดความแม่นยำสูงของช่วงกระแสสามช่วงโดยใช้ตัวต้านทานแบบชันท์ ออนบอร์ดแอมพลิฟายเออร์ และไมโครโมดูล ADAQ23878 ร่วมกัน โซลูชันนี้เพิ่มจำนวนช่องต่อบอร์ดแม้จะมีข้อจำกัดด้านขนาด ในขณะเดียวกันก็ลดปัญหาด้านความร้อน ลดภาระการสอบเทียบระบบเนื่องจากการให้ความร้อนในตัวเอง และเพิ่มประสิทธิภาพความแม่นยำโดยรวม โครงร่างบอร์ดใช้ตัวต้านทานแบบแบ่งสี่ขั้วพร้อมการเชื่อมต่อแบบเคลวินในตัวที่ช่วยลดผลกระทบของค่าสัมประสิทธิ์การต้านทานอุณหภูมิ (TCR) ทำให้มีเสถียรภาพทางอุณหภูมิที่ดีขึ้นเมื่อเทียบกับตัวต้านทานแบบแบ่งสองขั้ว (รูปที่ 9)

รูปที่ 9: ระบบการวัดกระแสแบบสมบูรณ์ที่ใช้ไมโครโมดูล ADAQ23878 มีขนาดเล็กกว่าตัวเชื่อมต่อที่จำเป็น (แหล่งที่มารูปภาพ: Analog Devices)

สรุป

ผู้ออกแบบอุปกรณ์ทดสอบและการวัดต้องการความแม่นยำ ประสิทธิภาพ และความยืดหยุ่น ขณะเดียวกันก็ต้องมีความสามารถในการปรับการออกแบบพื้นฐานใหม่เพื่อรองรับการใช้งานที่หลากหลาย ดังที่แสดงข้างต้นส่วนประกอบต่าง ๆ เช่น DAC รุ่น AD3552R มีพารามิเตอร์ที่ตั้งโปรแกรมได้มากมาย ช่วยให้ปรับแต่งได้อย่างรวดเร็วและง่ายดายตามต้องการ ร่วมกับ ADC รุ่น ADAQ23878 และได้รับการสนับสนุนจากเครื่องมือต่าง ๆ เช่น LTspice และบอร์ดประเมินผลและซอฟต์แวร์ AD35525 มีบทบาทสำคัญในแนวทางที่ใช้แพลตฟอร์มในการออกแบบระบบทดสอบที่ให้ความยืดหยุ่นและประสิทธิภาพที่จำเป็น ในขณะที่ลดเวลาที่จำเป็นสำหรับการปรับแต่งใหม่