. : New eShop! - Mobilní verze - Pandatron.cz - Pandatron.sk - Diskuzní fórum - Zakázkový vývoj : .
 
Jednoduchý vývoj A/D převodníku pomocí systému ADCPro

Jednoduchý vývoj A/D převodníku pomocí systému ADCPro

Jak na jednoduchý a pohodlný vývoj A/D převodníku s využitím dostupných nástrojů a software. V článku je představena stavebnice ADS1258EVM, grafický software ADCPro a další nástroje společnosti TI.

Každý návrhář se obvykle v počátcích projektu potřebuje nejprve rozhodnout, který analogově digitální převodník bude pro onu aplikaci nejvhodnější. Zatímco architektura je často určena vstupním snímačem, pro výslednou charakteristiku musí být nejprve stanoveny parametry, jako jsou rozlišení a odstup signálu od šumu (SNR). Je-li rozhodování prováděno na základě technických dat z příslušného datasheetu, není žádná záruka, že může být stanovených parametrů dosaženo při reálné míře úsilí a především se signály, které návrhář potřebuje změřit. V praxi se potom ukazuje, že vývojový modul (EVM) od výrobce je velmi užitečný. Ten totiž návrháři dává podstatně reálnější obraz o funkci převodníku postaveného podle jeho nebo jejího návrhu. Tím je návrhář ušetřen potřeby vybudovat testovací sestavu a také podstatně zkracuje dobu potřebnou pro uvedení návrhu do stavu prototypu obvodu.

Norma IEEE 1241-2000 popisuje celou řadu metod pro provádění testů A/D převodníků, ale praktická zkušenost ukázala, že pro určení stejnosměrných parametrů je nejoblíbenější test pomocí tzv. servosmyčky a pro určení střídavých parametrů je nejoblíbenější test pomocí sinusové vlny. Technické údaje v normě IEEE ale také popisují způsob pro zjištění stejnosměrných parametrů pomocí stejné sestavy jako pro test střídavých parametrů. Z tohoto důvodu zde budeme popisovat pouze tento test.


Obr. 1: Minimální sestava pro test sinusovou vlnou

Pro test sinusovou vlnou je požadována sestava uvedená na obr. 1, která představuje minimální možnou konfiguraci. Je-li vyžadována větší přesnost, je v mnoha případech použit druhý funkční generátor, který poskytuje hodinový signál pro testovaný A/D převodník. Tento signál je potom přiveden i na sinusový generátor vstupního signálu, čímž je dosaženo koherentního vzorkování. Aby bylo dosaženo smysluplných výsledků, musí generátor vstupního signálu vykazovat úroveň zkreslení nejméně o 20 dB nižší, než je úroveň očekávaná u A/D převodníku. Ideální 16bitový převodník má poměr SINAD (Signal to Noise and Distortion) (poměr signálu k šumu a zkreslení) 98 dB, což je totožné s ideálním poměrem signálu k šumu. Signální generátor musí mít proto minimální poměr THD+N (Total Harmonic Distortion + Noise (celkové harmonické zkreslení + šum)) -118 dB.

V praxi to znamená, že problém této sestavy obvykle spočívá v tom, že výsledky převodu musí být snímány převodníkem a zpracovány v počítači. To bývá spojené s nutností programátorského úsilí, a tím i času a peněz.

Společnost Texas Instruments nyní nabízí řešení tohoto problému pomocí stavebnic Performance Demonstration Kits (PDK). Tyto stavebnice jsou tvořeny vývojovým modulem pro příslušný převodník a základní deskou s napájecím zdrojem. Tato sestava zajišťuje přenos dat mezi převodníkem a počítačovým programem vytvořeným pro vyhodnocení a prezentaci. Modularita jednotlivých prvků umožňuje nabízet celou stavebnici za přitažlivou cenu. Tak například stavebnice PDK proADS1258(1), což je 8kanálový 24bitový delta-sigma převodník, stojí 149 USD v online prodejně TI(2). Je dobré poznamenat, že data jsou mezi základní deskou a počítačem přenášena prostřednictvím rozhraní USB, což znamená, že je podporována velká šířka pásma. Obr. 2 uvádí jako příklad stavebnici PDK pro převodník ADS1258.


Obr. 2: Stavebnice ADS1258EVM-PDK

Modul EVM převodníku je sestaven takovým způsobem, že je obvykle dosaženo parametrů uvedených na datovém listu při dostatečně kvalitním zdroji signálu. Deska plošného spoje obsahuje nejen vlastní převodník, ale také přidružené analogové vstupní obvody a potřebné referenční napětí. Desku s obvody lze vybavit svorkovými lištami, takže může být v případě potřeby použita i bez nosné desky. Jsou-li pro provoz převodníku požadovány různé úrovně napětí, jsou v mnoha případech generovány přímo na desce. Ovšem je také samozřejmě možné napájet obvody z externího zdroje – například pro emulaci vlastního navrhovaného systému.

Procesor pro zpracování signálů TMS320VC5507 od společnosti Texas Instruments, který je na základní desce, zodpovídá za správné řízení a pořizování aktuálních dat. Firmware pro příslušný převodník je zaveden automaticky při startu dodaného počítačového programu. Nosná deska má také smyčku fázového závěsu (PLL), která může být použita pro získání hodinového signálu pro převodník jako náhradu za oscilátor na modulu EVM.

Dodávaný počítačový program pro vyhodnocování signálu ADCPro(3) (4) nyní umožňuje, aby byl testovaný signál vyhodnocen třemi způsoby: za prvé v časové oblasti, za druhé jako histogram a za třetí v kmitočtové oblasti.

Z těchto důvodů má program modulovou strukturu a je rozdělen na tři sekce následujícím způsobem: levá část obsahuje spínače a řídící prvky nutné pro funkci převodníku, zatímco pravá část je vyhrazena probíhajícímu testu. Třetí a poslední sekce je umístěna nahoře a je zodpovědná za pořizování dat (viz obr. 3).


Obr. 3: Program ADCPro

Vývoj převodníku obvykle začíná konfigurací převodníku – tzn. nejprve jsou v levé sekci programu, která je vyhrazena testovanému převodníku, vybrány sledované kanály, zdroj hodinového signálu a rychlost vzorkování. Jakmile byl převodník nakonfigurován podle požadavků, je obvykle jako první prováděn test v časové oblasti. Za tento test je v programu ADCPro zodpovědný takzvaný MultiScope tester. Ten může zobrazovat jeden nebo více kanálů v časové oblasti a chová se podobným způsobem jako vícekanálový osciloskop. Rozumí se samozřejmě možnost volby časové lupy a možnosti aplikovat na signál rovnici (což může být užitečné například v případě teplotních snímačů). Zobrazený tvar signálu také umožňuje vyhodnocení zisku a chyby rozvážení převodníku.

Druhým krokem je dále vyhodnocení v kmitočtové oblasti pomocí MultiFFT testeru. Stejně jako MultiScope tester může tento tester zobrazovat jeden nebo více kanálů, ale v tomto případě v kmitočtové oblasti. Není-li možné koherentní vzorkování, může být signál navíc filtrován pásmovou propustí. Kromě toho může být například i ignorována stejnosměrná složka. Vypočítané parametry, jako jsou poměr signálu k šumu (SNR), THD, THD plus šum (SINAD), atd. spolu s kmitočtem a úrovní signálu, jsou pak přímo uvedeny pod grafickým zobrazením signálu nebo signálů. Pro zpracování programem jiným než ADCPro mohou být vypočítaná data uložena na pevný disk. Je rovněž zajímavé, že mohou být ukládána i pouze získaná, tedy nezpracovaná data.


Obr. 4: FFT tester v programu ADCPro

Posledním testem je MultiHistogram tester. Jakmile je na převodník přiveden sinusový signál, může být tento test použit pro získání funkce hustoty pravděpodobnosti. Při použití stejnosměrného signálu nebo při zkratování vstupů převodníku může být naopak použit pro měření chyby rozvážení a určení počtu bezšumových a využitelných bitů.

V praxi to znamená, že využitím těchto tří testerů může být převodník kompletně vyhodnocen. Program rovněž umožňuje uložené hodnoty testu znovu zobrazit a vyhodnotit a při použití takzvaného tříkanálového generátoru jsou zobrazeny referenční signály, aby bylo možné vidět jak by měl signál vypadat v ideálním případě. Program rovněž umožňuje, aby byla tato data přímo přenesena na pevný disk pro následné vyhodnocení.


Obr. 5: MultiScope tester v programu ADCPro

Protože je systém ADCPro dostupný pro mnoho převodníků firmy Texas Instruments, mohou uživatelé testovat vybraný A/D převodník s vlastní konfigurací i vlastními systémovými vstupními obvody a počátečními a vstupními signály. Navíc i s konkrétními hodinami a přenosovými rychlostmi vyskytujícími se v jejich systému a stanovit tak požadované klíčové parametry. Použitím tohoto systému lze uvedených funkcí využít za výhodnou cenu. Je však nutné poznamenat, že získané výsledky testů se mohou lišit od hodnot parametrů uvedených v datových listech výrobce. To je způsobeno tím, že za určitých okolností může být pro jejich měření použito jiných metod a zdrojů signálů. A v tomto místě nemůžeme samozřejmě nevzpomenout i na jiné vývojové pomůcky od společnosti TI: například simulační program TINA-TI(5) pro analogové obvody nebo nástroj Data Converter Support Tool(6), který umožňuje automatické vytvoření softwaru pro rozhraní celé řady převodníků a nejoblíbenějších procesorů pro zpracování dat od společnosti Texas Instruments.

Reference:
[1] Produktová složka ADS1258EVM-PDK
[2] Online prodejna Texas Instruments
[3] Produktová složka systému ADCPro
[4] Krátký film představující systém ADCPro
[5] TINA-TI
[6] Podpůrné nástroje převodníků dat

Autor: Richard Oed (Engineer)

Odkazy & Download:
Domovská stránka firmy Texas Instruments
Domovská stránka firmy Texas Instruments v českém jazyce
European Customer Support Center
Přehled distributorů







GooglePlus1 FaceBook Twitter del.icio.us DiGG Google StumbleUpon Google Buzz Email RSS PDF Tisk

Komentáře:
Název příspěvku: Vaše jméno: host
                 
  Zakázat formátování [Zakáže kódování a nahrazování smajlíky.]
Připojit soubory
reklama:
IPRELAY8R - IP RELÉ a teploměr s webovým rozhraním
Moduly IP RELÉ - IPRELAY8R obsahují osm releových výstupů s přepínacím kontaktem, webové rozhraní, integrovaný a externí teplotní senzor s pamětí na 10 záznamů a zobrazením naměřených hodnot v grafu.
Skladem od 1520 Kč

Informace uvedené v článcích jsou platné v době jejich vydání a samotné články jsou určeny pouze jako zdroj informací. Autor článku ani správce webu nenesou žádnou zodpovědnost za případné újmy na majetku a zdraví. Názvy společností a výrobků, loga a další multimediální materiál mohou být ochrannými známkami příslušných společností.
RSS kanály: | |
+420 723 846 377
info@pandatron.cz
Všechna práva vyhrazena | mobilní verze | © Copyright 2000 - 2016 ISSN 1803-6007