Болл С.Р. Аналоговые интерфейсы микроконтроллеров (2007) (1264220), страница 51
Текст из файла (страница 51)
Но как соединять в этом случае земли двух АЦП? 9.9. Печатная плата ° 277 На Рис. 9.6 показаны два пути решения этой проблемы. На Рис. 9.6а у платы одна цифровая и две аналоговые земли. Каждая аналоговая земля имеет соединение с цифровой землей. Этот подход будет работать, если две аналоговые схемы не соединяются между собой. На Рис. 9.66 демонстрируется метод соединения двух аналоговых подсистем с обшей землей.
Аналоговая земля соединяется с цифровой в одной точке. При таком расположении выводы цифровой земли АЦП соединяются с шиной цифровой земли, но не с шиной аналоговой земли. 9.9.2. Источник питания Иногда аналоговая подсистема должна располагаться на стандартной цифровой плате типа системного интерфейса РС/104 или магнстральномодульного интерфейса (Чпша! Мас)ппе Епч)гошпеп1, УМЕ). Источники питания этих шин не подходят для прецизионных аналоговых цепей.
Вопервых, из-за значительного цифрового шума, во-вторых, из-за возможного отсутствия необходимых для аналоговых цепей напряжений питания. На шине РС/104, например, можно получить только +5 н +12 В. В некоторых случаях удается снизить цифровой шум с помощью ЕС- фильтров в цепи питания (см. Рис. 9.7а). Емкость и индуктивность фильтра должны быть выбраны таким образом, чтобы ослаблять, в основном, пульсации на частоте переключения импульсного источника питания, то есть на частоте порядка нескольких десятков килогерц.
Для некоторых аначоговых цепей требуются иные напряжения питания, чем те, что присутствуют в интерфейсе шины. Типичным примером служит аналоговая подсистема для обработки сигнала, изменяющегося в диапазоне ч.12 В, при наличии питания только +5 В.
На Рис. 9.76 показано применение преобразователей постоянного напряжения (17С-ОС сопчеггег) лля формирования дополнительных напряжений питания. Поскольку преобразователь напряжения также импульсный, возможно, после него понадобится установить ЕС-фильтры. Возможно даже полностью изолировать аналоговую подсистему от цифровой при помощи преобразователя напряжения с изолированными выходами и оптической развязкой на выходе аналоговой части (см. Рис.9.7в).
Такая система может включать прецизионный аналоговый входной каскад и АЦП. Применение оптической развязки между аналоговой н цифровой частями облегчает трассировку печатной платы и снижает вероятность получения на плате петель земли. Число оптопар можно свести к минимуму при применении, например, последовательного интерфейса типа ВР1, рассмотренного в главе 3. Учтите, что при наладке и калибров- 278 ° Глава 9. Системы высокой точности в) Истсчник питания +5 В Питание аналоговых цепей(+) Питание аналоговых цепей(-) 6) Аналоговая система Цифровая система Оптрсны в) Рис. 9.7. Применение преобразователя напра:кения лля питания аналоговых цепей ке подобной системы во избежание влияния шумов нельзя соединять циф- ровую и аналоговую земли.
Настраивать такую систему можно с помощью двухканального осциллографа с разными землями каналов. 9.10. Статистическая погрешность Для определения самых неблагоприятных условий работы аналоговой цепи можно использовать крайние пределы разброса параметров компонентов. При исполыовании резисторов с допуском 1%, допустим, можно взять за основу расчетов весь диапазон изменений. Эти расчеты дадут га- Истсч пит цифр Ц К внвлсгсвым компонентам ксмпьютврв 9. 10. Статистическая погреииость ° 279 рантированный результат, но могут привести к нежелательному усложнению схемы.
Например, учет всех погрешностей может привести к необходимости введения в схему ручной подстройки. Большинство используемых компонентов характеризуются разной вероятностью появления тех или иных величин. Однако в большинстве случаев закон распределения величины радиоэлектронного компонента близок к нормальному закону распределения. При использовании 1%-ных резисторов, например, можно обнаружить, что сопротивление большинства резисторов отличается от номинальной величины гораздо меньше, чем на 1%.
Вообше, разброс параметров зависит от выбранной производителем технологии. При расчете погрешности цепи, содержашей большое количество элементов, вероятность попадания выбираемых значений на границы диапазона весьма мала. Чем больше компонентов, тем меньше эта вероятность. Можно оценить число цепей, вышедших за пределы установленного диапазона, приняв во внимание диапазоны погрешностей и законы распределения всех компонентов, входяших в данную цепь. Сушествуют простые статистические методы определения разброса параметров (например, метод суммы квадратов).
Используя специализированные программные пакеты, можно применить более сложные статистические расчеты, например, на основе метода статистических испытаний Моите-Карло. Статистические оценки параметров схемы основываются на том, что погрешность и закон распределения значений одного компонента не влияет на погрешность и закон распределения значений другого. Таким образом, для применения статистических расчетов, необходимо учесть следуюшее: ° Компоненты, учитываемые в расчете, должны быть независимы. Например, если у вас 2 резистора одинаковой величины, весьма вероятно, что они от одного производителя, и величины их будут очень близкими.
Такие резисторы уже не могут быть рассмотрены как независимые компоненты. ° Законы распределения величин выбранных компонентов должны быть близки к нормальным законам. Например, что вы используете ИОН, и предположим, производитель выбрал ИС ИОН со значениями близкими к номинальному и продает их по более высокой цене. В результате, параметры купленных микросхем будут распределены не по нормальному закону Когда расчеты закончены, можете оценить разброс параметров схемы, вызванный разбросом величин применяемых компонентов.
Также оцените, сколько процентов погрешности величин могут выйти за допустимые пределы. И после этого принимайте решение. 280 ° Глава 9. Системы высокой точности ° Если вы конструируете недорогой блок, то можете просто забраковать блоки, параметры которых оказались вне допустимых пределов. ° Если вы собираете дорогой блок стоимостью в сотни или тысячи долларов, выбрасывать готовые блоки может оказаться невыгодно. В таком случае следует оценить цену статистической погрешности.
Например, вы стоите перед выбором: или переделывать 4% плат или ввести в схему ручную подстройку. Что будет дешевле при дальнейшем производстве и эксплуатации? При принятии решения самым надежным является поиск предельного в статистическом смысле отклонения параметров системы от номинального. Часто эффективные программы статистических методов позволяют получить приемлемые результаты при незначительных затратах. 9.11.
Опорное напряжение от источника питания Формировать опорное напряжение встроенного в микроконтроллер АЦП, как известно, можно от напряжения питания +5 В. Однако на практике трудно встретить применение для прецизионных схем опорного напряжения, полученного от шины питания логических цепей. В большинстве случаев шины питания логики сильно зашумлены и не достаточно стабилизированы для применения в качестве опорного напряжения АЦП или ОУ. Данный раздел приведен здесь в общем виде, примеры вы найдете в других разделах книги.
9.12. Реакуме Суммируя все вышесказанное, стоит отметить, что для построения прецизионных систем необходимо рассмотреть влияние таких факторов, как: ° коэффициент усиления ОУ с разомкнутой петлей ОС; ° напряжение смешения ОУ; ° входное сопротивление ОУ; ° АЧХ ОУ; ° ТКС резисторов; ° зависимость параметров ИОН от температуры; ° разводка цепей заземления; ° трассировка печатной платы; ° возможность гальванической изоляции прецизионной подсистемы от «более грубой», например, силовой электроники — основного источника помех. глдвА 10 Стандартные интерфейсы Большинство микропроцессорных систем напрямую связываются с датчиками и выходными устройствами. Тем не менее, существует с десяток стандартных интерфейсов, применяемых в промышленных устройствах. Блоки для обмена данными по какому-либо интерфейсу обычно встраиваются в промышленный компьютер (шбцмпа! РС) или программируемыи логический контроллер (РгоагапппаЫе Еоя(с Сов!гойет„РЬС).
Интерфейсы рассмотрены здесь кратко, поскольку разработчик может ближе познакомиться с ними в соответствующей литературе. 10.1. Интерфейс! ЕЕЕ 1451.2 10.1.1. Электрические параметры Лоследовательныйнериферииный интерфейс 1ЕЕЕ 1451 — !О-проводной синхронный последовательный интерфейс. В интерфейсе предусмотрена шина питания +5 В, земля, каналы ввода и вывода данных, сигнал синхронизации, прерывания и др. Блоки 1Е ЕЕ 1451 БТ1 М можно заменять, не отключая источников питания.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
