Chopping en ADC-Sigma Delta

Chopping es una técnica que se puede utilizar para cancelar voltajes de offset y otros errores de baja frecuencia. Esta nota de aplicación describe cómo se implementa chopping en AD7708 / AD7718, AD7709, AD7719, AD7782 / AD7783,AD7195 de alta resolución ---. ADCs y discute los beneficios resultantes eso trae.

Errores de Offset.

Los errores de voltaje de compensación pueden surgir en muchos puntos dentro de una cadena de procesamiento de señales, por ejemplo, el voltaje del termopar dependiente de la temperatura que surge cuando se unen dos metales diferentes. Dentro de un circuito integrado como un ADC, existen numerosas fuentes de errores de compensación interna, como la falta de coincidencia entre los dispositivos de entrada de un amplificador, la inyección de carga en el condensador de muestreo cuando se cierra un interruptor de muestreo o la interferencia de la radiación EMI. Estas compensaciones generalmente son indeseables y son particularmente problemáticas si cambian con la temperatura debido a que una calibración única no es suficiente para eliminar los errores de compensación en todas las temperaturas y suministros.

Chopping.

Un offset(desplazamiento) que surge dentro de los diversos amplificadores de un modulador

Simbolo de modulador

Por lo general se puede anular, ya sea mediante chopping local o la puesta a cero automática del amplificador. Sin embargo, otros errores de offset no pueden eliminarse por estos medios. La solución implementada en estos ADC es chop toda la cadena de señales analógicas dentro del ADC. Esto elimina cualquier error de offset(desplazamiento) y errores de baja frecuencia, lo que da errores de offset extremadamente bajos y deriva. El esquema se ilustra en la Figura 1

Chopping

La entrada diferencial al modulador se invierte alternativamente (o CHOPPED) en el multiplexor de entrada y se realiza una conversión de ADC para cada fase de chop. El modulador chop se invierte en el multiplexor de salida antes de pasar al filtro digital.

si el offset en el modulador es representado como Vos, luego la salida cuando chop es 0 es:

y la salida cuando es chop es 1 es :

el voltaje de error(offset)Vos, es removido promediando estos dos resultados en el filtro digital daría:

que es igual a la tensión de entrada diferencial sin ningún término de offset(compensación).

Resultado/Calibración.

El efecto es eliminar virtualmente cualquier error de offset que surja dentro del ADC y, lo que es más importante, minimizar el offset de desvio debido a la temperatura. La fuga de estos ADC se especifica como ± 5 nV / ° C típico. De hecho, es prácticamente inmedible. La totalidad de los circuitos analógicos son "chooped" de la entrada del multiplexor a la salida del modulador. Por lo tanto, no se requieren calibraciones de compensación de ADC.

La especificación de error de offset del ADC es ± 0.5 μV típica. Esto se mide con 0 V aplicados externamente a la parte que se encuentra en un zócalo de PCB y, por eso, en su mayoría incluye errores de temocuplas debidos a diferentes metales utilizados en los diversos contactos (pista de PCB, soldadura, marco de plomo, cable de unión, metalización de troqueles, etc.).El chopp elimina el offset incluso de circuitos o metales que hacen contacto con las PCB.

Entendiendo-la respuesta de paso.

Dado que el ADC necesita realizar una conversión para chop = 0 y chop = 1, la primera salida del ADC toma dos períodos de conversión (2 × tADC), por lo que hay un tiempo de establecimiento de dos períodos de conversión para la primera salida. Salidas subsiguientes ocurren cada período de conversión (tADC).

El retraso de dos conversiones se produce después de que se cambia un canal, después de que se cambia el PGA o después de un cambio de modo ADC (por ejemplo, después de salir del apagado, para que no se produzcan salidas intermedias / inválidas; la primera salida después de un canal el cambio es 100% establecido para el nuevo voltaje del canal.)

Si la entrada analógica experimenta un cambio de paso externo al ADC, por ejemplo, si la salida de un sensor cambia repentinamente o se cambia un multiplexor externo, el ADC no detecta automáticamente que se ha producido un cambio. Produce salidas que son un promedio ponderado de la nueva entrada y la entrada antigua, a menos que se instruya al ADC para que inicie una nueva conversión mediante la interrupción del convertidor cuando se cambia el multiplexor externo, luego reinicie el ADC para que produce una salida 2 × tADC posterior.

No hay nada inusual en que el ADC produzca valores intermedios después de un cambio en la señal de entrada. Este comportamiento es idéntico al de un filtro analógico. Si se aplica un cambio de paso a la entrada de un filtro de paso bajo analógico, durante un período de tiempo la salida refleja una combinación de la entrada analógica antigua y la entrada analógica nueva. Solo después de que haya transcurrido una cantidad suficiente de constantes de tiempo, la salida del filtro refleja completamente el nuevo valor de entrada.

Respuesta de paso del filtro analógico.

Estos ADC Σ-Δ contienen un filtro de paso bajo con una frecuencia y un tiempo de establecimiento de 3 dB dados, por lo que su respuesta es similar en tiempo discreto, aunque con una respuesta de impulso / paso de duración finita.

La única característica de estos ADC que puede ser inesperada es que puede haber dos salidas intermedias después de un cambio en la entrada analógica (modo de latencia cero desactivado). Esta es una consecuencia de chopping. Una salida de ADC "chopped" es el promedio de la conversión de ADC actual y la conversión anterior.

Si la entrada analógica cambió parcialmente durante un período de conversión de ADC, entonces la conversión actual de ADC refleja una combinación de la entrada analógica antigua y la entrada nueva, y el resultado promedio es un valor intermedio.

La siguiente conversión (sin promediar) refleja con precisión la nueva entrada. Sin embargo, cuando se promedia con la conversión anterior, aún no da el valor final, por lo que produce el segundo

Salida sin resolver. Solo la tercera salida está completamente asentada (ver Figura ).

Cambio asíncrono en la tensión de entrada analógica.

Respuesta de frecuencia.

Chopping también afecta la respuesta de frecuencia, pero principalmente de una manera beneficiosa. La acción del promedio por 2 coloca notches en la respuesta en múltiplos impares de Fadc / 2, siendo Fadc la velocidad de datos de salida. Estas notches pueden proporcionar un mejor rechazo de 50 Hz / 60 Hz. Por ejemplo, si la tasa de datos de salida es igual a 12.5 Hz y se selecciona el filtro sinc4, el filtro sinc coloca una notch en 50 Hz, mientras que la función de chopping coloca un notch en 56.25 Hz. El notch a 56.25 Hz proporciona rechazo a 60 Hz.

Respuesta en frecuencia(sinc4,12.5 Hz Output Date)

Ruido RMS

El promedio realizado como parte del chopping mejora el ruido rms. El ruido mejora por la raíz cuadrada de 2 que equivale a 0,5 LSBs mejora en resolución pico a pico y resolución efectiva.

Conclusión

El propósito principal de chopping es la eliminación de errores de offset(compensación). En estos ADC de Analog Devices, Inc., el chopping hace un excelente trabajo de eliminar offsets. Además, el chopping tiene otros beneficios, como la mejora del ruido rms y notches adicionales en la respuesta del filtro, que se pueden utilizar para el rechazo de 50/60 Hz.

Fuente.