Изолированная аналого-цифровая конверсия: новый сигма-дельта-модулятор от Broadcom
Компоненты изоляции, такие как ACPL-C799, позволяют передавать данные без установления прямого электрического соединения между двумя частями системы.
Гальваническая развязка является важным методом проектирования, когда одна часть цепи должна быть отделена от напряжений или токов в другой части системы. На самом деле, однако, гальваническая изоляция сама по себе не сложна - просто не устанавливайте проводящий путь между двумя подсхемами. Трюк перемещает электрическую информацию между этими подсхемами.
Если мы не можем делиться данными по электричеству, нам нужно использовать что-то еще. Типичным подходом является использование света (хотя доступны другие варианты). Однако оптическая связь может стать немного громоздкой, когда вы имеете дело с несколькими цифровыми сигналами. Если у вас есть восьмибитная параллельная шина данных, для прямой реализации потребуется восемь отдельных схем LED-plus-optical-detector.
Итак, допустим, у вас есть аналоговый сигнал в одной части вашей схемы, и вы хотите оцифровать этот сигнал и передать данные в другую часть. Достаточно просто, но что происходит, когда эти две подсхемы должны быть гальванически изолированы »// www.allaboutcircuits.com/technical-articles/understanding-the-delta-sigma-analog-to-digital-converter/" target = "_ blank"> сигма-дельта модуляция:
Все изображения (если не указано иное) взяты из таблицы ACPL-C799
Здесь мы имеем схему преобразования, которая отображает аналоговое входное напряжение на определенную плотность логически высоких и логически низких состояний. Результатом является однобитовый выходной сигнал, который, несмотря на его однобокость, может представлять собой конверсионные разрешения, которые весьма впечатляют. (Быстрый поиск по Digi-Key показывает, что сигма-дельта АЦП в настоящее время предлагают разрешение до 32 бит.)
Интегрированный подход
Как всегда, вам не нужно много работать над реализацией полностью изолированного аналого-цифрового преобразования. Чипы, такие как ACPL-C799, могут обрабатывать детали:
Как вы можете видеть, ACPL-C799 включает в себя обработку аналогового сигнала, сигма-дельта-модуляцию и интерфейс оптической связи. Выход состоит из сигма-дельта цифрового сигнала и соответствующего тактового сигнала (частота составляет 10 МГц, и обратите внимание, что он генерируется внутренне - не требуется генератор).
Фильтр
Возможно, вам будет интересно: что я должен делать с этим сигналом с высокой плотностью сигнала? Это справедливый вопрос; обычно мы хотим, чтобы наши данные АЦП были представлены в виде (цифровых) номеров.
Ну, оказывается, что вам действительно нужна какая-то схема в дополнение к ACPL-C799, если вам нужны типичные данные ADC. Чтобы быть более конкретным, вам нужен фильтр прореживания; этот блок обработки сигналов преобразует однобитовый поток данных в типичные многобайтовые данные и в то же время уменьшает частоту дискретизации. Техническое описание рекомендует фильтр sinc, а также отмечает, что вы можете использовать FPGA или цифровой сигнальный процессор для этой задачи (если вам не посчастливилось иметь DSP или FPGA в вашей системе), то у вас будет стать творческим).
Дискретный импульсный отклик, основанный на функции sinc (изображение, заимствованное из этой статьи)
Точный характер конечных данных АЦП зависит от характеристик фильтра, а не от самого ACPL-C799. В техническом описании приведен пример, в котором фильтр имеет коэффициент прореживания 256 и предназначен для 16-разрядных выходных данных. Это приведет к частоте дискретизации (10 МГц) / 256 ≈ 39 кГц и разрешению АЦП (вы догадались) 16 бит.
Аналоговая сторона
Аналоговый входной сигнал ACPL-C799 с положительным 80 мВ до отрицательного 80 мВ - довольно мал, поэтому вам может понадобиться делитель напряжения (а затем буфер), чтобы обеспечить совместимость вашего входного сигнала. Следующая таблица дает вам представление о том, как разные входные напряжения соответствуют сигма-дельта-данным и отфильтрованным данным АЦП.
Кроме того, вы заметите, что спецификация специфицирует «линейный» диапазон входных сигналов ± 50 мВ, а не ± 80 мВ. Однако приведенная выше таблица четко указывает диапазон ± 80 мВ. Что такое таблица, которая пытается рассказать нам об этом? Ответ: Не знаю!
Насколько я могу судить, аналоговая входная схема полностью работоспособна при напряжениях до ± 80 мВ, но производительность линейности уменьшается до ± 50 мВ. В таблице данных загадочно говорится, что аналоговый входной каскад принимает напряжения «± 50 мВ (полная шкала ± 80 мВ)». В другом месте он намекает, что есть что-то не так хорошее относительно напряжений, превышающих ± 50 мВ, потому что ± 50 мВ является « рекомендуемым диапазоном ввода» (акцент мой). Все, что я могу сказать, это быть осторожным - если вы хотите подтолкнуть свой входной сигнал до ± 80 мВ, могут быть последствия.
Есть ли у вас идеи для удобного способа реализации фильтра прореживания? Дайте нам знать об этом в комментариях.