Analogsignale digitalisieren – Teil 3 Einführung in die Rauscheigenschaften von Delta-Sigma-ADUs

Vergleich beider Methoden

Abschließend wird das Ergebnis auf der Basis des eingangsbezogenen Rauschens mit dem Einsatz eines relativen Parameters vergleichen. In der Tabelle in Bild 19 ist die rauschfreie Auflösung des ADS1262 mit den gleichen Datenraten- und Verstärkungs-Konfigurationen wie in der Tabelle in Bild 18 zu sehen.

Im zweiten Teil [3] wurde darauf hingewiesen, dass viele Entwickler unnötigerweise besorgt sind, wegen der Maximierung ihrer rauschfreien Auflösung (Dynamikbereich). Um diesem Aspekt genauer auf den Grund zu gehen, wird nun aus dem höchsten markierten Wert bei der vom System benötigten Abtastrate von 5 Hz die rauschfreie Auflösung berechnet. In der Tabelle in Bild 19 beträgt dieser Wert 23,5 bit und steht bei einer Verstärkung von 16 V/V unter Verwendung des Sinc4-Filters zur Verfügung.

In der Bildunterschrift zur Tabelle in Bild 19 heißt es, dass die Berechnungen für die gezeigte Tabelle auf einer Referenzspannung von 5 V basieren, und nicht auf dem für unser Beispiel spezifizierten Wert von 2,5 V. Um diesen Unterschied zu kompensieren, muss jede Auflösungsangabe in der Tabelle in Bild 18 um 1 bit reduziert werden. Folglich ist unter den bestehenden Bedingungen nur eine maximale rauschfreie Auflösung von 22,5 bit zu erwarten. Daraufhin kann jetzt der zu erwartende Auflösungsverlust des AD1262 bei diesen Einstellungen errechnet werden.

Unter Heranziehung des Ergebnisses von Gleichung 12 beträgt die rauschfreie Auflösung mit einem 32-bit-ADU lediglich 16,5 bit.

 

A u f l ö s u n g s v e r l u s t space left parenthesis D y n a m i k b e r e i c h right parenthesis equals log subscript 2 open parentheses fraction numerator begin display style fraction numerator 16 space V over denominator V end fraction end style cross times 2 comma 5 space V cross times 2 begin display style fraction numerator m V over denominator V end fraction end style over denominator 2 cross times 2 comma 5 space V end fraction close parentheses equals negative 5 comma 96 space b i t space space space space space left parenthesis 12 right parenthesis

 

Für viele Entwickler ist dies ein ernüchterndes Resultat, das die Befürchtung zu nähren scheint, man zahle für eine Leistung, die der ADU in Wirklichkeit nicht erreicht. Werden jedoch die gleichen Einstellungen wie in der Tabelle in Bild 18 betrachtet, so ist zu erkennen, dass man bei den gegebenen Bedingungen von einem Rauschen von 48 nVSS profitiert. Dies aber ist ein unglaublich geringer Wert, den kein 16-bit-ADU und nur sehr wenige 24-bit-ADUs bieten können.

Genau dies sollte Entwicklern deutlich sein: Sie benötigen einen so hochauflösenden ADU, um eine rauschfreie Auflösung (Dynamikbereich) von 16,5 bit zu bekommen, denn das System im Beispiel verlangt nach einem extrem niedrigen Rauschen. Aus diesem Grund ist es auch sinnvoll, das eingangsbezogene Rauschen zum Definieren der Rauscheigenschaften und zur Auswahl des ADUs heranzuziehen.

 

Literatur

[2] ADS124S0x Low-Power, Low-Noise, Highly Integrated, 6- and 12-Channel, 4-kSPS, 24-Bit, Delta-Sigma ADC with PGA and Voltage Reference. Texas Instruments, Datenblatt, Juni 2017, www.ti.com/lit/ds/symlink/ads124s08.pdf.

[3] Lizon, B.: Analogsignale digitalisieren – Teil 2: Einführung in die Rauscheigenschaften von Delta-Sigma-ADUs. www.elektronik.de, 24. Mai 2019, www.elektroniknet.de/elektronik/halbleiter/einfuehrung-in-die-rauscheigenschaften-von-delta-sigma-adus-165698.html.

[5] Lizon, B.: Analogsignale digitalisieren – Teil 1: Einführung in die Rauscheigenschaften von Delta-Sigma-ADUs. www.elektronik.de, 23. Mai 2019, www.elektroniknet.de/elektronik/halbleiter/einfuehrung-in-die-rauscheigenschaften-von-delta-sigma-adus-165688.html.

[7] ADS126x 32-Bit, Precision, 38-kSPS, Analog-to-Digital Converter (ADC) with Programmable Gain Amplifier (PGA) and Voltage Reference. Texas Instruments, Datenblatt, Juli 2015, www.ti.com/lit/ds/symlink/ads1262.pdf.

 

Der Autor

Bryan Lizon, B. Sc.

ist Produktmarketing-Ingenieur für Präzisions-ADUs bei Texas Instruments, wo er die Marketingfunktionen für Fabrikautomatisierung und -steuerung, Sensormessungen und Automobilprodukte unterstützt. Lizon studierte Elektrotechnik an der Universität von Arizona, USA.

asktexas@ti.com