高速电路设计系列分享-信号链精度分析(中)

news2024/7/6 20:43:11

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概要

整体架构流程

技术名词解释

技术细节

1.直流无源误差

小结


概要

提示:这里可以添加技术概要

在任何设计中,信号链精度分析都可能是一项非常重要的任务,必须充分了解。之前, 我们讨论了在整个信号链累积起来并且最终会影响到转换器的多种误差。请记住,转换 器是信号链的瓶颈,最终决定着信号的表示精度。因此,转换器的选择是设定系统整体 要求的关键。在本文中,我们将以上述认识为基础,重点分析可能在给定信号链中累积 的直流误差的类型。 
 

整体架构流程

提示:这里可以添加技术整体架构

在信号链中,可能会累积的误差有两类——即直流和交流误差。直流或静态误差(如增 益和失调误差)有助于了解信号链的精度或灵敏度。交流类误差也称为噪声和失真,限 制着系统的性能和动态范围。这两类误差都需要了解,因为二者最终决定着系统的分辨 率。

本文将专门分析直流误差,根据其与无源和有源器件的关系,对每种不精确性进行细分。
 

技术名词解释

ADC:
      模拟数字转换器即A/D转换器,或简称ADC,通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。由于数字信号本身不具有实际意义,仅仅表示一个相对大小。故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准,比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小。而输出的数字量则表示输入信号相对于参考信号的大小 

GSPS:
积分型AD的转换时间是毫秒级属低速AD,逐次比较型AD是微秒级属中速AD,全并行/串并行型AD可达到纳秒级。采样时间则是另外一个概念,是指两次转换的间隔。为了保证转换的正确完成,采样速率(Sample Rate)必须小于或等于转换速率。因此有人习惯上将转换速率在数值上等同于采样速率也是可以接受的。常用单位是ksps和Msps,表示每秒采样千/百万次(kilo / Million Samples per Second)。

   在高速数据通信领域,经常使用GSPS(Gigabit Samples Per Second,即每秒千兆次采样)作为单位,1GSPS=1000MSPS=1000,000KSPS.
 

技术细节

1.直流无源误差

所有无源组件都有误差与其相关,尤其是电阻。表面上看,电阻似乎是比较简单的器件, 但实际上,如果其规格不符合设计要求,则在整个信号链中都有可能导致误差。这里不 会讨论如何选择正确的电阻类型及其构成。但要记住,根据具体的应用,有些电阻类型 可能比其他更合适。

阻性直流误差源于不理想的电阻容差。简单地指定容差值是不够的。然而,对电阻误差 容差过分挑剔也可能产生不利影响,使得分析过于复杂。在为给定的信号链指定电阻类 型时,至少要注意四个至关重要的技术规格:

值容差,单位通常为%。

温度系数或漂移,单位通常为 ppm/°C。

寿命漂移或合格性,通常以指定小时数内的%为单位(通常为 1000)。

值容差比,当网络中或同一封装中有两个或以上的电阻且值匹配时,值容差以%为 单位。

为了说明电阻误差是如何累积起来的,我们来看看下面这个例子:假设有一个 100Ω 的电阻,其值容差为 1%,温度漂移为 100ppm/°C,寿命容差为 5%,则在 5000 小 时的寿命周期内,在 85°C 的温度范围内,其电阻为 93.15Ω 至 106.85Ω:

 

 总容差 (RVALUE +RTOL +RCOEFF +RLIFE) = (RVALUE +((RTOL/100) ×RVALUE)+ (((RCOEFF ×0.000001) ×温度 范围) ×RVALUE) + ((RLIFE/100) ×RVALUE)) =94 Ω 至 106 Ω。

来之不易的信息边注:有些组件的寿命周期只有 1000 小时,但设计的要求可能要长得 多,比如,10,000 小时。为了解决这个问题,不要将 1000 小时乘以 8.77(8766 小时/ 年);这样做太过悲观了。任何精密模拟电路中的长期漂移都会有一定的“随机游动” 量。正确的做法是用此数值的平方根,即 √8.766 =~3 再乘以 1000 小时。因此,10,000 小时的寿命周期为: √10.000 =3.16×1000 小时,如此等等。

小结

提示:这里可以添加总结

    需要注意的是,电容和电感也有误差。但这些误差通常可以忽略不计,在这类直流分析 里并无多大的价值。另外,这些器件实际上是无功器件,对滤波和带宽容差的影响最大, 本文的直流分析里同样没有考虑这一点。

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