Analogtipp Automatische Prüfsysteme und Encoder mit ADCs überwachen

Simultan abtastende A/D-Wandler werden häufig zum Messen von Spannung und Strom eingesetzt. Je höher die Kanaldichte ist, umso kleiner werden die Leiterplatten. Wird auch die Genauigkeit angehoben, lassen sich Halbleiter-Prüfsysteme, Datenerfassungs-Systeme und Linear-Encoder mit höherer Präzision und Durchsatz realisieren.

Stattet man ein automatisches Halbleiter-Prüfsystem (ATM) mit einem A/D-Wandler mit höherer Kanaldichte aus, müssen auch die Bandbreite und die Einschwingzeit des A/D-Wandlers optimiert werden. Dies gilt insbesondere für die meist im Multiplexbetrieb arbeitenden Speichertester (Bild 1).

Der „Total Unadjusted Error“ (TUE), also der unkorrigierte Gesamtfehler eines A/D-Wandlers, ist ein weiterer Faktor, der sich auf die Leistungsfähigkeit des jeweiligen Prüfsystems und die erforderlichen Kalibriermethoden auswirkt. Je genauer der ADC ist, umso größer ist die insgesamt erzielte Präzision des Systems und umso weniger Kalibrierung ist erforderlich.

Der ADS9817, ein achtkanaliger 18 Bit Dual-Simultaneous-Sampling-ADC, zeichnet sich durch eine geringere integrale Nichtlinearität (INL) und eine extrem geringe Temperaturempfindlichkeit aus (Offsetdrift: 0,5 ppm/°C; Gain-Drift: 0,7 ppm/°C). Diese Kenndaten resultieren in einem geringeren TUE, was den Kalibrieraufwand reduziert und die Leistungsfähigkeit des Testers verbessert. Tabelle 1 gibt genauere Auskunft über den TUE des ADS9817.

Anforderungen an schnelle Datenerfassungs-Systeme

Schnelle Datenerfassungs-Systeme verlangen nach einer breitbandigen, von Alias-Effekten freien und präzisen Signalkette, wenn die Ausgangssignale beispielsweise von ungedämpften Beschleunigungssensoren oder breitbandigen Stromwandlern weiterverarbeitet werden sollen. Müssen Signale mit hoher Änderungsgeschwindigkeit und Dynamik erfasst werden, geht es nicht ohne einen ebenso schnellen wie präzisen A/D-Wandler mit einer Abtastrate von beispielsweise 20 MSample/s.

Der ADS9219 kommt bei dieser Abtastrate auf einen Signal-Rauschabstand von 95 dB. Das Blockschaltbild eines entsprechenden Datenerfassungs-Systems ist in Bild 2 zu sehen. Der integrierte ADC-Treiber entschärft hier die Anforderungen an die Bandbreite des Front-End-Verstärkers, sodass es einfacher wird, hohe Genauigkeit im Verbund mit einer großen Bandbreite zu realisieren.

Analoge Inkremental-Encoder geben Sinus- und Cosinus-Signale mit einer Amplitude von 1 V_pp aus, die mithilfe von A/D-Wandlern digitalisiert werden, um beispielsweise Positions- und Drehzahlinformationen zu extrahieren. Für die präzise Interpolation dieser Signale sind zwei simultan abtastende Kanäle erforderlich. Da die Frequenz des Encoder-Ausgangssignals in direktem Verhältnis zur Motordrehzahl steht, benötigen anspruchsvolle Linear-Encoder einen A/D-Wandler mit hoher Abtastrate.

Motoren genauer regeln für präzise Bewegungen

Bei den Bausteinen ADS9219 und ADS9218 handelt es sich um zweikanalige Simultaneous-Sampling-ADCs mit Abtastraten von 20 bzw. 10 MSample/s. Beide eignen sich gut für die Weiterverarbeitung der Sinus- und Cosinus-Ausgangssignale von Encodern, da sie die beiden Signale gleichzeitig und mit großer Bandbreite erfassen können.

Unter dem Strich resultiert dies in einer genaueren Regelung und in präziseren Bewegungen, weil beide Signale vom Motorregler genutzt werden. Da das Sinus- und das Cosinus-Signal einen Phasenversatz von 90° aufweisen, kann der Regelungsalgorithmus daraus genau die Motorposition und die Drehzahl ermitteln.

Fazit: Hochpräzise, breitbandige A/D-Wandler mit hoher Kanaldichte bewirken folglich eine entscheidende Aufwertung von Systemen, indem sie eine Verkleinerung der Abmessungen, eine Steigerung der Genauigkeit und eine Minimierung des Kalibrieraufwands ermöglichen. (kr)

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* Kyle R. Stone ist Product Marketing Manager Precision ADC bei Texas Instruments in Dallas /USA.

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