Proiectarea centrului de dezvoltare hardware analogic
Evitați zgomotul în proiectarea hardware analogică
Cele mai multe implicări includ mai multe convertoare analog-la-digitale (ADC) și convertoare digitale-la-analog (DAC), care vă permit să gestionați aplicații analogice fără hardware suplimentar. Pentru a adăuga puterea acestui hardware, API-ul imp include clase pentru eșantionare analogică și ieșire analogică cu frecvență fixă, permițând dispozitivului dvs. să înregistreze și să redea forme de undă analogice complete. Unele aplicații care utilizează această funcționalitate includ:
- Citiri unice ale tensiunilor analogice, permițând proiectării dvs. să-și măsoare tensiunea bateriei sau să citească senzori analogici simpli, cum ar fi termistori
- Eșantionare rapidă a senzorilor analogici. De exemplu, eșantionarea rapidă a unui accelerometru analogic pentru a detecta și caracteriza vibrațiile
- Înregistrare și redare audio
Pentru mai multe informații despre dezvoltarea firmware-ului aplicației Electric Imp pentru înregistrarea și redarea formelor de undă analogice, consultați ghidul orientat spre software Cum se utilizează samplere și DAC-uri cu frecvență fixă.
În funcție de aplicație, integritatea semnalului devine foarte importantă pentru a obține performanțe bune din design. Este posibil ca unele aplicații mai simple, cum ar fi citirea unui senzor de precizie redusă precum un termistor, să nu necesite considerațiile acoperite în acest ghid. Pentru alții, cum ar fi senzorii audio sau electrochimici, câțiva mV de zgomot pot afecta grav performanța, provocând zgomot audibil într-o înregistrare audio sau introducând erori semnificative la citirea senzorului.
Dacă designul dvs. implică înregistrarea sau redarea formelor de undă complete sau dacă efectuați citiri analogice discrete care nu pot tolera zgomotul de 50mV, acest ghid conține informații importante care vă vor ajuta să vă optimizați designul rapid.
Povestea de putere pentru designul dvs. are cea mai mare influență asupra vulnerabilității la zgomot, astfel încât acest ghid petrece o perioadă destul de scurtă de timp asupra modului în care designul dvs. va fi alimentat. De asemenea, acoperă evitarea zgomotului cauzat de aliasing și diafragmă.
Alianta
Pentru a înțelege modul în care diferite surse de zgomot afectează un semnal pe care încercați să îl înregistrați, este important să înțelegeți aliasing-ul.
Când se prelevează orice formă de undă analogică, frecvența maximă care poate fi înregistrată fidel este de jumătate din frecvența de eșantionare (rata Nyquist). Dacă semnalele de frecvență mai mare sunt prezente în forma de undă eșantionată, acestea vor fi aliased la o frecvență mai mică; copia eșantionată a semnalului de înaltă frecvență nu se poate distinge de o copie a unui semnal de frecvență mai joasă.
Aliasarea apare atunci când un semnal de înaltă frecvență este eșantionat la o frecvență mult mai mică,
care apare ca o frecvență mai mică decât semnalul original.
„AliasingSines” de Moxfyre este licențiat sub CC BY-SA 3.0
Aliasarea poate provoca probleme grave la înregistrarea formelor de undă analogice. De exemplu, luați în considerare o aplicație de înregistrare audio. Dacă un sunet cu frecvență ridicată este prezent în momentul înregistrării, acesta poate fi aliasat într-un sunet audibil, introducând zgomot.
Pentru a evita aliasing-ul, se recomandă un filtru anti-aliasing. Un filtru anti-aliasing este un filtru analogic, care filtrează semnalul primit înainte de eșantionare. Acest filtru ar trebui să încerce să blocheze orice frecvențe peste rata Nyquist a samplerului, asigurându-se că orice semnal prezent poate fi înregistrat de sampler.
Designul de referință Lala include un filtru low-pass Butterworth de ordinul doi pentru anti-aliasing. Acest filtru blochează în mod eficient frecvențe peste 8kHz. Dacă eșantionul este rulat la 16 kHz, acest filtru este eficient în prevenirea oricărui zgomot de înaltă frecvență care să fie aliasat în semnal.
Răspunsul în frecvență al filtrului anti-aliasing Lala. Complot generat de Expertul de proiectare a filtrelor Analog Devices
Chiar dacă aplicația dvs. nu se concentrează pe sunet, este important să luați în considerare aliasarea. Așa cum acest fenomen poate prelua zgomotul de frecvență înaltă inaudibil de la un microfon și îl poate muta în banda sonoră, poate, de asemenea, să deplaseze zgomotul de înaltă frecvență din ondulația sursei de alimentare sau să încarce tranzitorii și să îl mute în intervalul de frecvență de interes.
Sursa de alimentare
Cheia înregistrării și redării formelor de undă analogice „curate” este de a furniza energie „curată” tuturor porțiunilor din designul analogic. Zgomotul sursei de alimentare a oricăror componente care ating semnalul analogic va fi transferat, într-o oarecare măsură, în semnalul analogic. Există multe surse de zgomot care afectează sursa de alimentare. Tranzitorii de încărcare și zgomotul la sol sunt două surse foarte dominante de zgomot care afectează fiecare proiectare.
Încărcați tranzitorii
Cea mai semnificativă sursă de zgomot în proiectarea dvs. va fi probabil tranzitorii de încărcare pe sursa de alimentare. Multe părți ale unui dispozitiv conectat la internet (radioul și procesorul WiFi, precum și alte componente pe care le poate include designul, cum ar fi un bliț SPI) trag curent de la sursa de alimentare în vârfuri mari și bruște, ceea ce face ca întreaga șină de alimentare să sune . Când acest sunet atinge porțiunile analogice ale designului dvs., acesta va provoca zgomot. Pentru a minimiza zgomotul de la tranzitorii de sarcină: