La solución más efectiva: Controladores Analógicos a Digitales ADC
Manteniendo la integridad de la señal del sensor requerida para aprovechar al máximo esta mayor resolución, los ADC de mayor velocidad se vuelven muy desafiantes.
A medida que aumenta la resolución y la velocidad del ADC, los efectos del ruido y la distorsión de la señal del sensor se vuelven más notables. A velocidades de muestreo ADC más altas, se debe tener cuidado para garantizar que la señal de entrada se haya establecido antes del evento de muestreo y que las señales de ancho de banda más altas no vuelvan a alias en el ancho de banda de la señal de interés.
Para superar estos desafíos de acondicionamiento de señal, muchas aplicaciones ADC requieren un controlador ADC que proporcione suficiente asentamiento y antialias. Como se describió anteriormente, la mayoría de los ADC modernos implementan una arquitectura de entrada diferencial. Una de las funciones principales del controlador ADC es proporcionar la conversión de un solo extremo a diferencial de la señal entrante (aunque también pueden manejar una señal de entrada diferencial).
Otra función del controlador ADC es amortiguar la señal de entrada, por lo tanto, aislar el resto de los circuitos de la inyección de carga en el nodo de entrada del ADC. El controlador ADC proporciona carga instantánea para garantizar que el nodo de muestreo se resuelva dentro del tiempo de seguimiento, minimizando así cualquier distorsión relacionada con el asentamiento. Se debe tener cuidado con el diseño a nivel de placa PCB del controlador ADC y del convertidor, para garantizar una resistencia de traza mínima desde la salida del controlador a la entrada del ADC.
La mayoría de los amplificadores de los Controladores Analógicos a Digitales ADC también proporcionan un pin de hardware que permite al usuario cambiar el voltaje de modo común. Esta característica es ideal para garantizar que la señal diferencial resultante se centre dentro del rango de voltaje de entrada del ADC, maximizando, por lo tanto, el rango dinámico. A medida que los voltajes operativos continúan tendiendo la tendencia más baja, el rango dinámico se vuelve aún más crítico para garantizar la resolución completa de la señal de entrada.
Finalmente, de manera similar a la mayoría de los componentes del amplificador, los controladores ADC pueden proporcionar una amplificación de la señal de entrada, así como el filtrado activo.
Cabe señalar que la mayoría de los controladores ADC se especifican con ganancias relativamente bajas, típicamente ganancias de solo 1 o 2 V/V. Al mantener baja la ganancia del circuito cerrado del amplificador, la ganancia de bucle se maximiza, lo que resulta en una distorsión más baja. Por ejemplo, si un amplificador tiene una ganancia de circuito abierto de 100 dB y está configurado para una ganancia de circuito cerrado de 200, o 46 dB, esto deja solo 54 dB de margen de ganancia de circuito abierto para garantizar la linealidad, o aproximadamente una parte en 500. Por lo tanto, es común tener una etapa de ganancia separada que se encuentre cerca de la fuente de señal para maximizar la relación señal / ruido.
Futuro próximo para los ADC
La proliferación de sensores en una amplia variedad de mercados finales ha creado un enfoque adicional en los circuitos de acondicionamiento de señal. Con el costo de la alta resolución, los ADC de mayor velocidad continúan disminuyendo, y darse cuenta de que esta mejora del rendimiento se vuelve más desafiante.
Para aprovechar al máximo su convertidor de datos, el controlador ADC es fundamental a la hora de optimizar el rendimiento, al tiempo que agrega una distorsión insignificante, ruido y errores de tiempo a la señal fuente. Los dispositivos especializados, como el controlador diferencial MCP6D11 de Microchip, están diseñados específicamente para maximizar el rendimiento de los Controladores Analógicos a Digitales ADC de alta velocidad y resolución.
