Gli ADC con maggiore precisione e velocità – come l’ADS9817 di Texas Instruments – consentono una maggiore produttività nei sistemi più complessi, come nelle apparecchiature automatiche di test per semiconduttori e nei dispositivi di acquisizione dati con encoder lineari di fascia alta.
Un convertitore analogico-digitale (ADC) utilizza il campionamento simultaneo per monitorare e controllare tensione e corrente in sistemi progettati per monitorare e controllare accuratamente parametri elettrici fondamentali, tra cui corrente, tensione e potenza. Alcuni dei parametri più importanti riguardanti il campionamento sono la velocità e la precisione, che aiutano a massimizzare le prestazioni della catena del segnale. Inoltre, gli ADC con maggiore densità di canale possono aiutare a ridurre le dimensioni della scheda e ad aumentare la quantità di dati che passa attraverso una determinata scheda. In questo articolo, spiegherò come gli ADC con maggiore precisione e velocità possono consentire una maggiore precisione e una maggiore produttività nei sistemi più complessi, come i sistemi di test automatici per semiconduttori, apparecchiature di acquisizione dati ed encoder lineari di fascia alta.
Tester automatici di semiconduttori
La densità di canale svolge un ruolo cruciale nelle apparecchiature di test dei semiconduttori, in particolare nelle apparecchiature per il test automatizzato dei chip di memoria. Una maggiore densità di canale consente alle apparecchiature di test di ospitare più ambienti di test e aumentare la produttività per il contenuto di semiconduttori in esame. Sfruttare un ADC con un numero di canali maggiore in un package più piccolo aumenta le densità di canale ottenibili. Tuttavia, anche con un numero elevato di canali, è importante ottimizzare la larghezza di banda e il tempo di assestamento dell’ADC. Una larghezza di banda maggiore e un tempo di assestamento ridotto riducono il tempo di throughput del segnale, il che diminuisce il tempo di test complessivo per le apparecchiature di test automatizzate dei semiconduttori. I tester di memoria sono in genere sistemi multiplexati, con la necessità di tempi di risposta rapidi affinché l’ADC catturi rapidamente i dati sull’uscita del multiplexer.
La Figura 1 mostra uno schema elettrico per la configurazione dell’ADC in un tester di chip di memoria, mentre la Tabella 1 elenca le modalità di tempo di assestamento e larghezza di banda dell’ADS9817 di Texas Instruments, un ADC a campionamento simultaneo doppio con otto canali a 18 bit in un package da 7 mm per 7 mm.
Il Total Unadjusted Error (TUE) di un ADC è un altro fattore che influisce sulle prestazioni delle apparecchiature di test e sui relativi metodi di calibrazione. Un dispositivo altamente accurato può aumentare la precisione complessiva di un progetto di sistema e ridurre le calibrazioni richieste.
L’ADS9817 ha una integral nonlinearity (INL) inferiore e una temperatura ultra bassa con un valore di drift offset di 0.5ppm/°C e gain drift di 0,7 ppm/°C. Queste specifiche determinano una TUE ridotta, che si traduce in calibrazioni ridotte e prestazioni migliorate per il tester. La Tabella 2 fornisce informazioni sulla TUE del dispositivo ADS9817.
Apparecchiature per l’acquisizione dati
Per misurare le uscite dei sensori ad alta frequenza, come accelerometri non smorzati o trasduttori di corrente a banda larga, i sistemi di acquisizione dati ad alta velocità richiedono un’ampia larghezza di banda senza aliasing, ovvero una catena del segnale di elevata precisione. È necessario un ADC di precisione ad alta velocità per catturare segnali transitori rapidi in modo accurato su un’ampia gamma dinamica. I sistemi di acquisizione dati necessitano di un ADC di circa 20 MSPS per catturare in modo accurato l’ampia varietà di segnali di ingresso. L’ADS9219 di Texas Instruments offre un rapporto segnale/rumore di 95 dB a 20 MSPS.
La figura 2 mostra lo schema a blocchi del circuito per un sistema di acquisizione dati. Un driver ADC integrato semplifica i requisiti di larghezza di banda dell’amplificatore front-end. Questo miglioramento consente ai sistemi di acquisizione dati di fornire sia precisione che ampia larghezza di banda. Dopo che l’ADC ha acquisito le informazioni analogiche, il software di acquisizione dati elabora i dati digitalizzati e li invia all’utente.
Encoder lineari
Gli encoder incrementali analogici generano segnali seno e coseno da 1 Vpp che un ADC digitalizza nel servo drive. L’interpolazione dei segnali seno e coseno fornisce al servo drive la posizione e la velocità del motore.
Sono necessari due canali di campionamento simultanei per interpolare accuratamente questi segnali. Le apparecchiature terminali di controllo motore con requisiti di elevata precisione come gli interferometri laser o gli encoder lineari di fascia alta possono misurare motori in rapido movimento ed eseguire movimenti precisi sfruttando il metodo del seno e coseno del motore.
La frequenza del segnale di uscita dell’encoder è direttamente correlata alla velocità del motore, quindi gli encoder lineari di fascia alta richiedono un ADC ad alta frequenza di campionamento.
ADS9219 e ADS9218 di TI sono ADC a campionamento simultaneo a due canali con 20 MSPS e 10 MSPS, rispettivamente, perfetti per misurare le uscite seno e coseno degli encoder. Il THS4541 è un amplificatore completamente differenziale ad alta velocità che funge da driver ADC a bassa potenza e alte prestazioni. Questi dispositivi sono delle buone opzioni per il controllo del motore seno e coseno, perché gli ADC possono catturare entrambi i segnali simultaneamente con un’ampia larghezza di banda, consentendo un controllo più rigoroso e movimenti più precisi. Il controller del motore può controllare in modo accurato e preciso il motore elettrico utilizzando entrambi i segnali nell’algoritmo di controllo. Poiché i segnali seno e coseno sono sfasati di 90 gradi, l’algoritmo di controllo può rilevare dove si trova il rotore del motore e la velocità di rotazione. La Figura 3 mostra uno schema a blocchi dell’encoder per un sistema di encoder incrementale.
Conclusione
I sistemi di test automatici per semiconduttori necessitino di un’elevata densità di canali con elevata velocità a un certo livello di accuratezza. Le apparecchiature di acquisizione dati richiedono velocità molto elevate per catturare i segnali e gli encoder lineari di fascia alta che utilizzano il controllo seno e coseno: richiedono ADC di campionamento simultaneo accurati per consentire un controllo preciso. ADS9219 e ADS9817 possono essere di aiuto per creare sistemi di alto livello con dimensioni ridotte e una migliore precisione operativa, riducendo al minimo le calibrazioni richieste e i tempi di fermo nelle apparecchiature finali.
Risorse aggiuntive
- Nota applicativa, “Semplifica i filtri antialiasing con ADS9218“.
- Panoramica del prodotto, “ADC di precisione per encoder motore e rilevamento della posizione“.
- Brief dell’applicazione “Catena di segnali a bassa latenza per unità di misura nel loop di controllo digitale“.
- Video “Famiglia di ADC di precisione ADS9817 e ADS9813“.
Kyle R. Stone è Product Marketing Manager presso Texas Instruments.
