ADuC7026 proporciona voltajes programables para evaluar múltiples sistemas de energía

Introducción

Los interruptores de alto voltaje, los ADC bipolares y otros dispositivos con múltiples fuentes de alimentación a menudo requieren que las tensiones de alimentación se apliquen o eliminen en un orden específico. Este artículo propone un método simple y económico para determinar el comportamiento de un sistema cuando está sujeto a transiciones de potencia, rupturas o variaciones de secuencia. Un ejemplo de un dispositivo que utiliza múltiples fuentes de alimentación es el AD7656-1 (Tabla 1), un ADC de entrada bipolar de 16 bits, 250 kSPS, 6 canales, muestreo simultáneo. Los cuatro DAC de 12 bits del microcontrolador analógico de precisión ADuC7026 proporcionan voltajes de suministro programables DUT. Mediante el uso de la placa de evaluación AD7656-1 y la placa de evaluación ADuC7026, es posible crear prototipos con un desarrollo menor de hardware y software.

Tabla 1. Voltajes de suministro típicos y corrientes de suministro máximas de AD7656-1

suministro	AVCCdvCC	VTRANSPORTE	Vni una palabra	VSS
Tensión	5	3.3	diez	-diez
Corriente (mA)	30	diez	0.25	0.25

La Tabla 1 muestra el voltaje típico y la corriente máxima para cada una de las fuentes de alimentación ADC. Las formas de onda de voltaje programables y controladas por secuencia generadas por los cuatro DAC en el ADuC7026 son escaladas por los amplificadores operacionales de distorsión y ruido ultra bajo AD797 en la placa de evaluación AD7656-1 para proporcionar voltajes y corrientes de suministro especificados. La velocidad y la capacidad de programación del microcontrolador facilitan el control del nivel de voltaje, el período, el ancho de pulso y el tiempo de rampa del voltaje de suministro.

Por ejemplo, al usar fuentes de alimentación externas, los amplificadores AD797 en la placa de evaluación AD7656-1, configurados para una ganancia de 5, pueden generar un rango de voltaje de 0 V a 12,5 V para impulsar la V del ADC._{ni una palabra} riel de poder La alta capacidad de salida del AD797 permite suministrar hasta 50 mA a cada riel de alimentación. La figura 1 muestra las conexiones al ADC.

El registro de datos DAC ADuC7026 se puede actualizar a 7 MHz con un reloj central de 41,78 MHz, lo que maximiza la tasa de actualización de voltaje. Las siguientes secciones describen el proceso de desarrollo y proporcionan los resultados de medición obtenidos utilizando los programas de evaluación.

Desarrollo y configuración de hardware.

La conexión de hardware y la configuración de prueba se muestran en la Figura 2. Los cuatro pines de salida DAC y AGND en la placa de evaluación ADuC7026 están conectados por separado a las cuatro entradas AD797 y AGND en la placa de evaluación AD7656-1. Una fuente de alimentación externa Agilent E3631A proporciona ±15 V al AD797. Una computadora conectada a través de USB a la placa de evaluación ADuC7026 proporciona alimentación de 5 V y comunicación en serie.

Diseño esquemático

Los únicos cambios de hardware requeridos en la placa de evaluación AD7656-1 son el AD797. R1 y R2 se pueden seleccionar para diferentes requisitos de ganancia y ancho de banda. La Figura 3 muestra el AD797 configurado para ganancia = 4 para proporcionar una salida de 0 V a 10 V desde la salida de 0 V a 2,5 V del DAC ADuC7026. R3 y C1 forman un filtro de paso bajo para reducir el ruido de alta frecuencia. CL se utiliza como condensador de carga en el riel de alimentación.

La Figura 4 muestra la respuesta de frecuencia del AD797 con ganancia=4, de NI Multisim^™ simulación. El ancho de banda de 1,0 MHz y el margen de fase de 73° proporcionan una respuesta transitoria rápida y un funcionamiento estable.

Notas de diseño AD797

El amplificador operacional AD797 de distorsión ultrabaja y ruido ultrabajo presenta un voltaje de compensación máximo de 80 µV, excelente precisión de CC, tiempo de estabilización de 800 ns y 16 bits, corriente de salida de 50 mA y salida de llamada de ± 13 V con fuentes de alimentación de ± 15 V, por lo que es muy adecuado para conducir rieles de potencia.

Sin embargo, no se compensa internamente para grandes cargas capacitivas, por lo que se deben utilizar técnicas de compensación externa para optimizar esta aplicación. La figura 5 muestra la oscilación de la salida del AD797 provocada por la conducción de cargas capacitivas.

Para una transmisión estable con cargas capacitivas en el riel de suministro, la resistencia R4 se coloca entre la salida y la carga. Esta resistencia aísla la red de salida y retroalimentación del amplificador operacional de la carga capacitiva e introduce cero en la función de transferencia de la red de retroalimentación, reduciendo el cambio de fase a frecuencias más altas.¹ El capacitor de retroalimentación, C2, compensa la carga capacitiva, incluido C1, en la entrada del amplificador operacional.

Función de los CAR

El microcontrolador analógico de precisión ADuC7026 cuenta con cuatro DAC de salida de voltaje de 12 bits con búfer de salida de riel a riel, tres rangos seleccionables y un tiempo de estabilización de 10 µs.

Cada DAC tiene tres rangos seleccionables: 0 V a VREF (referencia de banda prohibida interna de 2,5 V), 0 V a DACREF (0 V a AV)_{ni una palabra}), y 0 V a AV_{ni una palabra}. El rango se establece mediante el programa de control DACxCON. El DAC acepta una referencia externa con un rango de 0V a AV_{ni una palabra}. Cuando se utiliza la referencia interna, se debe conectar un condensador de 0,47 µF desde el pin VREF a AGND para garantizar la estabilidad.

Cada uno de los cuatro DAC se puede configurar de forma independiente a través del registro de control DACxCON y el registro de datos DACxDAT. Una vez que se configura el DAC a través del programa DACxCON, los datos se pueden escribir en DACxDAT para el nivel de voltaje de salida requerido.

Las cuatro salidas DAC se controlan fácilmente usando C o lenguaje ensamblador. Este código C de muestra muestra cómo seleccionar la referencia interna de 2,5 V y configurar la salida DAC0 en 2,5 V.

// conecta la referencia interna de 2.5V al pin VREF

CONREF=0x01;

// habilitar la operación DAC0

DAC0CON=0×12;

// actualizar registro DAC0DAT con datos 0xFFF

DAC0DAT=0x0FFF0000;

Usar lenguaje ensamblador,

DAC0CON[5] permite que DAC0 se actualice utilizando el reloj central (41,78 MHz) para una tasa de actualización rápida;

DAC0CON[1:0] Establézcalo en '10' para usar el rango de salida de 0 V a VREF (2,5 V)

'DAC0DAT=0x0FFF0000' se puede compilar en código ensamblador con dos instrucciones:

MOV R0, #0x0FFF0000

FUERZA R0, [R1, #0x0604]

Estas dos instrucciones requieren un total de seis ciclos de reloj para ejecutarse, lo que se traduce en una tasa de actualización de 7 MHz con una frecuencia de reloj central de 41,78 MHz. Por lo tanto, el retraso entre los rieles de voltaje puede ser tan preciso como 144 ns.

Resultados de la medición

Los cuatro DAC del ADuC7026 proporcionan cuatro fuentes de alimentación al AD7656-1 para probar su comportamiento con los transitorios de la fuente de alimentación o las variaciones de secuencia. La Tabla 2 muestra las fuentes de alimentación ADC y los niveles de voltaje.

Tabla 2. Fuentes de alimentación para AD7656-1

canal CAD	DAC0	CAD1	CAD2	CAD3
Rango de salida	0V a 1.250V	0V a 0.825V	0V a 2500V	0V a 2500V
Gane AD797	4	4	5	-5
Columpio de salida AD797	0V a 5.00V	0V a 3.30V	5,00 V a 12,50 V	–12,50 V a -5.00V
Voltaje nominal	5,00 V	3,30 V	10,00 V	–10,00 V
Fuente de alimentación AD7656-1	AVCCdvCC	VTRANSPORTE	Vni una palabra	VSS

Las formas de onda de las cuatro salidas del DAC, como se describe en la Tabla 2, se capturaron con un osciloscopio y se muestran en la Figura 6. El nivel de voltaje, el período, el ancho de pulso y los tiempos de rampa de cada canal son programables y fáciles de controlar. Se hace los parámetros específicos se miden y describen en las siguientes secciones.

Para obtener un nivel de voltaje preciso para cada fuente de alimentación, se puede usar una resistencia ajustable para R1 en la Figura 3. El nivel de voltaje se calibró ajustando R1 con un multímetro digital Agilent 34401A.

Los tiempos de rampa de subida y bajada se miden para determinar la frecuencia máxima de las formas de onda de tensión. El tiempo de rampa está relacionado con el valor de la resistencia R4 y la carga capacitiva, CL. Para tiempos de rampa más lentos, se pueden usar valores de resistencia y capacitor más grandes para R4 y CL. Tiempo de rampa ascendente y descendente AV_CC y VD_CC con diferentes capacitores de carga, y los resultados se muestran en la Tabla 3. La forma de onda de rampa ascendente con un capacitor de 1 µF se muestra en la Figura 7. El tiempo de rampa se mide entre el 10 % y el 90 % de 10 V.

Tabla 3. Tiempos de rampa con carga capacitiva

Carga capacitiva	10nF (V/µs)	0,1 µF (V/µs)	1µF (V/µs)	10 µF (V/µs)
flanco ascendente	6. 90	0. 97	0. 07	0.01
Flanco descendente	5.71	0. 93	0.06	0.01

poder de ondulación

La excelente precisión de CC del AD797 facilita el suministro de niveles de voltaje nominal precisos al AD7656-1 ajustando la resistencia de retroalimentación, R1. La ondulación de pico a pico de las fuentes de alimentación se midió a niveles de voltaje nominal con un ancho de banda de 200 MHz y 20 MHz, una capacitancia de carga de 0,1 µF y un osciloscopio DS1204B. La Tabla 4 muestra que la ondulación es inferior al 1% de la tensión nominal, por lo que las cuatro fuentes están cualificadas.

Tabla 4. Ondulación de cada fuente de alimentación

Fuente de alimentación	AVCCdvCC (5,00 V)	VTRANSPORTE (3,30 V)	Vni una palabra (10,00 V)	VSS (–10,00 V)
200 MHz (mV)	20.8	28,0	25.6	30.4
20 MHz (mV)	12.8	24.8	15.2	18.4

Generación de forma de onda

Con modificaciones simples al código fuente ADuC7026, se pueden generar muchos conjuntos diferentes de formas de onda de voltaje para una variedad de aplicaciones diferentes que requieren la evaluación del funcionamiento del dispositivo bajo diferentes condiciones de energía. La Figura 9 y la Figura 10 muestran formas de onda típicas que se pueden generar.

El LabVIEW^® La GUI que se muestra en la Figura 11 se puede utilizar para generar las ondas de energía. El nivel de voltaje, el tiempo de rampa, el período y el tiempo de retardo de secuencia de los cuatro canales son fácilmente configurables. El puerto serie se utiliza para la comunicación entre la GUI y el ADuC7026.

Conclusión

Se ha desarrollado y verificado una forma sencilla y rentable de evaluar los efectos de la secuenciación del suministro mediante las placas de evaluación AD7656-1 y ADuC7026. La placa de evaluación ADuC7026 genera una secuencia controlable programable para cuatro suministros de voltaje para evaluar el funcionamiento del ADC en diversas condiciones de suministro de energía/secuencia de rampa. El generador PWM trifásico de 16 bits del microcontrolador puede proporcionar un total de siete canales de voltaje.

Con un módulo de fuente de alimentación estándar de ±15 V CC, este sistema portátil de evaluación de fuente de alimentación permite a los diseñadores evaluar los ADC, especialmente aquellos con mayor número de fuentes de alimentación.

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Gracias

Los autores desean agradecer a Aude Richard (ingeniero de aplicaciones de ADuC) por su valioso asesoramiento y ayuda.

¹Bendaoud, Soufiane y Giampaolo Marino, Técnicas prácticas para evitar la inestabilidad debida a la carga dinámica (Pregunte al ingeniero de aplicaciones-32), Diálogo analógicoVolumen 38, Número 2 (2004).