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Cómo Elegir su Digitalizador o Dispositivo de Adquisición de Datos Correcto - PDF
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Alejandro Ortiz Poblete
2 Cómo Elegir su Digitalizador o Dispositivo de Adquisición de Datos Correcto
3 5 Aspectos Principales a Considerar Arquirectura del Digitalizador/DAQ Ancho de Banda y Razón de Muestreo Resolución y Rango Dinámico Exactitud Absoluta Sincronización Múltiple de Instrumentos 3
4 Curva de Frecuencia vs. Resolución 28 Resolución (Bits) DSA DAQ Digitalizadores/ Osciloscopios K 10K 100K 1M 10M 100M 1G 10G 100 G Frecuencia (S/s) 4
5 Arquitecturas del Digitalizador/DAQ
6 Arquitectura #1: ADC Multiplexado Ventajas Menor costo Desventajas MUX ADCs compartidas, menor transferencia Errores de fase entre canales ADC 6
7 Arquitectura #2: Muestreo Simultáneo Ventajas Mayor transferencia No hay errores de fase entre canales ADC ADC ADC Desventajas Mayor costo ADC 7
8 Arquitectura #3: Muestreo Entrelazado en el Tiempo Ventajas Razones de muestreo más rápidas Múltiples ADCs dedicados por canal Desventajas Mayor costo que los dos previos Menores especificaciones dinámicas ADC ADC MUX 8
9 Qué Puede Fallar con TIS Dominio de Tiempo Su señal (una onda senoidal) puede verse así: Error Error de de Error ganancia desfase Entrelazado fase entre en ADCs Perfecto entrelazados 9
10 Qué Puede Fallar con TIS Dominio de Frecuencia Fundamental Logro Imagen de Producto de la Competencia (2 canales entrelazados a 100 MS/s, 14 bits) Para 8 bits, tal vez bueno. Para bits, ojo comprador! 10
11 Ancho de Banda y Razón de Muestreo
12 Ancho de Banda La frecuencia a la cual una señal de entrada senosoidal, pasada a través circuitería analógica, se atenúa a 70.7% de su amplitud original, también conocido como el punto -3 db. Entrada = 70.7% de la Amplitud Original 12
13 La Necesidad por un Mayor Ancho de Banda Menor Mayor tiempo de crecimiento Rise time = 0.35 Bandwidth Onda Cuadrada de 5 MHz con Digitalizador de MHz 13
14 Configuración del Ejemplo DUT 100 MS/s, 43 MHz, 16 Bits Generador Arbitrario de la Forma de Onda (AWG) 2 GS/s, 300 MHz Digitalizador/Osciloscopio 14
15 Razón de Muestreo Velocidad a la cual el convertidor ADC convierte la señal de entrada a datos digitales, después de que la señal ha pasado a través de un circuito de entrada analógica Entrada = 70.7% de la Amplitud Original 15
16 Aliasing Si la forma de onda tiene contenido espectral superior a la frecuencia de Nyquist, el contenido se distorsionará hacia el espectro entre 0 Hz y la frecuencia Nyquist. Teorema Nyquist Razón de muestreo > 2 * componente de mayor frecuencia de la señal medida para reconstruir con exactitud la forma de onda 16
17 Cuál de éstas preferiría ver? 17
18 Resolución y Rango Dinámico
19 Resolución La resolución de 3 bits puede representar 8 niveles de voltaje La resolución de 16 bits puede representar 65,536 niveles de voltaje Resolución de 16-Bit versus 3-Bit (Onda Senoidal 5kHz) Amplitud (volts) Resolución de 16-bit Resolución de 3-bit Tiempo (ms) 19
20 Rango Dinámico y Distorsión Frecuencia Fundamental (f) Armónicos (2f, 3f, 4f, etc) Ruido en Piso Distorsión Armónica Total (THD)= Razón de Armónica Fundamental a RMS Razón de Señal a Ruido (SNR) = Razón de Fundamental a Ruido Distorsión de Señal a Ruido (SINAD) = Razón de Fundamental a Ruido + Distorsión 20
21 Baja Distorsión y Bajo Ruido del Digitalizador de Resolución Flexible NI dbc Baja distorsión Bajo ruido 21
22 Cómo se ven 160 db? ±1V ± V 100,000,000 metros 1 metro 22
23 Exactitud Absoluta
24 Tomando una Medición Exactitud Absoluta Valor medido Incertidumbre Valor de entrada 24
25 Cal. Ref. Cambios de referencia a través del tiempo Cambio de referencia por temperatura Mux Fuentes del Error + Error de ganancia de disparo previa Tempco de ganancia de disparo previo No-linealidad de ganancia de disparo previa + PGIA Gain Block + Error de ganancia Gane tempco ADC ADC Ref Ruido aleatorio (refiérase a la entrada) Ganancia posterior Error de desfase Cambio de temperatura No-linealidad Ganancia y desfase del ADC Error INL ADC 25
26 Componentes Fijos de Incertidumbre Error de cuantificación Ruido inherente al sistema Error de desfase Error de ganancia No-linealidad V medido Disparo Ruido No-linealidad Ideal Ganancia Error de Cuantificación V entrada 26
27 Variando Componentes de Incertidumbre Cambios debido al tiempo Cambios debido al ambiente Error 24 Hrs 90 Días 1 Año? Tiempo 27
28 No-Linealidad Diferencial (DNL) LSB DNL = -0.4 Actual Ideal Salida Digital Falta de Código a LSB DNL = Voltaje de Entrada (mv) 28
29 No-Linealidad Integral (INL) Códigos Actuales Ajuste Ideal Ajuste Actual Salida Digital Voltaje de Entrada (mv) Error máximo 0.3 LSB INL = 0.3 LSB 29
30 Cambios en Desfase, Ganancia y Temperatura Vout 5V 4.5V 5V Vin 30
31 Cambios en Desfase, Ganancia y Temperatura Vout 5.3V 5V 5V Vin 31
32 Exactitud Absoluta Exactitud Absoluta = (Lectura x Ganancia de Error) + (Rango x Error de Desfase) + Incertidumbre de Ruido 32
33 Sincronización Múltiple de Instrumentos
34 Sincronización Lazo de Fase Bloqueada Reloj de Módulo 1 Relojes de 100 MHz no bloqueados en fase Reloj de Módulo 2 Reloj de Referencia PXI Reloj de Referencia de 10 MHz PLL Reloj de Módulo 1 PLL Reloj de Módulo 2 Relojes de 100 MHz sincronizados con relojes de referencia de 10 MHz vía PLL 34
35 Configuración Maestro-Esclavo CLK10 Dispositivo Maestro Disparo de Inicio Dispositivo(s) Esclavo 35
36 Sincronización PLL Maestro-Esclavo Maestro Esclavo(s) Disparo de Inicio 36
37 Conflictos con la Sincronización Típica PLL Maestro-Esclavo El maestro comienza antes que el esclavo Los esclavos no están bien sincronizados Solución: Reloj de Disparo (Reloj T/TClk) Sincroniza múltiples digitalizadores para sistemas de alta cuenta de canales Sincroniza digitalizadores/generadores analógicos/digitales para aplicaciones de señales mixtas 37
38 Sincronización de T-Clock Maestro Esclavo(s) Reloj(es) T Disparo Inicial 2. Todos los esclavos así como el maestro 1. El maestro enviaráiniciarán el Start la Trigger adquisición solo en inmediatamente la transición negativa después su TClk, de la transición una vez positiva de cada cumplidas las condiciones TClk. de disparo. 38
39 Configuración del Ejemplo con T-Clock Digitalizador/Osciloscopio de 2 GS/s, 300 MHz 100 MS/s, 43 MHz, 16-Bit Generador Arbitrario de Forma de Onda (AWG) Digitalizador/Osciloscopio de 100 MS/s, 100 MHz 39
UNIVERSIDAD DEL AZUAY FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Diseño e Implementación del Laboratorio Virtual de Comunicaciones Analógicas y Digitales de la Universidad del Azuay

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