Микрон-ГЛИН: размышления

Рассматривал на досуге графики ошибки скорости, и заметил, что по большей части, все они имеют схожую форму. По крайней мере мне кажется что какая-то закономерность в них есть.

Вот пара примеров:

После этого я начал размышлять о природе этой ошибки. Похоже это ошибка не “статическая”, как скажем какой-то одинарный всплеск на графике из за нелинейности. А “динамическая”, так как речь о скорости, и имеет выраженные регионы нарастания ошибки скорости, то есть регионы где она растет в прогрессии.

В текущей рабочей “идее” отброшены варианты на которые я никак не могу повлиять, такие как “проблемы мультиметра” и проблемы матрицы ЦАП.

Сама-же рабочая идея гласит: Поскольку при всех скоростях ЛИН, ошибка имеет одну форму и одинаковый порядок цифр, а именно, укладывается в диапазон 40…70нВ/c, существует явно не нулевая вероятность, что речь идет о тепловом эффекте. Причем, так как вид и характер ошибки явно повторяется, это не ошибка дрейфа температуры окружающей среды, к тому-же она с ней не коррелирует.

Досконально изучив даташиты компонентов, я сделал предположение, что всему виной может быть ОУ драйвера питания матрицы OPAx140. Даташит ЦАП-а показывает, что в зависимости от отдаления кода матрицы от среднего кода, ток питания матрицы меняется по экспоненциальному закону.

А я как-раз где-то в районе средних кодов наблюдаю плато, и ближе к углам “загиб” графика скорости. И этот эффект на графике скорости как раз может дать процесс подчиняющийся экспоненциальному закону.

Почему подозрение пало на беднягу OPAx140, ведь казалось-бы это самый что ни наесть прецизионный ОУ? А вот по тому, что он по сути выступает в роли источника питания матрицы, с выходными токами до 5+ миллиампер. При этом на самом этом ОУ “падает” 10В, а это изменение от 20 до 50мВт тепловыделения на кристалле ОУ, и это только в случае когда ОУ абсолютно идеален, а на практике дрейф тепловыделения может достигать куда больших значений!

Даташит OPAx140 гласит, что на каждый градус измерения температуры кристалла, возможно изменение Vos до 1 мкВ. Это согласуется с данными по дрейфу скорости.

Возможное решение было найдено: мне известен класс ОУ который по этому параметру значительно превосходит OPAx140, это ОУ с чоппер архитектурой:

Современные чопперы легко обеспечивают температурный дрейф Vos не более 0.015мкВ. И если причина в нем, а так-же если не вылезут значительные косяки теплового дрейфа пайки, то замена на чопперы должна помочь.

Они к сожалению имеют большой ряд недостатков, но я все выходные был занят расчётами, и оценкой применимости их в моей конструкции, и похоже две модельки чопперов туда встать должны, без значительных негативных эффектов.(речь о ADA4523 и ADA4522)

Так-же я на досуге перечитал статейку ученых из PTB(Physikalisch-Technische Bundesanstalt) национального института метрологии Германии, именно на них сегодня ровняется вся(без исключений) Европа.

Так-вот, они на своем ГЛИН-е получали Relative Standard Deviation (RSD) 1.3E-5. У меня на текущем концепте RSD составляет 2.6E-5, если мои потуги в плане ОУ оправдаются, и RSD понизится менее чем у PTB, я буду считать ГЛИН завершенным. blush

Так-же произвел вычисления INL разными мультиметрами, на разных скоростях ЛИН-а, видна явная сходимость, и явное превышение допустимого INL ЦАП(76мкВ макс). 

Если идея с ОУ не поможет, то как один из вариантов решения проблемы, я вижу вариант ввода коррекции частоты LDAC по коэффициентам полинома 3-го порядка. Благо, что блок формирования частот способен скорректировать столь малые ошибки INL. И данная “степень свободы” настройки системы у меня фактически не задействованна, т.к. я сейчас использую DDS только для выдачи одной фиксированной частоты. Но никто мне не мешает проводить корректировку частоты по мере перебора кодов на ЦАП-е.