Проектування аналогового апаратного центру розробників
Уникайте шуму при аналоговому апаратному дизайні
Більшість імпів включають кілька аналого-цифрових перетворювачів (АЦП) та цифро-аналогові перетворювачі (ЦАП), які дозволяють обробляти аналогові програми без додаткового обладнання. Для посилення потужності цього обладнання, API API включає класи аналогової дискретизації та аналогового виходу з фіксованою частотою, що дозволяє вашому пристрою записувати та відтворювати повні аналогові форми сигналів. Деякі програми, які використовують цю функцію, включають:
- Одиничні показники аналогових напруг, що дозволяють вашій конструкції вимірювати напругу акумулятора або зчитувати прості аналогові датчики, такі як термістори
- Швидка вибірка аналогових датчиків. Наприклад, швидка вибірка аналогового акселерометра для виявлення та характеристики вібрації
- Запис і відтворення аудіо
Щоб отримати додаткову інформацію про розробку програмного забезпечення програми Electric Imp для запису та відтворення аналогових сигналів, ознайомтесь із посібником, орієнтованим на програмне забезпечення Як використовувати пробовідбірники та ЦАП з фіксованою частотою.
Залежно від програми, цілісність сигналу стає дуже важливою для отримання високої продуктивності від вашого дизайну. Деякі простіші програми, такі як зчитування низькоточного датчика, такого як термістор, можуть не вимагати міркувань, викладених у цьому посібнику. Для інших, таких як аудіо- або електрохімічні датчики, декілька мВ шуму можуть серйозно вплинути на продуктивність, спричиняючи звуковий шум в аудіозаписі або вносячи значну помилку в зчитування датчика.
Якщо ваш дизайн передбачає запис або відтворення повноформатних сигналів, або якщо ви виконуєте дискретні аналогові зчитування, які не можуть переносити шум, який може становити 50 мВ, цей посібник містить важливу інформацію, яка допоможе вам швидко оптимізувати дизайн.
Історія потужності вашого дизайну найбільше впливає на вразливість до шуму, тому цей посібник витрачає досить часу на те, як буде працювати ваш дизайн. Він також охоплює уникнення шуму від накладання та перехресних перешкод.
Згладжування
Щоб зрозуміти, як різні джерела шуму впливають на сигнал, який ви намагаєтеся записати, важливо зрозуміти псевдонім.
Коли відбирається будь-яка аналогова форма сигналу, максимальна частота, яку можна достовірно записати, становить половину частоти дискретизації (частота Найквіста). Якщо в дискретизованій формі сигналу присутні сигнали високої частоти, вони будуть псевдонімом до нижчої частоти; дискретизована копія високочастотного сигналу неможливо відрізнити від копії низькочастотного сигналу.
Згладжування відбувається, коли високочастотний сигнал відбирається на набагато нижчій частоті,
відображається як нижча частота, ніж вихідний сигнал.
"AliasingSines" від Moxfyre ліцензований під CC BY-SA 3.0
Згладжування може спричинити серйозні проблеми при записі аналогових сигналів. Наприклад, розглянемо програму аудіозапису. Якщо при записі присутній нечутно високочастотний звук, він може бути псевдонімом у звуковий звук, вносячи шум.
Щоб уникнути згладжування, рекомендується фільтр згладжування. Фільтр згладжування - це аналоговий фільтр, який фільтрує вхідний сигнал перед дискретизацією. Цей фільтр повинен намагатися блокувати будь-які частоти, що перевищують частоту Найквіста пробовідбірника, гарантуючи, що пробовідбірник може записати будь-який присутній сигнал.
Довідковий дизайн Lala включає фільтр низьких частот Баттерворта другого порядку для згладжування. Цей фільтр ефективно блокує частоти вище 8 кГц. Якщо пробовідбірник працює на частоті 16 кГц, цей фільтр ефективно запобігає введенню будь-яких високочастотних шумів у сигнал.
Частотна характеристика фільтра згладжування Lala. Ділянка, згенерована майстром дизайну фільтрів Analog Devices
Навіть якщо ваша програма не зосереджена на аудіо, важливо врахувати псевдонім. Подібно до того, як це явище може сприймати нечутно високочастотний шум від мікрофона і переміщати його в чутну смугу, воно також може переміщувати високочастотні шуми від пульсацій блоку живлення або перехідних процесів навантаження та переміщувати їх у діапазон частот, що цікавить.
Блок живлення
Ключ до запису та відтворення "чистих" аналогових сигналів полягає у забезпеченні "чистого" живлення всіх частин аналогового дизайну. Шум від джерела живлення будь-яких компонентів, що торкаються аналогового сигналу, буде певною мірою передаватися в аналоговий сигнал. Існує багато джерел шуму, які впливають на джерело живлення. Перехідні процеси навантаження та наземний шум - два дуже домінуючі джерела шуму, які впливають на кожну конструкцію.
Перехідні процеси навантаження
Найважливішим джерелом шуму у вашій конструкції, мабуть, будуть перехідні процеси навантаження на ваш блок живлення. Багато частин пристрою, підключеного до Інтернету (радіо та процесор WiFi, а також інші компоненти, які може включати ваша конструкція, наприклад, спалах SPI), виводять струм із джерела живлення великими раптовими стрибками, через що дзвонить вся силова шина . Коли цей дзвінок досягне аналогових частин вашої конструкції, це спричинить шум. Щоб мінімізувати шум від перехідних процесів навантаження: