앨리어싱 노이즈 (alasing noise) 란 무엇입니까! ! ! !

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microchip technology Inc. Bonnie C. baker

-아날로그 회로 잡음 제거는 과학적 근거보다 경험에 더 많이 의존한다. 디자이너가 자주 겪는 상황은 회로의 아날로그 하드웨어 부분을 설계한 후 회로의 소음이 너무 커서 다시 설계하고 배선해야 한다는 것이다. 이런' 시도' 의 설계 방법은 몇 번의 우여곡절 끝에 결국 성공할 수 있다. 그러나 소음 문제를 방지하는 더 좋은 방법은 설계 초기에 결정을 내릴 때 몇 가지 기본 설계 지침을 따르고 소음과 관련된 기본 원칙 등을 적용하는 것입니다. 이 문서에서는 12 비트 A/D 변환 시스템의 다양한 소음원 (장치 소음, 방사 소음 및 전도 소음 포함) 및 제거 방법에 대해 설명합니다.

-저소음 12 비트 또는 10 비트 아날로그-디지털 변환기 (ADC) 회로 기판을 설계하는 것이 쉬워 보이지만 몇 가지 기본적인 저소음 설계 개념과 기술을 이해하고 따르는 것이 더 쉽습니다. 예를 들어, 돋보기 및 저항과 같은 대부분의 부품이 12 비트 또는 10 비트 ADC 에 효과적으로 사용될 수 있다고 생각하는 사람들이 있을 수 있습니다. 따라서 일반적으로 소음과 무관한 매개변수에 따라 이러한 장치를 선택합니다. 부품 소음 외에 회로 소음의 또 다른 원인은 전도 소음이다. 신호가 ADC 의 입력에 도달하기 전에 전도 소음이 이미 회로 기판의 회선에 존재합니다. 전도 소음의 원인은 장치 소음 또는 방출 소음입니다. 경우에 따라 회로 자체의 요구 사항에 따라 장치 소음과 송신 소음이 불가피합니다. 전도 소음은 아날로그 신호 경로의 부품 및 전원 장치에서 발생할 수 있습니다. 회로에서 가장 일반적으로 사용되는 전원 장치는 스위치 모드 전원 공급 장치이며, 단순한 전압 조정만 사용하는 "벽 어댑터" 도 있습니다. 이러한 장치는 전원 소음을 발생시켜 민감한 아날로그 장치에 주입합니다. 회로 소음의 세 번째 소스는 방사 노이즈입니다. 일반적으로 방사 소음은 평행하고 가까운 두 줄 사이의 결합으로 인해 발생하거나 외부 전자기 간섭 (EMI) 신호에서 발생할 수 있습니다.

-그림 1 은 12 비트 ADC 회로의 예입니다. 그림과 같이 신호는 LCL816-G 라는 전기 저항 부하 장치에서 나옵니다. LCL816-G 의 차등 출력 포트는 분할 타워 이중 연산 증폭기 (A1, A2, R3, R4 및 RG) 에 연결됩니다. 그런 다음 신호는 2 차 저역 통과 필터 (A3, R5, R6, C1, C2) 를 통해 주파수가 높은 앨리어싱 노이즈를 제거하여 ADC 로 들어가는 유해한 오류를 제거합니다.

마지막으로 신호는 12 비트 ADC(A4, Microchip 의 MCP3201) 에 연결됩니다. 변환기는 0 ~ 5V 의 신호를 받아 단일 칩 마이크로 컴퓨터로 출력을 보낼 수 있습니다 (Microchip PIC16C623). 어댑터 /AC-DC 변환기 1 개 (벽면 어댑터) 는 AC 콘센트의 AC 입력을 필요한 9V DC 전원으로 변환한 다음 LM7805 를 사용하여 전원을 5V 로 조절합니다. 초크 L1 의 역할은 전력 리플과 소음을 더욱 줄이는 것이다.

-보드 매개 변수는 구체적으로

--R3 = 300k ω 로 구성됩니다.

--R4 = 100k ω;

-rg = 4020ω;

--a1 = a2 = 단일 전원 CMOS 연산 mcp604 (microchip);

--저역 통과 앤티 앨리어싱 필터 없음;

--바이 패스 커패시턴스 없음;

--지면을 사용하지 않았습니다.

-L1 단락 회로 (초크).

-저소음 조치를 취하는 향상된 회로 및 회로 기판은 정확한 12 비트 솔루션을 생성합니다. 먼저 소음이 적은 증폭기와 저항을 사용하여 장치 소음 문제를 해결합니다. 예를 들어 저항 값이 10 배 감소하면 이득은 그대로 유지되지만 소음은 약 3 배 감소합니다. 또한 증폭기도 MCP604 에서 MCP6024 로 교체해야 합니다. MCP604 는 1kHz 에서 29NV/8730Hz (일반) 의 전압 잡음 밀도를 제공하는 반면, MCP6024 는 10kHz 에서 8.7NV/8730Hz (일반) 의 전압 잡음 밀도를 통해 3 배 이상 향상되었습니다. 인쇄 회로 기판 (PCB) 뒷면에 접지를 설치하면 전도 소음 문제를 해결할 수 있습니다. 접지 구현으로 인해 금속층 인터럽트는 신호 경로와 각각 동일한 평면이 아닌 두 개의 평행한 평면에 있습니다. 이러한 수정 후 회로 기판의 성능이 크게 향상되었습니다. 테스트 결과 ADC 출력 코드의 분포 히스토그램의 코드 폭이 44 에서 9 자로 줄어든 것으로 나타났습니다.

–다음과 같은 몇 가지 주요 저소음 설계 지침을 따른다면 좋은 12 비트 ADC 설계 기술을 익히기가 어렵지 않습니다.

● 회로에 사용된 부품을 검사하고 저소음 부품인지 확인합니다.

● 항상 회로 기판의 한 층에 중단없는 접지를 배치하십시오.

● 혼합 신호 회로의 신호에 대해 저역 통과 앨리어싱 필터를 사용하여 올바른 필터를 수행합니다.

● 모든 부품에 대해 적절한 우회 설계를 수행합니다. 콘덴서는 가능한 한 장치의 전원 핀에 접근해야 한다.

● 전원 공급 장치를 적절히 필터링합니다.

참고 문헌

1 Bonnie C. baker.reading and using fast

Fourier transform P >

2 Bonnie c.baker.anti-aliasing, analog filters

for data acquisition systems;