动手实验 - 系统功率调节

大家好，欢迎观看TI 高精度实验室 动手实验，其中介绍 ADC 功耗调节。 在该实验中，我们将使用手动计算 来预测采用不同放大器和不同采样率时的 ADC 系统功耗。 然后，我们将测量系统功耗 并将其与手动计算进行比较。 在前一个高精度实验室视频中，我们详细介绍了 针对不同的放大器和 不同的采样率计算功耗所需执行的步骤。 对于该实验，我们将快速回顾和总结 该过程。 我们将使用手动计算来确定六种 不同配置的功耗。 我们将简短地介绍测量电路的 工作原理。 最后，我们将测量这些电路的功耗 并将其与计算的结果进行比较。 对于该实验，我们将测量 三种不同的放大器。 请记住，静态电流 与放大器的带宽成反比。 此外，需要使用带宽放大器来 实现高采样率。 首先，我们将针对1 兆个样本/秒和 50 万个样本/秒的采样率使用 OPA320。 该放大器具有20 兆赫兹的带宽 和 1.75 毫安的最大静态电流。 接下来，我们将针对 10 万个样本/秒 和 1 万个样本/秒的采样率使用 OPA313。 该放大器具有1 兆赫兹的带宽 和 90 微安的最大静态电流。 最后，我们将针对1 千个样本/秒和 200 个样本/秒的采样率使用 LPV811。 该放大器具有8 千赫兹的带宽 和 540 纳安的最大静态电流。 在下一张幻灯片中，我们将使用该信息 来计算系统功耗。 该表显示了我们将测量的 所有不同测试配置的计算 最大功耗。 显示的示例计算适用于 OPA320 50 万 个样本/秒采样率的情况。 有关功耗调节的高精度实验室讲座中详细介绍了 这些计算。 我们回顾一下该计算。 首先，我们计算表示为 PDVDD 的 数字通信功耗。 通过 C 乘以 V乘以 N 位乘以 fs 来计算数字电流，其中 C 是 数字输出线路电容，V 是数字 信号电平，位数是 ADC 的位数， fs 是采样率。 该公式实际上是电荷乘以数字 输出线路上的每秒最大转换 次数。 将该电流乘以VDVDD 可转换为功耗。 在本例中，电源电压是 3.3 伏。 数字输出总线电容是 10 皮法。 位数是 12。 采样率是50 万个样本/秒。 数字功耗等于 653.4 微瓦。 PAVDD 是 ADC 的模拟功耗。 可以通过将 AVDD电源电压乘以电流 来计算该功耗。 可以使用产品说明书中的信息 和采样率来计算电流。 数据表提供了在 1 兆个样本/秒的 采样率下测量的电流。 这可以通过采样率与 1 兆个样本/秒之比 进行调节。 插入数值，您可以看到模拟 ADC 功耗 是 345 微瓦。 最后，让我们来计算放大器功耗。 可以通过将放大器电源 电压乘以静态电流来计算 放大器功耗。 请注意，放大器功耗不依赖于 采样率。 在该示例中，4.5 伏乘以 1.75 毫安 可得到 7.875毫瓦的功耗。 针对每个放大器和采样率重复执行了 这些计算。 稍后，我们要将这些计算与 测量值进行比较。 该幻灯片展示了EVM 如何测量电流。 该页的顶部用红圈圈起来的 电流表用于测量流入模拟、 数字和放大器电源的电流。 分流电阻器将电源电流转换为电压。 请注意，可以针对不同的电流范围使用跳线来 选择分流器。 另请注意，校准位置将 INA 输入 短路，从而能够测量 系统偏移。 在所示的示例中，197 微安的数字 电源电流流过20 欧姆的分流 电阻器，从而产生3.94 毫伏的输入电压。 823 的 INA 增益将其增加为 3.343 伏。 然后衰减器根据ADS1220 输入要求 对该值进行调节。 使用了 ADS1220Δ-Σ 转换器， 因为它会自动对输入信号求平均值。 此外，INA 输入端的滤波器会对电流 测量中的瞬态求平均值。 请注意，ADC转换电流 不是恒定值，而是一系列 经过取平均值的瞬态电流。 针对放大器和ADC 模拟通道 重复了该页顶部的同一电路。 最后，请注意，会在软件中 自动完成用于将 ADC1220 测量 值转换为功耗值的计算。 对于该实验，我们将使用 高精度实验室硬件上的通道 3。 首先，如此处所示设置跳线。 使用 SMA 电缆将PSI 连接到 Plabs 板， 然后使用通道 3 连接器将 PHI 连接到 Plabs。 最后，将 USB 电缆连接到计算机。 在该整个实验期间，我们将测试不同的放大器。 务必小心地将放大器正面朝上 安装，并使标签位于样卡的底部。 现在，您可以将放大器插座留空， 暂停，并连接硬件。 现在启动 Plabs功耗调节软件。 如果硬件连接正确， 您应该看到该绿色的“Hardware Connected”指示器 并且 PSI 控件应该呈青色。 暂停并启动您的软件。 在进行任何功耗测量之前， 我们需要校准系统。 该校准将从 INANADC 中消除偏移 误差，这样我们就能够实现最佳的精度。 要执行该操作，请按“Calibration”按钮。 执行该操作之后，您将看到一个弹出 窗口，其中显示对于该测试，应该如何放置跳线。 在本例中，输入设置为 ACN，跳线全部设置在 CAL 位置。 此外，请确保在该测试期间 插槽中没有放大器。 在配置完硬件之后，按“Continue”。 暂停并校准系统。 现在我们已准备好开始测量功耗。 首先，我们将在高采样率下测量 OPA320 和 ADC。 按 1 兆个样本/秒按钮，开始测量。 此时将出现一个窗口，其中显示如何设置 跳线并指出您需要安装 OPA320 Goodfilter2 测试板。 执行这些硬件更改，然后按“Continue”。 针对 50 万个样本/秒采样率 执行同一过程。 暂停并执行这些测量。 该幻灯片显示了OPA320 的预期结果。 该表显示了放大器、ADC 模拟电源和 ADC 数字电源的测量电流和功耗。 在我们完成所有测量之后， 我们要将其与计算值进行比较。 现在，请注意，功耗为几百 微瓦至几毫瓦。 该图显示了电流与采样率之间的关系。 请注意，放大器的 电流是恒定的，不依赖于采样率。 另一方面，ADC 电流会 随采样率而变化。 最后，请注意该测试会自动控制 多个不同的参数。 例如，采样率、样本数、PSI 控件 和所有计算在该软件中 自动完成。 现在，让我们更改放大器并针对 10 万个样本/秒采样率测量功耗。 按 10 万个样本/秒按钮，开始测量。 此时将出现一个窗口，其中显示如何设置 跳线并指出您需要安装 TLV313 低功耗测试板。 执行这些硬件更改，然后按“Continue”。 暂停并执行这些测量。 让我们继续以1 万个采样率/秒的 采样率测量 TLV313。 按 1 万个样本/秒按钮。 此时将出现一个窗口，其中显示如何设置 跳线并指出您需要安装 TLV313 低功耗测试板并更改跳线。 现在，放大器跳线处于高位置， 但 ADC 模拟和数字电流跳线 处于低位置。 执行这些硬件更改，然后按“Continue”。 暂停并执行这些测量。 该幻灯片显示了TLV313 和 OPA320 的 预期结果。 请注意，电流为几十至几百微安。 该图显示了电流与采样率之间的关系。 请注意，TLV313 的电流 明显低于 OPA320。 再说一次，请注意，放大器电流不 依赖于采样率。 在高采样率下使用了 OPA320， 因为它具有 20兆赫兹的宽带宽， 因此它可以实现良好的稳定精度。 TLV313 具有 1兆赫兹的带宽， 因此它可以在低采样率下实现 良好的稳定精度。 最后，请注意，ADC电流相对于采样率 以线性方式变化。 最后，让我们更改放大器并针对 1 千个样本/秒和200 个样本/秒的 采样率测量功耗。 按 1 千个样本/秒按钮，开始测量。 此时将出现一个窗口，其中显示如何设置 跳线并指出您需要安装 LPV811 低功耗测试板。 请注意，跳线都处于低位置， 以测量低电流。 执行这些硬件更改，然后按“Continue”。 针对 20 万个样本/秒采样率 执行同一过程。 暂停并执行这些测量。 现在我们已经完成了所有实验。 在低采样率下，功耗级别为 几百纳瓦至几微瓦。 这是最大分辨率的 几千分之一。 您可以清楚地看到 ADC 的电流变化与采样率之间的 线性关系。 此外，您还可以清楚地看到，对于 每个不同的放大器，电流是恒定的。 将测量的放大器电流与数据表 进行比较，可以显示电流是预期的放大器 静态电流。 要将测量结果与计算结果进行比较， 您应该将数据导出到 Excel 中。 要执行该操作，请在GUI 中突出显示功耗 单元格并右键单击。 选择“Export Data to Excel”。 此时将弹出一个包含测量数据的 Excel 电子表格。 现在，我们可以将其粘贴到我们的表中进行比较。 暂停并将数据导出到 Excel 中。 该表将计算结果与测量 结果进行比较。 在这里粘贴示例测量值。 务必注意，计算结果使用产品 说明书最大值。 因此您应该预计计算结果大于 测量值。 快速查看数据，可以看到测量值小于 测量的最大值，这符合预期。 不过，您可以看到，计算结果和仿真 结果处于相同的范围，测量趋势与 计算趋势相匹配。 另请注意，放大器电流 仅依赖于放大器类型，而不依赖于采样率。 最后，请注意更改采样率 对总功耗的重大影响。 在最大采样率下，总功耗是 7,746 微瓦。 在 200 个样本/秒的采样率下，功耗是 2 微瓦。 现在，我们可以将测量结果 粘贴到表中。 您应该确认您的结果与手动计算 具有相同的范围。 暂停并将您的结果粘贴到表中。 动手实验到此结束。