Hoe hoog zijn de vereisten voor het realiseren van een 7,5-cijferige DMM?
Veel instrumentatietoepassingen vereisen een hoge nauwkeurigheid, zoals digitale multimeters (DMM's), drie-fasige standaardmeters, veldinstrumentkalibrators, zeer-precieze DAQ-systemen, elektronische weegschalen/laboratoriumbalansen, seismische geofysische instrumenten en bronmeters (SMU's)/vermogensmeeteenheden (PMU's) in automatische testapparatuur (ATE). Deze toepassingen vereisen een zeer hoge nauwkeurigheid bij het meten van DC- of laag{3}}AC-signalen met een lage frequentie, en in de meeste gevallen moeten de relevante componenten die worden gebruikt om de toepassingsselectie te implementeren een lage INL, hoge resolutie, goede stabiliteit en herhaalbaarheid hebben. Van al deze toepassingen is DMM de meest representatieve.
Om DMM's te bouwen met een nauwkeurigheid van zeven en een halve bit of hoger, maakt de industrie doorgaans gebruik van multi-slope integrale ADC's op basis van discrete componenten. Hoewel dit type ADC een redelijke meetnauwkeurigheid kan garanderen, zijn het ontwerp en de foutopsporing behoorlijk complex. Daarom gebruiken veel ingenieurs commerciële ADC-IC's om het ontwerp te voltooien. In het afgelopen decennium zijn 24 bit ∑ - Δ ADC's op de markt op grote schaal gebruikt bij het ontwerp van zes en een half bit DMM's. Om een nauwkeurigheid en lineariteit van zeven en een half bit te bereiken, moeten ADC's met hogere prestaties worden gebruikt. Een andere uitdaging komt van de referentiespanningsbron, waarvoor complexe externe signaalconditioneringscircuits nodig zijn om ultra-lage temperatuurdrift te bereiken voor diep begraven referentiespanningsbronnen met Zener-dioden.
In dit artikel wordt een zeer-precieze signaalketenoplossing geïntroduceerd, opgebouwd uit een lage INL SAR ADC, een volledig geïntegreerde ultra-precieze referentiespanningsbron met ultra-lage temperatuurdrift, een vierkanaals aanpassingsweerstandsnetwerk en een nul-drift-versterker met lage-ruis. De theoretische analyse en berekening van de nauwkeurigheid in het artikel kunnen dienen als referentie en leidraad voor praktisch circuitontwerp en testen.
