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數位校準方法並不全然適用於類比設計

上網時間: 2007年05月22日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:analog,類比,signal,訊號,calibrate,校準, 

不久前,GIGO(垃圾進、垃圾出)這個縮寫詞仍是相當常見的。它直接了當地闡述了一種情況-無論你的電腦功能有多強、無論你擁有多高明的演算法,輸出結果幾乎僅能與輸入的資料相當-因為電腦能夠輸出的成果事實上僅取決於輸入的資料。若你透過MP3播放機中的感測電阻對資料進行分析、並根據測試讀數計算出電流值為47.1235A,那麼,這個結果相當清楚地顯示出了兩個問題:過度與無意義的精確性,以及嚴重的小數點錯位。

從幾年前開始,GIGO這個概念似乎開始褪色。畢竟,各種電腦或計算設備中內含的處理器功能已變得如此強大,資料收集與分析軟體也不斷改善,並包含了更良好的邊界檢查功能,因此,許多問題都能在分析階段的早期被發現並提出警告。

採用更快速處理器及先進軟體以克服內在系統缺陷的趨勢,正朝基本類比通道設計領域蔓延。如此一來,即使基本類比元件(電壓參考、放大器、A/D轉換器)並不完美也無關緊要。只需採用相當不錯(但不必完美無缺)的參考設計,然後在工廠內對不同溫度和供給電源軌進行校準,並將修正值儲存到記憶體中就完成了。隨處可見的快閃記憶體讓這種方法變得非常容易實現。這種說法所根據的理論是:設計人員可利用低成本、性能適中的類比元件和差不多等於免費的記憶體來節省成本。

但過去幾年來,由於若干原因,儘管擁有顯而易見的吸引力,我仍然目睹了業界正在產生逐漸偏離數位校準方法的趨勢。首先,採用這種方法通常會佔用生產時間並需要專用測試設備。其次,只要你仍在使用一款元件,那麼,事實上在量產時,它會一直與一款獨特類比元件的校準產生關聯。不幸的是,元件會發生損壞,所以仍需在工廠或倉儲階段重新進行校準。

但其他避免採用數位校正方法的理由同樣言之鑿鑿且合情合理。首先,類比供應商花費了許多力量以提高產品的性價比,並提供更優異的元件。過去幾年來,我看到全球許多類比供應商開始提供各種低功耗、低成本、高性能運算放大器、儀表放大器、電壓參考及各種轉換器,這些新一代產品正不斷驅動著該領域朝高性能類比元件的方向發展,以適應各種應用市場中對性能愈來愈嚴苛的需求。

在此同時,設計師也意識到,數位校準方法對主流產品而言並沒有太大意義。對校準實驗室或儀表級系統來說,數位校準方法可能是適合的,舉例來說,為抑制由漂移、老化及其它錯誤產生的第二或第三階誤差,可能會需要使用這種方法。但這是一種與量產時間相關的運算密集型解決方案,你必須事先清楚掌握未來可能會產生誤差的禍首,如溫度、濕度、電源、訊號噪音、震動和壓力以及其他許多因素,並預先對它們進行校準。更糟的情況是,當產生這些誤差的元兇是內部元件噪音或外部系統噪音時,該方法常常於事無補。

的確,工程師現在已經明白,在啟動一項設計時,透過選擇更好的元件,並借助良好的設計、分析以及各種既定的規範來確保系統精確度和整體性能,通常比透過更多外部校準來克服現實系統設計或元件的缺陷,從而達到目標的方法更加明智。這樣看來,GIGO這個名詞仍是一種對當前真實世界訊號處理過程的生動描述。

作者:Bill Schweber

Planet Analog網站編輯




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