FAQ: Можно ли подключать часть каналов АЦП в дифференциальном режиме, а часть – в режиме с общей землей? Другие "смешанные" режимы коммутации возможны?

В любых АЦП L-Card  с входным коммутатором 16 дифференциальных каналов, 32 – с общей землёй  (L-791, L-780, L-783, L-502, E‑502, E14-140M, E14-440, LTR11) логически возможна любая последовательность опроса каналов и режимов, задаваемых в управляющей таблице, но практически также возможны различные ограничения и особенностим, связанные с физическими ограничениями (а также ограничениями реализаций ПО верхнего уровня). Далее рассмотрим эти случаи подробнее.  

Можно ли подключать часть каналов АЦП в дифференциальном режиме, а часть – в режиме с общей землей?

— Это возможно при выполнении следующих условий:

1. Перед сбором данных требуется программно настроить управляющую таблицу (Control Table) так (см. руководство на соответствующее изделие), чтобы для каждого логического канала в Control Table был указан соответствующий номер физического канала и режим его опроса (диапазон, 16/32-канальный дифференциальный/c общей землёй). Общеупотребительное ПО верхнего уровня, например LGraph2, не поддерживает данную возможность смешанной настройки на режим дифференциальный / c общей землёй, поскольку этот режим крайне мало востребован пользователями и в целях упрощения не поддерживается в этом ПО. Однако, если Вы самостоятельно пишете ПО верхнего уровня, то Вам открывается возможность настроить Control Table на такой смешанный режим или любой другой специфический режим.

2. На входах АЦП необходимо обеспечить требуемые электрические условия для корректной работы:

• Для дифференциального входа использовать 3-х полюсное подключение цепей X_i, Y_i, AGND соответствующего канала.
• Для режима с "общей землёй" использовать 3-х полюсное подключение цепей X_i, GND32, AGND или Y_i, GND32, AGND.
• Не превышать уровень сигнала на входах АЦП, по сравнению с установленным входным поддиапазоном измерения напряжения АЦП.
• Не превышать диапазон синфазного сигнала  относительно AGND для сигналов X_i, Y_i, GND32 относительно AGND (для каждого АЦП в его документации указан диапазон синфазного сигнала, а для некоторых АЦП также указан диапазон для каждого из входов  X_i, Y_i, GND32, относительно AGND – эти диапазоны превышать некорректно).
• Соблюдать условия низкоомности на входах АЦП (это общее правило для многоканального режима, см. "Требования к источникам сигналов АЦП..."). Терминологию и принципы подключения см. "Подключение измерительных приборов...."
• Для изделий  L-502, E‑502 следует учесть, что рабочий диапазон напряжений на входах  Y_i и GND32 составляет ±1 В.

Можно ли задать в таблице опрос одного из каналов несколько раз подряд? 

— Это вполне возможно, причём с несколькими целями:

• Для увеличения коммутационной задержки или уменьшения общей частоты сбора данных.
• При нехватке времени установления сигнала по данному каналу. Допустим, Вы работаете на высокой частоте коммутации с источниками сигналов с разным выходным сопротивлением. В этом случае канал опроса высокоомного источника сигнала имеет смысл опрашивать более одного раза подряд и все отсчёты, кроме последнего, отбрасывать. Случай проявления коммутационного эффекта при нехватке времени установления сигнала подробнее описан в этой статье. 
• Для организации дополнительной фильтрации-прореживания с целью увеличения эффективной разрядности преобразования. Если верхняя частота границы полосы частот сигнала многократно меньше половины частоты опроса данного канала АЦП (и хватает времени установления сигнала при опросе данного канала, см. абзац выше), то для увеличения качества преобразования возможно применение программных методов ЦОС фильтрации-прореживания (или усреднения) собранных подряд отсчётов по данному каналу.

Естественно, что описанный выше функционал можно отнести к специальному, и не каждое ПО его поддерживает.

Можно ли задать в таблице опрос одного из каналов несколько раз подряд, но с разным коэффициентом усиления? 

— Программно это возможно. Но если при текущем опросе канала  Вы допускаете превышение диапазона измерения ("зашкал" при большом коэффициенте усиления), то при высокой частоте опроса результат следующего опроса будет, скорее всего, не валидным, поскольку выход из "зашкала" аналогового тракта АЦП всегда потребует большего времени. Кроме того, даже если отбрасывать не валидный отсчёт (или уменьшать частоту опроса), то с метрологической точки зрения, работа с АЦП в режиме "с зашкалом" может вызвать дополнительную погрешность измерения, возникающего при "зашкале" (по разным причинам).  Но если "зашкала" не допускать, то переключение коэффициента усиления для одного и того же канала опроса можно считать корректным. Под "превышением диапазона" подразумевается не только превышение диапазона противофазного сигнала дифференциального входа АЦП, но и диапазона синфазного сигнала.

Заметим, что превышение диапазона синфазного сигнала является самым непростым случаем при работе с дифференциальным (и квазидифференциальным) входом АЦП, поскольку это может внешне не проявляться в виде "зашкала" АЦП, но может вызывать нелинейные эффекты и повышенное межканальное прохождение.

Можно ли для повышения точности измерений часть каналов использовать как опорные? 

— Поскольку (при достаточном времени установления сигнала) узел коммутатора в АЦП с коммутацией каналов не вносит собственную погрешность измерения разных каналов, то некоторые каналы опроса можно использовать как опорные со следующими целями:

• Для измерения собственного нуля АЦП (с применение режима измерения собственного нуля АЦП) для компенсации собственного смещения нуля АЦП при работе с другими каналами на том же диапазоне измерения.
• Для измерения нуля АЦП на стороне датчика для компенсации смещения нуля системы "АЦП + датчик", если один (или более) каналов АЦП будут использованы для компенсации смещения нуля при работе с другими каналами на том же диапазоне измерения.
• Для измерения внешнего источника опорного напряжения для коррекции шкалы измерения на том же диапазоне измерения других каналов.