Table of Contents
מדוע מגברי חשמל נמוכים Define Modern Portable Design
הפיצוץ של אלקטרוניקה נייד הציב דרישות חסרות תקדים על כל רכיב בתוך מכשיר מופעל סוללות.בין אלה, המגבר המבצעי תופס עמדה ייחודית כי זה חייב להישאר פעיל - או כמעט כך - כדי לקבוע אותות בעולם האמיתי לפני המרה למעבדים דיגיטליים.בניגוד למעבדים שיכולים להיכנס למצבי שינה עמוקים, חזית אנלוגית לעתים קרובות צריך הסמכה רציפה כדי ללכוד נתונים באופן מדויק.
מגבר שנבחר גרוע יכול לנקז תא מטבע בימים, בעוד שחלק מתאים היטב מרחיב את חיי הסוללה חודשים או אפילו שנים. האתגר הוא באי איזון הנוכחי נגד רווח, רעש ודיוק. מעצבים חייבים להבין את הבורסות הספציפיות ליישום שלהם ולא רק את החלק הנוכחי הנמוך ביותר בשוק.
מפרט הליבה שחשוב עבור מערכות מחוזקות סוללות
לפני הערכת חלקים בודדים, מהנדסים צריכים מסגרת ברורה להשוואה. .קייסנט הנוכחי נמשך כאשר המגבר פעיל אך לא מניע עומס - קובע את צריכת החשמל הבסיסית. A 600 nA או דגימה פועל ברציפות מ- 200 mAh תא יכול לפעול באופן תיאורטי במשך יותר מ-38 שנים, אם כי גורמים בעולם האמיתי כמו טעינה עצמית ומערכות אחרות להפחית את העומס הדרמטי הזה.
מוצר קבל-בנדי ואפקטו על הכוח
היחסים בין היצע נוכחי ופס רוחב פס הוא יסודי בעיצוב הדגה.מכשיר שצייר 600 nA בדרך כלל משיג מוצר בעל פס גבוה (GBWP) של כמה מאות קילו-מרצץ, אשר מתאים לחיישנים טמפרטורה, ממריצים לחץ, ומוניטורים סביבתיים המייצרים אותות מתחת ל-1 kHz יישומים הדורשים רוחב פס אודיו עד 20 k צריכים דגימה עם גבוה יותר של GBWP, אשר מונעים באופן בלתי נמנע את התדירות הסורקים את זמן התדירות גבוהה יותר.
רכבת-to-Rail Input and Output Architecture
מערכות מותאמות בדרך כלל פועלות מסוללות חד-תאים (3.0 V ל-4.2 V) או תאי אלקליין (1.2 V עד 1.65 V לתא) קלט ופלט (RRIO) או הדגימות לשמור על הפעלה ליניארית לאורך טווח האספקה כמעט כולו, מה שממקסים טווח דינמי שניתן ל-Strasate כמו הפרשות הסוללה.
2.2 מכשירים OPA2333: Nano-Power Precision for Sensor Front-Ends
OPA2333 מגדירה ציון של דיוק אולטרה-עוצמה של הגדלה.זה כפול-ערוצי CMOS AMP שואב רק 600 nA של אספקת זרם לערוץ תוך הפעלת 1.8 V ל-5.5 V. ארכיטקטורת ה- Auto-zero מספקת מתח מקסימלי של 10 מיקרוV וסחף של 0.05 μV / C, ביטול הצורך עבור קליברציה תקופתית ביישומים רבים אלה.
השלבים של הקלט והפלט מאפשרים שימוש מלא של מתח הסוללה, ואת ה- SC-70 הקטן או SOT-23 חבילות לעזור למזער את אזור ה- PCB. בעוד 350 kHz GBWP מגביל את המכשיר הזה לסימנים נמוכים, הרוב המכריע של משימות ניטור ניידות לעולם לא עולה על כמה מאות הרץ.הטופולוגיה של אפס אוטומטי מבטלת גם את 1 / f כי מגיפות קונבנציונליות CM מגבר נמוך ב-P, כלומר, 000 דיוק, כלומר, 000 של נתונים מדויקים, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, 333 מעלות צלזיוס: 1.
אופטימיזציה של OPA2333 עבור יישומי חיישן גשר
בתצורת גשר חיטה, סחף ה- OPA2333 מבטיח כי שינויים בהתנגדות הנגרמת טמפרטורה באלמנטים הגשר אינם נכונים לסיגנלים בפועל.מעצבים צריכים לקשור את המגבר הזה עם נוגדנים מדויקים שיש להם חסכוני טמפרטורה נמוכה כדי לשמור על דיוק המערכת הכולל.שעון אפס אוטומטי פועל בכמה קילווהרץ, כלומר המגבר יכול לדחות רעש נמוך מאספקת חשמל או מהפרעות אלקטרומגנטיות אחרות עלולות.
אנליג מכשירים LTC2057: Zero-Drift Performance with Higher Bandwidth
כאשר יישומים דורשים הן דיוק והן רעש נמוך רוחב פס מתון, LTC2057 ממכשירים Analog מספק ביצועים יוצאי דופן תוך ציור רק 300 μA לערוץ. זה ערוץ אפס-drift מ- 2.7 V ל-5.5 V אספקת V שומרת על התחלה מקסימלית של 4 μV עם סחף של 0.02 μV / C. 1.5 M GBWP ו- nV / n / מתח אטמוספירה ב 1x2 סגסוגת 1x, 000 עבור סגסוגת 1x, מ"מ"מ"מ"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ
הקלט של הרכבת-to-rail ושלבי הפלט משמרים טווח דינמי בעיצובים חד-פעמיים, ואת 1.2 ms Start-up זמן לאחר הסגירה הוא קצר מספיק עבור מחזור-על-ידי מחזור כוח gating.LTC2057 מגיע חבילה קומפקטית TSOT-23, מה שהופך את זה קל להתאים עיצובים מאומנים בחלל. עבור מהנדסים משקל משקל, מנתח כימי נייד, או סוללות מופעלות, רקמות, רקמות רפואיות, רקמות, רק מנטרות, כמה משקף ביצועים אנלוגיים אלה.
יישום חובה-Cycling עם LTC2057
ה-LTC2057 מאפשר למעצבי מערכת ליישם תוכניות ניהול כוח אגרסיביות.מיקרובקר יכול להעיר את המגבר 2 מ' לפני מדידה, לאפשר את הפלט להתיישב, לקחת קריאה יציבה, ולאחר מכן לסגור את המגבר שוב.טכניקה זו מקטין את הממוצע למיקרו-דגמי נתונים מרובים ערוצים שבו כל ערוץ דורש תשומת לב תקופתית.
3. Texas Instruments TLV2371: טווח אספקה רחב עבור עיצובים ורסאטיל
TLV2371 הוא דגימה חד פעמית שפועלת מ-2.7 V עד 16 V, עם זרם אספקה טיפוסי של 350 μA כאשר מופעל ממתח נמוך יותר. 3 MHz GBWP ו פלט רכבת-to-rail לספק רווח מספיק עבור שלבים רבים חיישן ללא מעל תקציב החשמל.
חיישנים גזים אלקטרוניקה, גלאי עשן, ומוניטורים רפואיים נמוכים לעתים קרובות מעסיקים את TLV2371 כי הוא ממשק היטב עם ADCs נמוך וקיים פעולה יציבה כמו מתח הסוללה יורד.טווח האספקה הרחב גם אומר את אותו חלק יכול לשמש על פני מספר גרסאות מוצר לרוץ מתצורה שונה סוללות, צמצום מאמץ כישורים ומורכבות צריך לציין כי את עמוד TLF71 יכול להניע את התפוקה המלאה של המוצר ללא TLF2.
4. Analog מכשירים AD8610: JFET Input for High-Impedance Signal Paths
ציוד אודיו נייד, מיקרופון דיוק, ומכשירי מדידה הדורשים תועלת עיוות נמוך מה- AD8610, JFET-input α עם זרם אספקה של 650 מיקרוA. מכשיר זה פועל על אספקה מ ±5 V ל ± 13 V (או יחיד 10 V עד 26 V), מה שהופך אותו מתאים לערימות סוללות גבוהות יותר כגון 2-cell-Lion-Han-Cen-Cen-F, כדי לשמור על אותות נמוך של 15V.
שלב קלט JFET משיג זרמי הטיה של רק כמה picoamperes, אשר חיוני עבור photodiode Transimpedance amplifiers שבו זרם ההטיה של המגבר יכול להסוות את זרם ההדלפה של חיישן.זה הופך את AD8610 מועמד חזק עבור ספקטרום משקפיים ניידים, גלאי פלואורסנס, וחיישנים קלים המשמשים במצלמה ולהציג מחדש את הסוללות של ה-Folfrerereretreative, אבל כבר יכול להחליף את ה-Fernatives-Ferfreatives-Fervaterfreatives.
Photodiode Amplifier Design with JFET Op-Amps
בעת תכנון ההטיה של Transimpedance amplifiers for photodiodes, ה- AD8610 של picoampere של הקלט מאפשר מדידה מדויקת של רמות האור עד לטווח nanoוואטs. ערך התנגדות משוב חייב להיות נבחר כדי להגיע נגד רוחב פס, כמו פעולת ה- capacitance של photodiode, אפילו מול המחט של משוב חזק כדי ליצור מוט שיכול להגביל את התגובה המעגלית A86 קטן.
5. Texas Instruments MCP602: עלות-אווירה יעילה עבור Consumer Audio
משפחת MCP602 משמשת כ- 1.5 mA כפול-להיר I/O עם 1.8 V ל-5.5 V טווח הפעלה וספק טיפוסי של 1.5 mA לערוץ.ה 2.8 MHz GBWP ו-7 V / מיקרוס סלסול לעשות זאת בחירה תכליתית עבור קידוד אודיו buffers, סינון פעיל, חיישןי ממשק אנלוגי נפוצים במכשירים ניידים.
בעוד זרם האספקה הוא צנוע ולא קיצוני, השילוב של עלות נמוכה, הגנה חזקה של ESD עד 4 kV, וזמינות חבילות DFN שמירת חלל שומר על MCP602 פופולרי בעיצובים ניידים בשוק המוני כגון רמקולים Bluetooth, מכשירי משחקים מוחזקים יד, ומוניטורים רפואיים בסיסיים.המכשיר כולל פיצויי שלב פנימיים המחזקים את העומסים עד 100F, צמצום הצורך ביתרונות חיצוניים, כלומר, לא ניתן להצדיק את הפחתת ההיצע, במקום שיפורים של תכונות קיבולת הנוכחית.
ADA4528-1: Nano-Power Zero-Drift with Enable control
ADA4528-1 דוחף את הגבולות של הגדלת דיוק nano-power. זה אפס-drift סמן שואב רק 650 nHz של אספקת זרם תוך שמירה על קצב מקסימלי של 2.5 מיקרוV וסחף של 0.015 μV / ° C. זה פועל מגובה 11.8 V-5.5 VV אספקת וכולל רשת אפס פנימי אשר מתקנת כל מחזור, ביעילות מבטל את הטמפרטורה ואת אותות הגדלים של 1 GB / סגסוגת הנוכחית של 1.5 Vp.
ADA4528-1 כולל ציון המאפשר ל- 150 NA להיסגר, מה שהופך אותו אידיאלי עבור מכשירים ממוחזרים חובה אשר מתעוררים מעת לעת כדי לקחת מדידה.שלב של ה-Ride-to-rail של המכשיר ושלבי הפלט להבטיח תנודה מקסימלית בעיצוב חד-פעמי, וחבילת MSOP-8 הקטנה מתאימה בקלות לתצורות מכשירים ניידים.
חיי סוללה ממקסימים באמצעות אופניים
ביישומים שלוקחים מדידה אחת לדקה, ADA4528-1 יכול לבלות 99% מהזמן שלו במצב הסגור, להפחית את היצע ממוצע הנוכחי ל-150 nA בתוספת זרם ההפעלה הקצר בחלון המדידה. מעצבים צריכים להבטיח את אספקת החשמל ליישב התאמות עם המגבר 1.2 מ"מ להתחיל עד כדי למנוע קריאת ערכים לא יציבים.
טקסס מכשירים MCP6002: Ultra-Low Power for Cost-Sensitive Applications
MCP6002 הוא דגימת מסך ערוצים כפולה שפועלת מ-1.8 V ל-5.5 V עם זרם אספקה טיפוסי של 600 μA למגבר.שלבי הקלט והפלט שלה, בשילוב עם 1 MHzWP, יעד מוצרים רגישים סוללות כגון thermometers, סולמות דיגיטליות, ונקודות חיישן אנלוגיות פשוטות.
מתח מכווץ אופייני הוא 1 mV, ואת הפלט קצר-circuit הנוכחי דירוג של 23 mA מאפשר MCP6002 לנהוג עומסים נמוכים-סרפסים כמו jacks אודיו או LED מחוונים ישירות ללא שלב חיץ חיצוני.המכשיר זמין נרחב בחבילות סטנדרטיות ו- TSSOP, ואת העלות הנמוכה שלו שומרת על חיוב של חומרים ניתנים לניהול תוך מתן ביצועים מקובלים עבור ייצור תעשייתי ו- mracleic.
8. Analog מכשירים OP07: זמן-המשך עדיפות עבור אלקטרוניקה תעשייתית
ה- OP07 הוא מרכיב מרכזי בעיצוב אנלוגי מדויק במשך עשרות שנים, והשימוש בו המשיך בכלי נייד מדבר ליציבות שלו וצריכת חשמל מתונה.מגבר זה שואב רק 900 מיקרוA של אספקת זרם תוך מתן מתח מקסימלי של 75 מיקרוV וסחף של 1.3 מיקרוV / C. זה פועל מאספקה מפוצלת כמו ±3 V (או יחיד-בדרך כלל 6 כדי להפוך את V), עם תאים מרובים של סוללות או סוללת VK.
שלב קלט דו קוטבי נמוך (12 nV / ⁇ Hz ב 1 kHz) הופך את OP07 מתאים לסינון דיוק ויישומים מדידה נמוך קידוד נמוך שבו ביצועי רעש הם קריטיים. בעוד שאין יכולת פלטה של מסילות רכבת עד-rail, הביצועים שלה בתצורה של גבוה-gain נשאר קשה להתאים את נקודת המחירים שלה. ⁇ נתונים, בדיקות גיאולוגיות, מכשירים רפואיים כי לפני אימון עקבי על פני שעות פעילות הטיות יותר מאשר שמירה על יעילות גבוהה יותר מאשר שמירה על פני שעות הגנה על פני השטח.
טקסס מכשירים TLC2272: CMOS Input for High-Impedance Sensor Interfaces
TLC2272 הוא דגימת כוח נמוכה כפולה עם זרם אספקה טיפוסי של 1.3 mA למגבר וטווח אספקה של 2.7Hz עד 16 V. שלב קלט CMOS שלה משיג זרמי הטיה קלט picoampere, מה שהופך אותו מתאים עבור חיישנים עתירי צפיפות גבוהה ו- RV מדגם הרץ, שבו אפילו הטיה ברמת ננומטרה הנוכחי יציג שגיאות משמעותיות 2.2 / פילטר V.
פלט Rail-to-rail מסייע למקסם את נדנדה האות, והמכשיר כולל הגנה פנימית של ESD עד 2 kV. סובלנות למתח ההיצע הרחב מאפשר ל- TLC2272 לשמש בכלים תעשייתיים המופעלים על ידי סוללות סדרה שבו המתח עשוי להשתנות מ 6 V ל-16 V על מחזור הפלט.הטיית קלט נמוכה היא בעלת ערך במיוחד במכשירים רפואיים כגון צגים של ECG, שבו אלקטרודה עשויה להשתנות עם ממשק מתאים, אשר אינו דורש גם כן.
מיקרוצ'יפ MCP6041: הכוח הנמוך ביותר המוחלט של מערכות מטבע-קלל
MCP6041 של מיקרוצ'יפ לוקח כוח אולטרה-נמוך לקיצוניות ההגיונית שלו, ציור רק 0.6 μA (600 n) של אספקת האספקה הנוכחית תוך הפעלת מ-1.4 V ל-6.0 V אספקת 6.0 V. דגימה זו היא תכליתית עבור חיישנים שחייב לרוץ במשך שנים על תא מטבע ליתיום יחיד.ה- 14 kHzWP הוא צנוע אך מספיק כדי שינוי איטי עבור אותות כגון טמפרטורה, לחות בינונית, לחץ כבד, לחץ כבד, ניטור כללי, לחץ סביבתי.
(ב) קלט ופלט שלבי הפלט משמר טווח אות, והציון מאפשר להפחית את הספק הנוכחי ל-0.10 מיקרוA בהשבתה, להאריך את חיי הסוללה לחיי המדף של התא עצמו.למצוע את המתח הוא 3 mV טיפוסי, כך MCP6041 פועל בצורה הטובה ביותר ביישומים שבהם דיוק מוחלט הוא calibrated או שבו מדידה שונה מבטלת שגיאות נפוצות.
כאשר ננו-Power Bandwidth Meets Real-world Signals
ה- MCP6041 של 14 kHz GBWP מגבילה אותו לסיגות מתחת ל-1 kHz ברווח של אחדות, אבל רוחב פס זה מכסה את הרוב המכריע של חיישנים סביבתיים.בדיקות טמפרטורה באמצעות המrmistors או RTDs בדרך כלל לייצר אותות בטווח של הרץ.
אסטרטגיות עיצוב מעשיות עבור Ultra-Low Power Systems
בחירת הדג הנכון מייצג רק את הצעד הראשון בהשגת חיי סוללה מקסימליים.העיגולים הסובבים חייבים להיות אופטימיזציה באותה מידה עבור זרם quiescent נמוך. כל רכיב פסיבי יוצר נתיב פוטנציאלי שיכול לנקז את הסוללה כאשר המערכת היא בטלה.
אופטימיזציה ברשת Feedback
נמוך כוח הדגמת עם קלטות CMOS להציג זרמים הטיה קלט בטווח picoampere, המאפשר שימוש של משוב גבוה ערכים התנגדות מבלי להציג שגיאות התחלה משמעותית. מעצבים צריך להשתמש מתנגדים 1 M ⁇ ל 10 מ"מ טווח M ⁇ כדי למזער את היחס הנוכחי נמשך על ידי רשת משוב.עם זאת, ערכים ההתנגדות גבוהה אלה להגדיל את הרעש התרמי על פי משוואה ג'ונסון-Nquist, כך ניתן להעריך ביעילות את הלחץ הנוכחי ללא לחץ רוחב פסטה פעיל.
המונחים: Leakage Current Management
כאשר מופעלים במיקרו-אמפורה או ננופאר רמות הנוכחיות, דליפת פני השטח יכולה להפוך למקור משמעותי של טעות. טבעת שמירה פשוטה המונעת על ידי מתח הפלט של הדגמה יכול להפחית את הדליפה על ידי גורם של 10 או יותר בסביבות לחות. טבעת השומר צריך להקיף את סיכות קלט גבוהה ממריצים להיות מחובר למקור נמוך של מתח דומה כמו אותות טמפרטורה נמוכה של ירידה מסוימת של לחץ רפואי.
מגמות מתפתחות בטכנולוגיית HD-Power Op-Amp
תעשיית המוליכים למחצה ממשיכה לדחוף את הגבולות של מה שניתן בעיצוב אנלוגי אולטרה-נמוך. תהליכי CMOS מתקדמים עם אורך שער תת-מיקרוני עמוק מאפשרים מעגלים לתיקון דיגיטלי להשתלב לצד ליבות אנלוגיות, המאפשרים אפס אוטומטי וטכניקות ייצוב חיתוך ללא עונש הכוח של הדורות הקודמים.
שילוב של פונקציות מרובות Analog
מגמה הולכת וגוברת היא שילוב של הפניה מתח ומיזוג לצד הדגה בחבילה IC יחיד. מכשירים אנלוגיים אלה הקדמית קו החזית-end מאפשרים ממשק חיישן להעיר את המיקרובקר רק כאשר סף חצו, צמצום כוח המערכת אפילו יותר.רחב אימוץ של Bluetooth אנרגיה נמוכה Zigbee כבר דחף מעצבי תצוגה להציע ניתוח מובטח ל- 1.2, להתאים את קצה של מתח חי-חיים זה מאפשר להורדת סוללות אל מול מטה זרם מינימלית אל מול מטה אל מול מטה.
חבילות מתקדמות לעיצובים בחלל-קוני
טכנולוגיית אריזה מתפתחת במהירות, עם חבילות בקנה מידה שבב ברמה גבוהה (WL-CSP) מדידת פחות מ 1 מ"מ2 המאפשר מגבר דיוק שלם להתאים את קצה העיפרון.חבילות זעירות אלה להפחית את הציפוי parasitic capacitance ומאפשרות למגבר להיות ממוקם ישירות מתחת חיישן MEMS, מצמצם את איסוף הרעש מתופעות דיגיטליות על ה-the-pic מופחתת גם משפר ביצועים גבוהים יותר, בהשוואה ל-prepense גבוה יותר, לעומת ביצועים מתקדמים יותר, לעומת ביצועים מתקדמים יותר, לעומת ביצועים מתקדמים יותר, לעומת ביצועים מתקדמים יותר, לעומת ביצועים מתקדמים יותר.
הבחירה של מגבר תפעולי בעל כוח נמוך מגדיר את חיי הסוללה וביצועים אנלוגיים של מכשירים אלקטרוניים ניידים.עשר הדגמות נבדק כאן משתרע על הספקטרום ממכשירים ברמת אפס אפס-דפס לחתיכות גבוהות יותר של חלקי JFET, נותן מהנדסי עיצוב כלים כדי להתאים את הספקטרום של תכונות מדויקות של שרשרת האות שלהם.