מבוא ל- Bridge Sensors and Differential Amplification

חיישני גשר, כגון גשר חיטה, הם יסודיים במערכות מדידה תעשייתיות ורפואית לגילוי שינויים בפרמטרים פיזיים כמו מתח, לחץ, כוח וטמפרטורה.חיישנים אלה להמיר גירוי פיזי לתוך מתח קטן שונה - לעתים קרובות רק כמה מ"ל מתחים מתקדמים - כלומר, על גבי מתח של צבע יעיל יותר, משקף צבע לחץ גבוה יותר, כלומר, מנקה את אותות מורכבים זה באופן מדויק דורש השפעה שונה עם מלחיצה על מעגל רחב יותר (מתאים) באופן מדויק יותר, כלומר, לחץ דם גבוה יותר, כלומר, לחץ דם גבוה יותר, לחץ דם שלילי (מתאים מתקדמים), כלומר, לחץ גבוה יותר, לחץ גבוה יותר, לחץ על משקל חיובי (מתאים מתקדמים), כלומר, משקף אינדקס יעיל יותר, לחץ על גבי מעגל חיובי (מתאים מתקדמים), כלומר, לחץ גבוה יותר, לחץ גבוה יותר, לחץ גבוה יותר, לחץ על ידי שינוי צבע לחץ על פני צבע לחץ על פני צבע יעיל יותר, לחץ על פני צבע יעיל יותר, לחץ על ידי שינוי צבע לחץ על פני צבע לחץ על מתח של צבע לחץ גבוה יותר, משקף אינדקס יעיל יותר, לחץ גבוה יותר, לחץ גבוה יותר, משקף אינדקס יעיל יותר, משקף אינדקס יעיל יותר, לחץ גבוה יותר, לחץ על פני גשר יעיל יותר, לחץ על פני צבע לחץ גבוה

כיצד Bridge Sensors יוצר אותות שונים

גשר חיטה טיפוסי מורכב מארבע זרועות מנוגדות.כאשר הגשר מאוזן – כלומר, כאשר היחס של התנגדות בחצי שווה את השני - ההבדל בין שתי נקודות האמצעי הוא אפס.תחת השפעת משתנה נמדד (למשל, מתחים רק את התפוקה המשותפת של גשר אחד או יותר), הגשר הופך ללא מאוזן ומייצר פלט יחסי שונה כי הוא ישר למתח אחד (או יותר מעצימות) הוא בדרך כלל ממריץ אחד או יותר, הוא אחד של שני אותות משניים שונים.

Amplifier Topology באמצעות Op Amp

(ב) ניתן להבין את הרמזים (ב) ו- 4 ניגודים (ב) ב-[[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]

המונחים:

(ה) "לעמוד" (ה) ב"לא-הההפצה" (הופנה מהדף ⁇ ) ו"התמ"ל (ה)" (ה)"ב)" (ה"ה)"ב)" (ה"ה"ה)"ה"ה"ה"מ"ל"ד)"ל" (ה"ב)"ב)"ה"ה"ה"ה"ה"ה"ה"ב"ה"ה"ב"ה"ה"ה"ב"ה"ה"ה"ב"ה"ה"ה"ה"ה"ה"ב"ב"ב"ה"ה"ה"ה"ב"ב"ב"ב"ב"ה"ה"ה"ב"ב"ב"ב"ה"ה"ב"ב"ב"ב"ה"ה"ה"ה"ה"ה"ה"ה"ה"ה"ה"ה"ה"ה"ה"ה"ה"ב"ה"ה"ה"ה"ה"ה"ה"ה"ה"ה"ה"ה"ה"ה"ה"ה"ה"ה

דרישות ביצועיות עיקריות ל- Bridge Sensor Amplifiers

קבל את ההסכמה ודפוסי

רווח של המגבר השונה חייב להיות יציב על פני טמפרטורה וזמן. חסכוני טמפרטורה (TC) ו- mp-bandwidth המוצר (GBW) שניהם להשפיע על דיוק. עבור יישומים בעלי סיכון גבוה, להשתמש בהתנגדות עם TC מתחת 25 ppm / C ו- amps עם GBW לפחות פי 10 את תדירות האות המקסימלית כדי למנוע שינוי ועלייה בפסגות.

Common-Mode Rejection Ratio (CMRR)

CMRR הוא היכולת של המגבר לדכא מתח משותף תוך הגדלת האות השונה.עבור חיישנים גשר עם רמות בעלות גבוהה של מוזה (למשל, 5 V Exציטוט, 2.5 V משותף-Mode), CMRR צריך לעלות על 100 dB. CM של מגבר חד-מפוס יחיד הוא בעיקר על ידי התנגדות או תחרות מושלמת עם 120 CM21 הוא מתאים (R) עם CM2, הוא CM2, הוא CM2, הוא CM2, 000 CM.

Input Bias Current and Offset Voltage

פלטי חיישן גשר לעתים קרובות יש תנופה גבוהה של מקור (several k ⁇ ) זרמי הטיה זורם דרך המתנגדים ליצור טיפות מתח שנראים כמו שגיאות שונות של ההתחלה. בחר CMOS או FET-input amps עם זרמי הטיה מתחת 10 pA כדי למזער את האפקט הזה. הם סחף נמוך למטה (Vsub>) ונמוך נמוך הם סחף חיוני כדי למנוע μ / ⁇ / 0.

ביצועים רעש

הרעש של המגבר צריך להיות גם מתחת לקומה הרעש של החיישן עצמו.עבור חיישנים גשר, רעש נמוך ⁇ (1/f) רעש רחב הן החומר.בחר ps עם צפיפות רעש נמוכה מתח (למשל, 10 nV / ⁇ בשעה 1 k) ולהגדיר את המעגל כדי למזער רעש תרמי (keנגד ערכים נמוכים ככל האפשר ללא עומס על פני טווח טיפוסי של חיישן A.

מדריך בחירה מעשי

  • (FLT:0)Op Ampture: 1FLT: לחפש מכשירים עם הילוך נמוך, סחף נמוך, CMRR גבוה, וטיה נמוכה נוכחית: OPA189 (אפס-דטריפט), ADA407777 (precision bipolar), LTC2057 (אפס-drift) עבור יישומים בעלי כוח נמוך, לשקול את MCP6V01SL או I134284.
  • (FLT:0) Resistors:FLT:1 השתמש בהתנגדות דיוק מתכת-סרט עם סובלנות ⁇ 0.1% ו TC ⁇ 25 ppm / ° C. Thin-film התנגדות ⁇ (למשל, LT5400) מציעים התאמה טובה למעקב.
  • (FLT:0)Capacitors:001 Place 10 nF ל 100 nF עקף קפקאים קרוב ל- אספקת ה- mp. השתמש בסוגי קרמיקה נמוכה (X7R או NP0).
  • (ב) ויקרא: ויקרא: ויקרא: ויקרא: ויקרא י"ד: ויקרא י"ד: ויקרא י"ד): "ה' ויקרא ויקרא י"ב ,"ה' , ויקרא כ"כ .

שלב-בי-שלב עיצוב נוהל

1.הפצה של מערכת Define

(לדוגמא, 20 מ"ר ל-2.5 V exצטט), טווח מתח הפלט הנדרש (למשל 0-5 V עבור ADC), ואת רוחב הפס.למלא את הרווח הדרוש: קבל = VreaFLT:0out(max)FLT:1/ VFLT:2in(diff) מקסימום, גם את המתח המשותף.

2.בחר אומפ ו-Resistors

(ב) על בסיס רעש, רוחב פס ודרישות דיוק, בחר ערכים כגון RcioFLT:0 (1) ו RIRFLT:23033033033033GREFLT 3 הם שווים ו-RLT:42FLT:5 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

3.סימונים את המעגל

השתמש בסימולציה SPICE (למשל, LTSpice, TINA-TI) כדי לאמת רווח, CMRR ותגובה תדירות. Include amp מאקרומודלs ו-נגד תופעות סובלנות. הוסף קפיאנטים parasitic כדי לבדוק יציבות.

4.הליוט וההפצה

על ה- PCB, שמור את לולאת משוב קצר וסימטרי. השתמש במטוס קרקע.מקם את הסמן קרוב לחיישן כדי להפחית את אורך העודף. נפרד אנלוגי ודיגיטלי אם ADC הוא על אותו לוח. עבור פשטות מהירה, להשתמש לוח לחם מאונך היטב עם חוטי קפיצה קצרים, אבל להיות מודע לכך כי קיבולים קצבים קצביים יכול לגרום oscillations.

5. קלבריק ובדיקה

החל מתחים שונים (באמצעות מקור מתח מדויק) ומדד את הפלט.התאמה על ידי אימון טוב RIRFLT:0203FLT:1 אם יש צורך. CMRR על ידי יישום אותו מתח משותף-מודד לקלטים והתבוננות בשינוי הפלט.

אופטימיזציה משותפת-Mode Rejection

המגבר הבודד-op-amp שונה יש מגבלות CMRR בשל התנגדות ניגודיות. עבור כל 0.1% לא מתאים, CMRR מדרגות על ידי כ 54 dB יחסית לאידיאל. כדי להשיג CMRR מעל 100 dB, המתנגדים חייבים להתאים בתוך 0.01% או טוב יותר. דרך מעשית לשפר CMRR ללא התנגדות אולטרה-מדבקות היא להשתמש בשלושה תצורה של CM-אמפטקטור (מתאים) אשר מספק בעיקר תצורה אחת או יותר).

חלופות מתקדמות: Instrument Amplifiers

עבור יישומי חיישן הגשר התובעניים, המגבר של שלוש-op-amp (למשל, באמצעות INA826, AD8221, או יישום דיסקרטי עם שלוש סטיות דיוק) מציע ביצועים מעולים:

  • (ב) ויקרא י"א): "השניים ה"התב" (ב"ד) הם בעלי חתלתול, וחולקים את ה"התערות" (ב"ב)
  • (ב) CMIR:0) גבוה CMRE: 1FLT 1 CMRR > 120 dB הוא אמין, אפילו עם התנגדות בינונית.
  • (ב) ,0) ,התאמת הנגדית: ⁇ 1 (ב) היא תוצאה של התנגדות חיצונית אחת, הפשטת עיצוב ו calibration.

עם זאת, יישום דיסקרטי עם שלוש נקודות עולה יותר שטח ועוצמה של לוח. עבור יישומים רבים, מגבר כלי משולב מלא IC הוא הבחירה הטובה ביותר.

המונחים:

רעש חשמלי יכול בקלות להציף אות חיישן גשר קטן.ליישם את הטכניקות הבאות:

  • (ב) ויקרא י"א: "ה' י'"א ויקרא י': "וַיְּאֶת עַל הָאָרֶץ הוּא עַמֶּה הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא
  • (FLT:0)Low-pass filter: FLT:1 הוסף מסנן RC מסדר ראשון (למשל, 1 k ⁇ התנגדות ו 100 nF capacitor) בפלט המגבר להגביל רוחב פס ולהפחית רעש פס רחב.
  • (FLT:0) Power Supply Decoupling: FLT:1 השתמש 10 מיקרוF טנטלום בתוספת 100 nF קרמיקה על כל רכבת אספקה, ממוקם קרוב ככל האפשר למערך האמפ.
  • (ב) ,0) סביב: 1 (FLT) השתמש בכוכב-קרקע או מטוס קרקע מוצק. להימנע הלולאות קרקעיות על ידי דחיית הקרקע של החיישן חוזר ישירות לנקודת ההתייחסות של המגבר.

טכניקות ל- Bridge Sensor Amplifiers

גם עם מרכיבים מדויקים, הדבקה והשגת שגיאות קיימים.קליברציה יכולה להתבצע בחומרה או בתוכנה:

תגית: Trim

הוסף מד תאוצה (למשל, 10 k ⁇ ) בין קלט שאינו מונע ופניית מתח כדי לבטל את הפלט. לחלופין, להשתמש במגום דיגיטלי ל calibration מרחוק או אוטומטי.

קבל Trim

⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

תוכנה Calibration

אם הפלט המגבר מוזן ל- ADC, ניתן לבצע את ה-Clibration באופן דיגיטלי על ידי מדידה של אפס-input ידוע וקלט התייחסות ידוע.גישה זו גמישה ומבטלת את הצורך ברכיבים אנלוגיים.

דרישות אספקה

חיישנים הגשר פועלים לעתים קרובות ממתח אספקה יחיד (למשל, 3.3 V או 5 V) חד-פעמי חייב להיות קלט-לעקה ופלט כדי להתמודד עם מתחים נפוצים ליד המעקה.עבור עיצובים חד-פעמיים, לחבר את הפלט הלא-inverting של התנגדות (RFalLT:04FLT) למתח שלילי (או ליתר דיוק) למתח שלילי (כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, למתח שלילי) נמוך (R) של שימוש).

טמפרטורה ו Drift Compensation

שינויים בטמפרטורות משפיעים על הופעת הנפילה, רווח וערכים מנוגדים.

  • השתמש ב-Emps עם סחף נמוך (למשל, אפס-דריק אוטומטי-אפס כמו OPA189).
  • בחרו התנגדות עם TC נמוך ולהבטיח שהם ממוקמים יחד על ה- PCB כדי להפחית ⁇ תרמי.
  • החל כמות קטנה של ניתוח עצמי מתנגד - מתנגדים בעוצמה גבוהה יכולים לחמם וליצור סחף.
  • שקול באמצעות רשת התנגדות של סרטים דקים עם תנורים משולבים עבור יישומים קריטיים.

דוגמאות ליישומים אמיתיים

המונחים: Stress Sensoring

חיישן לחץ סיליקון עם 5 V ציטוט מייצר בערך 25 mV מלא פלט שונה בקנה מידה גדול.שימוש אחד-op-amp amplifier עם רווח של 200 (RibFLT:01uaFLT=1 k ⁇ 1 k ⁇ , RFLT:2FLT 3=200 k ⁇ ) ampliesif the 5-R.

מערכת טעינה

תאי המטען בדרך כלל תפוקה 1-3 mV / V של ציטוט. עבור 5 V Exציטוט, פלט בקנה מידה מלא הוא 5-15 מ"ר. a מכשיר מגבר עם רווח של 330 מניב 0-5 V פלט. CMRR גבוה (> 110 dB) דוחה רעש של 50 / 60 הרץ כוח, אשר חיוני למדידה מדויקת.

סטרין Gauge Amplifier for Structural Monitoring

ב ניטור נמוך, 1 / F רעש שולט.שימוש אפס-דטריפט (למשל, LTC2057) להפחית רעש נמוך ⁇ לרמות תת-מיקרווטות.מגבר שונה ניתן להגדיר עם רווח של 10000, אבל פריסה זהירה ומסנן נדרשים כדי למנוע oscillation.

מלכודות נפוצות ופתרון בעיות

  • (ב) ⁇ :0 (ב) ⁇ : ⁇ : ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ,0) , גדול מדי: עיין 1 (הפרקים של צ'ק:1), נתיב ההטיה הקלט (להבטיח ששני הקלטים רואים התנגדות שווה ל- DC).
  • (ב) CMRR:0) ,0 (FLT:1) לבדוק התנגדות התאמה עם רבמטר דיגיטלי. השתמש במדידת קלווין 4wire עבור דיוק.
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

מסקנה

עיצוב אותות שונים מגבר עבור יישומי חיישן גשר באמצעות amps הוא תהליך מובנה הדורש תשומת לב זהירה לבחירה רכיב, טופולוגיה המעגל, פריסה. a-op-amp-amp-אמפי ייחודי מציע פתרון פשוט, זול עלות נמוכה כאשר דיוק עמידת דיוק ניתן להשיג. עבור CMRR ורווח תכנות אבחון גבוה יותר, מכשיר שלוש-op-אמפורה amplating או משולבת I משולבת שרשרת יעילה, מטפלת דיוק, עם אינדקס בטוח, עם CMreading.

לקריאה נוספת על קריטריונים לבחירת mp, מתייחס ל-FLT:0 (Analog Devices) Op Amp Selection GuideFLT:1 .ל.ל.הבנה עמוקה יותר של תורת גשר החיטה של גשר חיטה:2 בכל הנוגע למדריך ה-Visstone Bridge guidepheloph 3 ; עבור טכניקות מתקדמות של ניתוח רעש במדרגות, ייעוץ FLT:4Tas "ללא אנליזה מעגלית" 5: