הפחתת טווח הדינמי של מערכות חיישן היא אתגר בסיסי במדידות ומכשור.חיישנים חייבים ללכוד אותות כי מקיפים פקודות של גודל, מתנודות סביבתיות דקה לתהליכים תעשייתיים בעלי רגישות גבוהה. מעגלים פעילים - שנבנו סביב מגברים תפעוליים, טרנסיסטורים, ובקרת רווח הסתגלות - לספק את האמצעים כדי להגביר אותות חלשים, דיכוי, ולמנוע חידוד חזק ממסגרות פעילות, להרחיב את עקרונות התכנון של מערכות בקרה דינמית, עיצוב יעיל עבור מגוון רחב של מבנים, מודלים פעילים, מודלים, מודלים, מודלים של מערכות בקרה דינמית, מודלים של ביצועים דינמיים, מודלים של מערכות בקרה, מודלים של ביצועים יעילים, מודלים של פיתוח דינמיים, מודלים של מערכות בקרה, מודלים של מערכות בקרה, מודלים של מערכות בקרה על גבי ביצועים דינמיים, מודלים של תפקוד יעיל עבור ביצועים יעילים, מודלים של מערכות בקרה יעילה, מודלים של תפקודים, מודלים של מערכות בקרה יעילה, מודלים של פיתוח דינמיים, מודלים של מערכות בקרה יעילה, מודלים של פיתוח דינמית, מודלים של מבנים, מודלים של מערכות בקרה יעילה, מודלים של פיתוח דינמיים, מודלים של מערכות בקרה יעילה, מודלים של מבנים, מודלים של מערכות בקרה על גבי ביצועים דינמיים, מודלים של מערכות בקרה על גבי ביצועים דינמיים, מודלים של מערכות בקרה על גבי ביצועים דינמיים, פיתוח יעיל, מודלים

הבנה של טווח דינמי בחיישנים

טווח דינמי בחיישן מוגדר כיחס של האות הגדול ביותר לזיהוי לאות הקטן ביותר, בדרך כלל בא לידי ביטוי ב decibels (dB) לדוגמה, חיישן עם טווח דינמי של 100 dB יכול להבחין בין אות 1 μV מ 10 אות V ללא עיוות או אובדן של החלטה. טווח דינמי רחב הוא חיוני ביישומים כגון אודיו, אבחון, מעקב סביבתי, שבו רמות אותות משתנות באופן דרמטי.

מגבלות למגוון דינמי עולות מקווי רעש, גבולות הישבן, ולא ליניאריות. רצפת הרעש מגדירה את האות הקטן ביותר שניתן להבחין בו מרעש רקע.הטבעה מתרחשת כאשר הקלט עולה על הרמה המקסימלית של החיישן, מה שגורם לסינון או עיוות.טווח דינמי החלף דורש צמצום רצפת הרעש, הגדלת סף השט, ושמירה על ליניאריות בכל האזור התפעולי.

תפקיד מעגלי Active Circles in Range

מעגלים פעילים משנים אותות חיישן לפני שהם דיגיטאליים או מעובדים.הם משרתים שלושה פונקציות עיקריות: העצמת אותות חלשים, העצמה או הגבלת אותות חזקים, ונפיחות מרתיעה כדי למנוע השפעות טעינה.מרכיבים הפעילים הנפוצים ביותר כוללים מגבר תפעוליים (op-amps), מגברי טרנסיסטאור, והשגת אוטומטית ייעודי (AGC) מעגלים.

המונחים: right amplifier and Signal Conditioning

Op-amps הם העורכים של עיבוד אותות אנלוגיים.רווחים פתוחים גבוהה שלהם ותצורה גמישה משוב מאפשר שיפור מדויק, סינון ורמת שינוי. עבור הרחבה דינמי, דגי אופיו משמשים לא למנוע שלבים מגבר עם משוב נבחר בקפידה מתנגדים כדי לקבוע ללא תוספת רעש יתר.

בקרת רווח אוטומטית (AGC)

(ה- AGC מעגלים באופן דינמי להתאים את רווח המגבר בהתבסס על אות קלט amplitude.זה מאפשר למערכת לשמור על רמת פלט קבועה למרות וריאציות קלט גדולות.A טיפוסי AGC לולאה כולל מגבר משתנה-gain (VGA), גלאי מעטפה, ו- משוב של התג 'הרווח של VGA מופחת כאשר אותות חזקים נוכחים, מונעים, ולהגדיל במהלך אותות חלשים כדי לשמור על אותות של חיישן:0-Fextexer.

Transistor Amplifiers for High-Frequency Applications

עבור חיישנים הפועלים בתדרי רדיו או הדורשים רוחב פס רחב מאוד, מגברי transreteor (BJT או FET) מציעים רווח גבוה וביצועי רעש בהשוואה לדגימות משולבות. Common-emitter and Common-source topologies, בשילוב עם תצורה של cascode, יכול להשיג מגוון דינמי רחב על ידי צמצום קיבוליפטנס ושיפור מהנדסים לעתים קרובות.

המונחים: Active Dynamic Range

תכנון מעגל פעיל עבור הרחבה של טווח דינמי דורש איזון מספר, לעתים קרובות סותר, פרמטרים: רווח, רוחב פס, רעש, לינאריות וצריכת חשמל. להלן הם האזורים העיקריים הדורשים תשומת לב זהירה.

אופטימיזציה Noise

הרעש שמוסכם על ידי מעגלים פעילים חייב להיות מצטמצם כדי לשמר את טווח דינמיים אינטרינרי של החיישן.זה כרוך בבחירת דגימת הדבקה נמוכים עם מתח נמוך ומפרטים רעש נוכחיים, באמצעות התנגדות סיום נאותה, והפעלה של טכניקות מגן ופריסה כדי להפחית את ההתערבות החיצונית.המספר הכולל של רעש (NF) של שרשרת האות צריך להיות נשלט על ידי המגבר הראשון שלב ראשון כדי למקסם את יחס אותות.

קוהרנטיות ומשמעת

לא ליניאריות במגברות יוצרות מוצרי הרמוניות ושילוב שיכולים להסוות אותות קטנים או לגרום לקריאות כוזבות.טכניקות לשיפור הליניאנס כוללות שימוש במשוב שלילי, בחירת מכשירים עם רווח גלוי גבוה, ולפעול בתוך האזור ליניארי של עקומות העברה מגבר.עבור דרישות לינאריות גבוהות, לשקול שימוש בדגימות דיוק עם עיוותים נמוכים (THD).

חדר ראש והגנת הגולגולת

מעגלים פעילים חייבים להיות מספיק חדר אספקה כדי להתאים את נדנדה האות הצפויה ללא קידוד.זה אומר בחירת דגימת האופי עם יכולת פלטה של מסילות רכבת-עד-rail או לספק אספקה מפוצלת.בנוסף, דיודות הגנה קלט וחיפויי מתח ניתן להשתמש כדי למנוע נזק מופרז אותות טרנספורמטיביים גדולים.

ניהול חשמל ו-Thermal Management

במערכות חיישן ניידות או נמוכות כוח, תקציב הכוח של המעגל פעיל חייב להיות מנוהל בקפידה. נמוך כוח מאובנים ומבצע transistor subthreshold יכול להפחית את הצריכה, אבל עלות רוחב פס וביצועי רעש. עיצוב תרמית חשוב גם כי חימום עצמי יכול לגרום לסחף במתחים מלמטה ורווח.

טכניקות מתקדמות ל-Fort Range Extension

מעבר לאפקטים בסיסיים ו- AGC, כמה טכניקות אנלוגיות מתקדמות יכולות לדחוף עוד טווח דינמי.

המונחים: Logarithmic Amplifiers

קידוד מפיץ טווח קלט רחב לתוך טווח פלט קטן יותר על ידי יישום פונקציית העברה לונאריתמית.זה שימושי במיוחד עבור חיישנים כמו photodiodes או accelerometers המייצר אותות המשתרעים על פני כמה עשורים. מתח הפלט הוא פרופורציה של זרם קלט, המאפשר מגבר אחד לטפל הן קלושות אינטנסיביות אותות ללא שלבים מעבר.

(התרחבות והתרחבות)

Companding היא טכניקה שמלווה מטלקומוניקציה שבו האות דחוס במדר (או חיישן הקדמי) הורחבה במקלט (או ADC) Analog compandors להשתמש במגברים משתנים-gain נשלט על ידי חסידים המעטפים.זה משמר את האמפת היחסית של אותות תוך התאמה של טווח דינמי רחב לתוך נתיב צר יותר.

אינטגרציה דיגיטלית ושילוב מעורב-Signal

מערכות מודרניות משלבות לעתים קרובות מעגלים אנלוגיים פעילים עם עיבוד אותות דיגיטליים (DSP) לאחר דיגיטציה, המעבד הדיגיטלי יכול ליישם תיקונים לא ליניאריים, הסרת ההתחלה, סינון מותאם לסינון אותות שעשויים להיות אבודים אחרת.

יישומים במערכות חיישן

הרחבה פעילה של טווח דינמי מבוצעת על פני ספקטרום רחב של טכנולוגיות חיישן.

טיפול רפואי

במודולים כמו tomography (CT) ודמיית התחדשות מגנטית (MRI), האות מגלאים יכול להשתנות על ידי 80-100 dB. AGC ו- הסמכת רווח ניתן לתכנת (PGAs) משמשים כדי להתאים את הרווח הקדמי לכל קו רכישה, להבטיח כי הן רקמות רכות נמוכות ועצמות גבוהה הם תמונה ללא ריצוף: 1 משקף לעתים קרובות את החשיבות של מערכות נמוכות של משאבים:0.

LiDAR ו- Optical Sensing

גילוי אור ו- חיישנים (LiDAR) חייבים לזהות תשואה חלשה מחפצים מרוחקים תוך הימנעות נביחות נשכובות סמוכים, רפידות מאוד.מגברי טרנססרנס עם שליטה אוטומטית ברווח משמשים כדי לשמור על ליניאריות על טווח דינמי החזרה המלא.מערכות LiDAR מתקדמות להשתמש במגברי לונארית כדי לעבד את שרשרת האותות כולה ללא מעבר.

פיקוח סביבתי

חיישני איכות מים, חלקיק חלקיקים מנוגדים, וגלאים קרינה צריכים לפעול על פני טווחי ריכוז רחבים.לדוגמה, חיישן טורח עשוי למדוד מ 0.01 NTU (מים צלולים) ל 1000 NTU (מים מודיים). a הקדמית עם מדרגות רווח נבחר, בשילוב עם מיקרומעבד אשר בוחר את הטווח המתאים, מאפשר ניטור מדויק ללא התערבות ידנית.

אוויר והגנת

חיישנים במטוסים ובלוויינים פועלים תחת וריאציות טמפרטורה קיצוניות, קרינה, ולחץ מכני.עיגולים פעילים יש לתכנן עם רכיבים קשיחים ונתיבי רווח מגונדים. טכניקות הרחבה לטווח דינמי כמו companding משמשים במקלטי מכ"ם כדי לזהות מטרות גרוטשות תוך חשיפת התשואה הגדולה ממפציץ סמוך.

מסקנה

יצירת מעגלים פעילים עבור הרחבה של טווח דינמי הוא מאמץ רב תחומי המשלב אלקטרוניקה אנלוגי, עיבוד אותות ועיצוב ברמה מערכתית. על ידי בחירה בקפידה רכיבים כגון תצלומים ומודולים AGC, אופטימיזציה לרעש ולינאריות, וליישם טכניקות מתקדמות כמו אדמירציה דינמית ו- companding, מהנדסים יכולים לבנות מערכות חיישן ללכוד מעל טווח דינמי עם דלי גבוה יותר ויותר â ¢ ¢ â ¢ ¢ â ¢ ¢ ¢ â â ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ â â â ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ â ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ â â ¢ ¢ â ¢ ¢ â ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢