הבנת מצב של שינוי נתונים

התניה אותות חד-משמעיים הם האמנות של הכנת פלטי חיישן גולמיים עבור דיגיטציה מדויקת.האורמקוקלס לספק אותות ברמה מיקרו-וולאט שנוסעים על רעש משותף; מדדי זנים מייצרים מתחים שונים; ו accelerometers לעתים קרובות פלטו מתאם AC מוטה.ללא מיזוג, אותות אלה היו מעלים את המרה האנלוגי-ל-דיגיטלי (ADC), סובלים מרמת, לעתים, כלומר, הם נשלטים, על ידי פעילות גופנית, או הפרעה ראשונית, או, על ידי הפרעה, או הפרעה, על ידי הפרעה, על ידי הפרעה, או הפרעה ראשונית, או הפרעה, הם נשלטת, על ידי הפרעה, על ידי הפרעה, על ידי הפרעה, על ידי הפרעה, על ידי הפרעה, על ידי הפרעה ראשונית, 000.

מגבר PCB תפעולי יכול לבצע את כל הפונקציות האלה ב טביעת רגל קומפקטית, נמוכה כוח. כאשר דגימת אופוס בנוי לתוך שלב קלט של data לוג'ר נתונים, המעצב קובע את הרווח קרוב למקור לפני זוגות רעש על עקבות ארוכות.לדוגמה, חיישן גשר התנגדות טיפוסי יכול להטיס 10 מ"ר ומדפיד מלא שליד את זה עד 2.5 V טווח כי מתאים ADC דורש רווח של 250 גרם נמוך של חיישן גשר מאובטח גם עם התקף מיידי של נוזל דבקה.

תפקיד המגבר המבצעי ב- Multi-Channel Acquisition

בגרגן רב ערוצים, תמונה של ערוץ נפוץ כדי להימנע מרבים ה-xerchange חפצים. המגבר יכול להיות מוגדר כשלב לא מונע עבור חיישנים בעלי השפעה גבוהה, מגבר אחר כדי לדחות רעש משותף, או מכשיר מגבר עבור מדידות מדויקות. כאשר מספר ערוצים חולקים ADC אחד באמצעות מספרx, המגבר שונה כדי ליישב את ה-Crepertexitedexa-amper הזה חייב לכלול פרמטרים ברורים של יישום זה.

  • (ב) [ה]: [ה], [ה], [ה], אפילו כמה מיקרו-וולטים של ה- offset] יכולים לחטוף אותות קטנים. Zero-drift או Auto-zero-zero ארכיטקטורות מועדות לתרמוסקופ או לחיישנים הגשר.
  • <חזק> צפיפות רעש מתח נמוך (למשל, < 10 nV / ⁇ Hz) משמר טווח דינמי עבור קלטות בעלות נמוכה.עבור ערוצים מהירים, הרעש הנוכחי הופך חשוב באותה מידה. - מגברי ביספול בדרך כלל יש רעש מתח נמוך יותר אבל רעש נוכחי גבוה יותר, בעוד מגברי CMOS מראים את המאפיין.
  • (FLT:0Gain-bandwidth המוצר: ההרחבה 1 (FLT:1) חייב לעלות על רוחב הפס האות הוכפל על ידי רווח מוגדר, בתוספת שולי ליציבות. A רווח של 100 עם אות 10 kHz דורש מוצר בעל רווח רוחב של לפחות 1 M, אבל עיצובים מעשיים משתמשים 5-10 פעמים כדי למנוע הידרדרות בשלב.
  • (FLT:0)Rail-to-rail קלט ופלט: ההרחבה 1 חיונית במערכות חד-פעמיות בעלות נמוכה לשימוש בטווח קלט ADC המלא ללא היסוס.הרבה הדגימות המודרניות מציעות ניתוח רכבת-לעוקה בשני קלט ופלט עבור 1.8 V ל-5 אספקת V, אך הן מודעות לעיוותים בין-מעגלים ליד המעקה.
  • (FLT:0) שיעור של ההרחבה: 1FLT:1 Determines את היכולת לעקוב אחר טרנסים מהירים ללא עיוות. עבור צעד בקנה מידה מלא של 2.5 V ב 100 kHz, שיעור סלולים של לפחות 1.5 V / מיקרו נדרש, אבל יותר גבוה למנוע פריטים בין-מודולציה.

שילוב של הטבות רווח ניתן להגדלת (PGAs) הם תת-קבוצה של פתרונות הדגמה מובנה-in. אלה מציעים רווחים דיגיטליים לבחירה, המאפשר חזית אחת להתמודד עם טווחי חיישן מרובים ללא רשתות התנגדות חיצוניות.עבור לוגים מרובים ערוצים, מיקרובקרים יכולים לשנות את הרווח על העוף, למשל מעבר 1x רווח עבור 0-5 ל- V כדי ספירת אותות דיגיטליים כדי למנוע ממותק.

יתרונות של מגבר מובנה-In תפעולal Amplifiers

מעצבים אשר להטביע דגימת מזהמים ישירות על לוח הנתונים לצבור כמה יתרונות מעשיים מעבר לחיסכון החלל הברור.האינטגרציה מפחיתה את המרחק בין מחבר החיישן לבין המגבר, אשר קריטי לשימור שלמות האות.בנוסף, ההפיכה התרמית של מגברי לוח על הסיפון מאפשרת פיצוי מדויק יותר עבור שגיאות הנגרמות טמפרטורה.

  • (FLT:0) רגישות להתערבות אלקטרומגנטית (EMIOVA): 1:1 כאשר אות ברמה נמוכה נוסע מעל כבל למודול מגבר נפרד, הוא פועל כאנטנה.למצת את המגבר במחבר הקלט של הבואגר מקצר את הנתיב בעל השפעה גבוהה ושומר על האות המוגבר במתח נמוך יותר, שהוא פחות רגיש, במיוחד עם משדרים תעשייתיים, במיוחד, עם אימפולסיביים, במיוחד, זה הוא בעל רגישות תעשייתית, עם אימפולסיביים.
  • (FLT:0) מעקב אחר ה-PC: FLT:1 כאשר כל מגברי הערוץ מופרשים על אותו סיליקון או חולקים PCB משותף הדוק, ⁇ s תרמיים משפיעים עליהם באופן דומה, מה שהופך את התגמול לקל יותר.בעיצובים רב ערוצים, להתאים את הסחף ולהשיג סחף מאפשר שגרת קל יותר כי לתקן את כל הערוצים באמצעות חיישן טמפרטורה אחת.
  • (FLT:0) ספירה והפחתה של חומרים: FLT:1 רווח מריגה, סינון, ו-buffing לתוך יחידה IC מבטל חבילות דגימה חיצוניות מרובות, רכיבים פסיביים, ו קלינגלינג, צמצום עלויות ההרכבה ושיפור האמינות אמינות.
  • (FLT:0) קלברציה: ההרחבה 1 (A מובנה) ניתן לצמד עם מתח הפניה מדויקת על לוח ולוחם קלירציה.המערכת יכולה להפעיל שגרות השקיה עצמית, מדידה והשגת שגיאות והשגת שגיאות והתאמה בקושחה ללא כלים חיצוניים.
  • (FLT:0)Imroved Portability:FLT:1 קומפקטי, גאגרנים המכילים את עצמם הם קריטיים עבור עבודה שדה, לבישים, ומפיצות בלוטות IoT שבו נדל"ן וכוח מוגבלים. integrating mps לצד ADC ומיקרובקר מאפשר למעצבים ליצור מכשירים מופעלים סוללות שמתאימים בחבילות של גודל כף יד.

שיקולים עבור Multi-channel Data Loggers

לפני שציירו schematic, כמה החלטות ברמת המערכת יעצבו את המגבר ואת ארכיטקטורת ADC.אלה מעבר למבחר פרמטר פשוט ומשפיעים על כל הטופולוגיה של שרשרת האותות.

קטגוריה: Channel Count and Signal Types

אם אתה צריך 4, 8, 16, או יותר ערוצים בו-זמנית.כל ערוץ עשוי להיות מוקדש לסוג חיישן מסוים - קומפופל, RTD, 4-20 mA לולאה נוכחית, IEPE accelerometer, או DC מתח. טווח האות הילידים מכתיב את הרווח הנדרש, ואם יש צורך קלטות שונות. a logger כי משלבת גבוה-voltage עם אותות ביו-רפואיים רגישים יכול לעתים קרובות לבודדים כגון טיפול אלקטרונים, כלומר, עם 16 מקרים של שימוש ב-ק.

הגנה על כלי רכב וסובלנות יתר

יומני שדה-דהויידים לעתים קרובות נתקלו בפגמים מדאיגים או פריקה אלקטרוסטטית. סדרות התנגדות, דיכוי מתח מתמשך (TVS) דיודות, ו clamping diodes לאספקה להגן על קלטי הדגה.עבור סביבות גבוהות של מתח גבוה (TVS) לשקול מחסנים גמישים לפני המגבר או בידוד מגברי טלוויזיה כי לשבור רצפה ועומדים על מתחים 1 קמצוץ רגיל (אורד) אינו פועל נגד מגבת אחת (ממים) או מגבתים אופייניים) מגן על גבי רוחב פסים (ממים).

ההרחבה ADC Interface

ה- 0-Vamp חייב להניע את שלב הקלט של ADC ללא שגיאות התיישבות. High-resolution sigma-delta ADCs לרוץ במהירויות בינוניות, ולעתים קרובות ניתן להניע ישירות על ידי דגימה עם מסנן RC פשוט.C מהיר ליישב את ה- ADC במהירות גבוהה במהירות גבוהה ל- ADCs-ACOS לפחות ל-Ax אחד מהם, אם יש צורך ב- ADC, כלומר, כלומר, לפחות, דורש מדגימה אחת, או יותר, אם יש צורך ב-ACO-ACTX-A.

תקציב ותחנות אספקה

לוגרגים מופעלים על ידי סוללה צריכים מגבר נמוך עם מצבי השבתה. Rail-to-rail דגימה שפועלים עד 1.8 V מאפשר הפעלה ישירה של תאי ליתיום, בעוד ±12 V או ±15 רכבות מסורתיות לפשט טיפול של אותות דו קוטביים, אך להגדיל את צריכת החשמל הנוכחית.

בחירת המגבר המבצעי הנכון ל-Destion Conditioning

(ה) פרמטרים של גיליון הנתונים החשובים ביותר עם החיישן.עבור מדידות בתדר נמוך (DC לכמה מאות הרץ), מתח מבה, סחף מלמטה, ו-1/f רעש שולט.עבור אודיו או רטט עד 20 kHz, צפיפות ספקטרום רעש ועיוות הרמוני מוחלט (THD) הופך קריטי וחבילות חד-דגמיות מצמצם את שטח הערוץ, אך עשוי להציג ערוץ 3D (Fic) לבדיקות אופטימיזציה של דיוקים:

לדוגמה, גלגר ממונע עם אותות מתח צר פס יכול להשתמש amp-drift מגבר כמו AD8553 או OPA388, אשר מציג מתח מכווץ מתחת 5 μV וסחף של 0.05 μV / ° C. A logger ללכוד מגבלות רחבות טווח מוטציות יכול במקום זאת לבחור סמן דו קוטבי נמוך כמו ADA48-1, 000 000 000 כמו â ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ â ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢

עיצוב מעגל וטופולוגיה

קו אנלוגיה טיפוסית של ערוץ יחיד כוללת רשת הגנה קלט, מגבר buffer או מכשיר, מסנן נגד-aliasing, ונהג ADC.הטופולוגיה חייבת לאזן רווח, רוחב פס, כוח ורעש.

Input Buffer and Get Stage

עבור חיישנים עם תנופה גבוהה של מקור, JFET או CMOS דגימה המוגדרת כ-אחדה-gain bufferHz מונע טעינה.כדי להוסיף רווח, מטופולוגיה לא מונעת מגבר משתמש בשני מתנגדים כדי להגדיר את הרווח (G= 1 + R/Rg) עבור חיישנים שונים, מגבר או מכשיר מגבר בעל השפעה שונה לחלוטין מציע גבוה עבור טיפול לייזר של 80 גרם, לדוגמה, עבור מכשיר D2.

המונחים: Anti-Aliasing Filter

לפני ADC, מסנן נמוך חייב להסיר תדרים מעל תדירות Nyquist (חצי קצב הדגימה) פעיל Sallen-Key או מסנן הנקה מרובים המיושמת עם גרף על הסיפון מספק גליל חד יותר מאשר מסנן RC פסיבי מספיק, בעוד משמש גם כנהג. a Second-order Butterworth עם מדרון מוגדר אחד במהירות ה-Ficate המהיר הוא חד פעמית כיסוי נמוך.

נהג ADC ו-Buffing

SAR ADCs לעתים קרובות דורש מגבר נהג שיכול ליישב את capacitor הדגימה בתוך זמן הרכישה.נהג זה חייב להיות יציב עם העומס הקפיטל ולספק את המטען הדרוש במהירות. a נפרדת הפנה buffer, אם ההתייחסות הפנימית אינה יכולה לנהוג את ADC ישירות, משתמש aDC מדגמת נמוך עם קפיד גדול כדי לשמור על הלחץ הניאקציה יציבה של 24.

Power Supply and Decoupling Techniques

ביצועי Op-amp מתפוגגות במהירות אם מסילות האספקה נושאות קרוע או רעש דיגיטלי.כל אחד מגלי האספקה של מגבר צריך להיות 100 קרמיקה nF קרמיקה שהוצב בתוך כמה מ"מ של ה pin, עם רוב 10-100 μF טנטלום או אלומיניום אלקטרוליטי קפיטור ליד.

בהתחשב בשימוש אנלוגיה ודיגיטלית LDOs נגזר מסוללה נפוצה או קלט DC, עם מפרט beads או pi-filters לבודד רעש גבוה ספארי, אם הלוגר דורש בידוד גליוני, מבודד DC-DC וממריצים דיגיטליים יוצרים אנלוגי אנלוגיים נפרדים ודיגיטליים, המאפשרים לחזית לצוף ב-Moology המשותפת של החיישן.

המונחים: noise Reduction Solutions

בנוסף לסנן האנטי-פליינגס, ירידה של רעש מעשי מתחילה עם הפריסה. שמור על צומת גבוה קטן ומקיפים אותם עם טבעת שמירה המונעת על ידי גרסה של אות למזער זרמי הדלפה. השתמש מגן מעוות-pair או כבלים קואקסיאליים לחיבורי.

עבור אותות מאוד נמוך ברמה נמוכה, מגבר מצמצם את 1 / F רעש אבל מציג כמות קטנה של החלפת רעש שניתן לסנן עם פוסט-filter. Averaging דגימות מרובות בקושחה עוד להפחית רעש אקראי על ידי גורם של מעבר ⁇ N. פילטר דיגיטלי, כגון העברת ממוצע או 50 / 60 לא מסנן, יכול להסיר כוח-קוע ללא סימנים כפולים, עשוי לסינון באופן משמעותי של רעש כפול.

המונחים: clarbration and Testing

לכל ערוץ יהיה רווח קל וריאציות מרשימות עקב סובלנות וטמפרטורה. a two-point calibration באמצעות התייחסות למתח מדויק או התנגדות ידועה יכול לינארי את התגובה. הרבה גאגרים כוללים על הסיפון 2.5 V או 4.096 V ו- 2x96 V, מספרxer שיכול ליישר את ההתייחסות לכל קלט ערוץ. במהלך ה cabration, המערכת כבויה (בקיצור של טמפרטורה) ולאחר מכן מקבל תיקון מלא לאחר מכן.

בדיקה צריכה לכלול אימות התגובה התדירות עם גור חטא, מדידת עיוות הרמוני הכולל בתוספת רעש (THD+N) עם קלט טהור, וזריקת רעש משותף-מודה כדי לאשר את CMRR. באופן אוטומטי תסריטים בדיקה אוטומטיים השולטים גנרטור אותות ולכידת את הפלט של הגנרטור על USB או מהירות Ethernet אימות. עבור מערכות בעלות גבוהה של ערוץ גבוה, זמן הבדיקה יכול להיות מופחת על ידי יישום זהה של 5 גרם למעקב אחר תדרים מרובים כמו אינדקסים מרובים של חומר אינדקסים.

צעדים מעשיים

מעבר לדרישות לאבטיפוס עבודה כרוך בהנדסה שיטתית.הצעדים הבאים מסכמים את זרימת העיצוב בשימוש בגליוני נתונים רבי ערוצים מוצלחים.

  1. (FLT:0)Define את מפרט היעד: FLT:1 טווחי מתח, קצב הדגימה לערוץ, פתרון יעיל הרצוי, תנאים סביבתיים.
  2. (FLT:0Select the ADC:FLT:1 , 000) בסיס הבחירה על החלטה נדרשת (16-bit, 24bit), ערוצים וממשק (SPI, I2C, מקבילה) TheFLT:2Texas Instruments דיוק תיק פורט 3 מציע אפשרויות רבות כי גם עם דגימות משולבות.
  3. (FLT:0) בחר את הארכיטקטורה המגברה: FIRLT:1 (החל בין מ"ל-הג'ין קבוע-המגה, מגברי כלי, או PGAs. Simulate את המעגל כדי לאמת יציבות ורוחב הפס. השתמש במודלים של היצרן ספייס לתחזיות מדויקות.
  4. (FLT:0) לעצב את ה-PCImatic ו- PCB:03:03FLT:1) לשים לב לרכיב מיקום ומחיקה.עקוב אחר המלצות היצרן עבור ADC ומגבר ICs. Allocate מטוסים קרקעיים ייעודיים עבור סעיפים אנלוגיים ודיגיטליים. Include נקודות מבחן עבור כל ערוץ כדי לפשט את הפיזור.
  5. (FLT:0)Prototype ו- ספסל-test:FreaLT:1) אימות עם גירוי ידוע - מקור דיוק או חיישן calibrated. Measureרעש Floor, ליניאריות, ושיחות ערוץ. התאמת תדרים פינה או רווח לפי הצורך. השתמש מנתח ספקטרום כדי לזהות שיאים מעוררי השראה.
  6. (FLT:0) ⁇ קושחה calibration שגרתיות: ההרחבה 1 Store calibration coefficients in non-volatile Memory and Apply them in real time. Include שגרות עבור דחיסה עצמית תקופתית באמצעות הפניה על הסיפון. יישום שולחן בדיקת פיצוי אם סחף הוא משמעותי.
  7. (FLT:0)Validate בסביבה הסופית:FreaLT:1) לבדוק את ההרכבה המלאה תחת קיצוניות טמפרטורה בנוכחות מנועים, הודעות, או משדרי RF. לבצע בדיקות תאימות אלקטרומגנטית (EMC) לפני ציות אם נדרשת הסמכה.

יישומים אמיתיים ומקרה דוגמאות

עקרונות אלה על פני השטח במגוון של מכשירים.אגר סביבתי נייד עשוי להשתמש שמונה ערוצים של דגימת סגסוגת לחימת אדמה, טמפרטורה, לחות וחיישנים קלים, עם רווחים שנקבעו על ידי התנגדות חור כי טכנאי שדה יכולים להחליף. a רכב שיא יכול לשלב 32 ערוצים של ADC מדויק עם על-ידי HIV pGAs, כפי שנראה ב-LTF:0AD71 מיקרוגרם אשר כולל מחסנית של 129-HDL.

יישום מתפתח נוסף הוא בייצור חכם, שבו גאגרים נתונים מבוזרים לפקח על רטט, טמפרטורה, זרם על כל כלי מכונה.עם מאובנים מובנה, אלה לוגר יכול לסבול את הסביבה רועשת מבחינה חשמלית תוך שמירה על דיוק 16 סיביות. כל דוגמה מדגיש את היתרון של שילוב המגבר לתוך הגלוג: מדידה משפרת, ואת המערכת הכוללת הופכת יותר לניהולי כדי לפריסה ולפרוס עבור סוללה רגילה (NCR-D) עם תכונות הפעלה רציפה (NCR).

מסקנה

הגדלת מגברי מכירות ישירות לתוך קידוד נתונים רב ערוצים אינו רק עניין של נוחות; זוהי בחירה הנדסית מכוונת כי מעלה את נאמנות האות, מפחיתה את טביעת הרגל של המערכת, וסימולציות calibration.מדרישות הבנה כדי לבחור את ה-Digit-amp הנכון, עיצוב מעגלים חזיתיים חזקים, וליישם אסטרטגיות מרתיעה, כל צעדים לתרום לביצועים מדויקים של יישומים מדויקים של מערכות ניהול דיוק, או עיצוב יעיל ביותר של דיוק, יכול ליצור מורכבות גבוהה.