Sensor Systems의 Dynamic Range Extension을 위한 Active Circuit 생성

센서 시스템의 동적 범위를 확장하는 것은 정밀 측정 및 계측에 대한 기본적인 도전입니다. 센서는 분당 환경 변동에서 고강도 산업 공정에 이르기까지, 돋보기 신호를 정확하게 캡처해야합니다. 능동적 회로는 작동 증폭기, 트랜지스터 및 적응성 이득 제어를 통해 강력한 신호를 증폭하고 소음을 억제하고 강력한 입력에서 포화 방지하는 방법을 제공합니다. 이 문서는 설계 원칙, 실제 구성 요소, 동적 구성 요소 및 고성능의 통합적 인 구성 요소에 대한 설계, 구성 요소 및 구성 요소에 대한 통합적 인 구성 요소에 확장합니다.

센서의 동적 범위 이해

센서의 동적 범위는 가장 작은 검출 가능한 신호에 가장 큰 검출 가능한 신호의 비율로 정의되어 일반적으로 decibels (dB)로 표현됩니다. 예를 들어, 센서 100 dB 동적 범위는 변속이나 해상도의 손실없이 10 V 신호에서 1 μV 신호를 구별 할 수 있습니다. 넓은 동적 범위는 오디오 레코딩, 의료 진단 및 환경 모니터링과 같은 응용 프로그램에 필수적입니다. 신호 수준이 극적으로 변화하는 신호 수준.

소음 층, 포화 한계 및 비선형에서 동적 범위 발생에 제한. 소음 층은 배경 소음에서 구별 될 수있는 가장 작은 신호를 정의합니다. 포화는 입력이 센서의 최대 정격 수준을 초과 할 때 발생하며 클립 또는 왜곡을 유발합니다. 동적 범위를 확장하면 소음 층을 줄이며 포화 임계값을 증가시키고 전체 운영 지역에 선형성을 유지해야합니다.

Range Extension의 Active Circuits 역할

Active circuits는 디지털화 또는 처리하기 전에 센서 신호를 수정합니다. 그들은 약한 신호, 강 신호의 증폭, 그리고 충격 완충을 방지하기 위해 임피던스 버퍼링을 제공합니다. 가장 일반적인 활성 구성 요소는 조작 증폭기 (op-amps), 트랜지스터 증폭기 및 전용 자동 이득 제어 (AGC) 회로를 포함합니다.

조작상 증폭기 및 신호 조절

Op-amps는 아날로그 신호 처리의 워크호스트입니다. 높은 개방 루프 이득 및 유연한 피드백 구성은 정확한 증폭, 필터링 및 레벨 이동을 가능하게합니다. 동적 범위 확장을 위해 op-amps는 비변 증폭기 단계에서 사용되며, 신중하게 선택된 피드백 저항기는 과도한 소음을 추가하지 않고 이익을 설정할 수 있습니다. Onderstanding op-amp basics는 낮은 입력 전압, 넓은 공급과 적절한 장치를 선택하기위한 중요한 것입니다.

자동 이득 제어 (AGC)

AGC 회로는 동적으로 입력 신호 진폭에 따라 증폭기의 이익을 조정합니다. 이것은 큰 입력 변형에도 불구하고 일정한 출력 수준을 유지 할 수있는 시스템을 허용합니다. 전형적인 AGC 루프에는 가변 가인 증폭기 (VGA), 봉투 검출기 및 피드백 컨트롤러가 포함되어 있습니다. VGA의 이득은 강력한 신호가 존재 할 때 감소되고 포화 방지되며 신호 투 소음 비율을 유지하기 위해 약한 신호가 증가합니다. [[[LTLT]FAS : [LT]FAS : [LT]] : [LT]] [LT]]] : [LT]] [LT]]] : [LT]] [LT]]]] : [LT]]] [LT]]]] [LT : [LT]]]]]]]] [LT : [FAS : [FAS : [FAS]] : []]]] : [FAS : [FAS : [[[[[[[[[[]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] : [[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[

고휘도 응용 분야에 대한 트랜지스터 증폭기

무선 주파수 또는 매우 넓은 대역폭을 필요로하는 센서의 경우, 분리형 트랜지스터 증폭기 (BJT 또는 FET)는 통합 op-amps에 비해 우수한 이득과 소음 성능을 제공합니다. 일반적으로 배출 및 일반 자원 토폴로지와 결합 된 캐비티 구성과 결합 된, 밀러 용량을 최소화하고 선형성을 개선하여 넓은 동적 범위를 달성 할 수 있습니다. 엔지니어는 종종 [[FLT : 0]]] 낮은-no amplifiers에 대한 IEEE 연구 논문을 사용합니다.[FLT :]]][FLT]]]]]]

Active Dynamic Range Extension에 대한 설계 고려

동적 범위 확장을위한 활성 회로 설계는 여러 가지, 종종 충돌, 매개 변수 : 이득, 대역폭, 소음, 선형성 및 전력 소비를 균형 잡히는 데 필요합니다. 아래는주의를 요구하는 주요 영역입니다.

소음 최적화

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선형성 및 왜곡

증폭기의 비선형은 작은 신호 또는 가짜 판독을 일으킬 수 있는 고조파 및 상호화 제품을 창조합니다. 선형성을 개량하는 기술은 높은 개방 반복 이익, 및 증폭기 이동 곡선의 선형 지역에서 운영을 가진 부정적인 의견, 선정 장치를 사용하여 포함합니다. 높 선형 필요조건을 위해, 낮은 총 고조파 왜곡 (THD)를 가진 정밀도 op-amps를 사용하여 고려하십시오.

공급 Headroom와 포화 보호

활동적인 회로는 클립을 씌우기 없이 예상한 신호 그네를 수용하기 위하여 충분한 공급 headroom가 있어야 합니다. 이것은 가로장에 가로장 산출 기능으로 op-amps를 선정하거나 쪼개지는 공급을 제공하. 게다가, 입력 보호 다이오드 및 전압 죔쇠는 큰 일시적인 신호에서 과전압 손상을 방지하기 위하여 사용될 수 있습니다.

전력 소비와 열 관리

휴대용 또는 저전력 센서 시스템에서, 활동적인 회로의 전력 예산은 주의깊게 관리되어야 합니다. 저전력 op-amps 및 subthreshold 트랜지스터 가동은 소비를 감소시킬 수 있고, 대역폭과 소음 성과의 비용에. 열 디자인은 또한 자동 열화가 오프셋 전압과 이익에 있는 편류를 일으킬 수 있기 때문에 중요합니다.

더 많은 범위 확장을위한 고급 기술

기본적인 증폭과 AGC의 몇몇 진보된 아날로그 기술은 더 동적인 범위를 밀어서 좋습니다.

Logarithmic 증폭기

Logarithmic 전송 기능을 적용함으로써 넓은 입력 범위를 작은 출력 범위로 압축합니다. 이것은 몇 십년간 동안 신호를 생산하는 광다이오드 또는 가속도계와 같은 센서에 특히 유용합니다. 출력 전압은 입력 전류의 로그리즘에 비례하며, 증가 단계없이 연약하고 강렬한 신호를 처리하는 단일 증폭기를 가능하게합니다.

Companding (압축 및 확장)

Companding는 송신기 (또는 센서 프런트 엔드)에서 신호가 압축되는 통신에서 빌린 기술이며 수신기 (또는 ADC)에서 확장됩니다. 아날로그 compandors는 봉투 추종자가 제어 된 가변 가인 증폭기를 사용합니다. 이 좁아진 경로에 넓은 동적 범위를 피팅하면서 신호의 상대 진폭을 보존합니다.

디지털캘리브레이션 및 혼합 서명 통합

현대 시스템은 종종 디지털 신호 처리 (DSP)와 활성 아날로그 회로를 결합합니다. 디지털 프로세서가 비선형 교정, 오프셋 제거 및 다른 손실 될 수있는 아날로그 신호를 복구하는 적응 필터링을 적용 할 수 있습니다. [[FLT : 0]]Electronic Design magazine는 디지털 교정 기술을 다룹니다[FLT :1]] 범위를 확장을 보완합니다.

Sensor Systems의 응용

Active dynamic range extension은 센서 기술의 넓은 스펙트럼을 통해 구현됩니다.

의료영상

튜닝된 투미그래피(CT) 및 자기 공명영상(MRI)과 같은 변성체에서는 검출기로부터 신호는 80-100dB에 따라 다를 수 있습니다. AGC와 프로그래밍 가능한 증폭 증폭기(PGAs)는 각 취득 라인의 프런트 엔드 이득을 조정하는 데 사용되며, 저 오염성 연조직과 고밀도 뼈 모두 포화 없이 이미지됩니다. MedLTical Design ]]]]][FLT:]]][FLT:]]][FLT:]]]]