Bridge Sensörlerine ve Diferansiyel Amplification

Buğday taş köprü gibi köprü sensörleri, daha büyük bir ortak nokta gerilimi tespit etmek için endüstriyel ve tıbbi ölçüm sistemlerinde temeldir.Bu zayıf sinyal, baskı ve güç ve sıcaklık. Bu sensörler, küçük bir potansiyel gerilime dönüştürür - sadece birkaç milivoltaiktir - bu, bu kadar zayıf bir sinyale sahip, yüksek ortak noktalı bir amplifiğe sahip bir yükselteç sunar.

Köprü Sensörleri Nasıl Diferansiyel İşaretler

Tipik bir Buğday köprüsü dört dirençli kollardan oluşur. Köprü dengeli olduğunda - bu, bir yarıdaki direniş oranı diğerine eşit olduğunda - iki orta nokta arasındaki gerilim farkı genellikle mikro volta kadar olan etkisi altında (örneğin, iki kromozomun ortalaması) ve özellikle de doğru bir şekilde uygulanan iki sinyale göre farklı bir şekilde sabitlenir.

Core Diferansiyel Ampifik Topoloji Bir Op Ampifik

En basit diferansiyel yükselteç, tek bir af amp ve dört dirençle fark edilebilir;[Dönetici: 9)[Dönetici: 9/01/2012) {0|4|D=[0|D=4|D=D=D=0|D=D=4|D=3|D=0|D=4|D=0|D=4|D=0|D=))

Devre Uygulama Detayları

Her sensör çıktısını, geri bildirimde olmayanlara (Döneticileri) bağlanarak (R[DÜT:0) {1) ve R4)[Döneticileri)) geri bildirimde bulunan (veya tek bir şekilde) bir referansa karşılaştırıldığında, CRiversiteye karşılaştırıldığında, yüksek çözünürlükte bir şekilde karşılaştırıldığında, yüksek çözünürlükte bir şekilde karşılaştırıldığında, % 0.1 ile karşılaştırıldığında, yüksek çözünürlükte bir şekilde karşılaştırıldığında, yüksek çözünürlükte bir şekilde karşılaştırıldığında, yüksek çözünürlükte bir şekilde karşılanır.

Köprü Sensör Amplifier için Anahtar Performans Gereksinimleri

Doğruluk ve Drift

Para biriminin kazanılması sıcaklık ve zaman üzerinde stabil olmalıdır. Dirençli sıcaklık katları (TC) ve amp kazanım genişliği ürünü (GBW) her iki etki doğruluk için de geçerlidir. yüksek çözünürlük uygulamaları için, 25 ppm/°C ve afs ile GBW ile karşı dirençliler kullanın.

Common-Mode Rejeksiyon Oranı (CMRR)

CMRR, amplifatörün, tek bir amplifikatörün baskısını bastırmak için yükseltici yeteneğidir.Yüksek ortak noktalı köprü sensörleri için (örneğin, 5 V excitation, 2.5 V common-mode), CMRR ile 100 dB (e., AD8628, OPA21 tavsiye edilir.

Giriş Bias Current ve Offset Ger

Köprü sensörü genellikle yüksek kaynak yetersizdir (birkaç kULL) Giriş önyargı akımları, dirençleri ile akan gerilim damlaları oluşturur ve küçük sensör hataları olarak görünür. Vos < 50 μV ve sürüklenme < 0,5 μV ve sürüklenme 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,2,0,2,8|Saçlar, s.

Gürültü Performansı

Kombinasyonun gürültüsü, sensörün kendi gürültü zemininin altında olmalıdır. köprü sensörleri için düşük frekanslı (1/f) gürültü ve geniş bant gürültüsü her iki maddeye de eklenerek, düşük gerilim gürültü yoğunluğuna (örneğin, 10 nV/pilot 1 kHz) göre ve devreyi en aza indirmek için yapılandırın.

Pratik olarak gerçekleştirilen fikre seçimi

  • [FONT:0]Op Amp: [Dönetici: [Dönetici: [Dönetici: [Dönetici], düşük güç uygulamaları, yüksek CMRR ve düşük önyargı akımları. Örnekler: OPA189 (zero-drift), ADA4077 (precision bipolar), LTC2057 (zero-drift)
  • [FONT:0)Resistörler: [Döneticiler: [Döneticiler: [Döneticiler: [Döneticiler: [Döneticiler: [Döneticiler: [Döneticiler: LT5400) Mükemmel bir uyum ve takip sunar.
  • [FONT:0]Kaptancılar: [Döntgenler: [Döneticiler: [Döneticiler: [Döneticiler: [Döneticiler: [Döneticiler: [Döneticiler: [Döneticiler: 1 ) Yer 10 nF'yi 100 nF'ye yakın kapasiteleri afiğe yaklaştırır.
  • [FONT=0)Bağlantılar ve kablolar:[Dönlü kablolar toplanır. Sinyal bütünlüğü korumak için PCB'de diferansiyel yönlendirme kullanın.

Step-by-Step Design Prosedürü

1. Define Sistemi Özellikleri

Sensörin tam ölçekli çıktısını (örneğin, 2.5 V excitation için 20 mV), gerekli çıktı gerilim aralığı (örneğin, ADC) ve bant genişliği için 0-5 V.

2. Op ve Ampirikleri seçin

Gürültü, bant genişliği ve hassas gereksinimlere dayanarak, bir af amp. .. . . . . . . . . . . . . . . ﴾3[D) .[D) eşit ve R[D)[D)[Dışkanlık[D) s.4[D) {0|Dışkanlık) {0}[Dışlamalar için yeterince düşük fiyattan daha düşük bir ücret için yeterli değildir.

3. Devreyi Simulate

SPICE simülasyonunu kullanın (örneğin, LTSpice, TINA-TI) kazanmak için kullanın, CMRR ve frekans yanıt. af amp makromodelleri ve direnç efektleri ekleyin. Parasitic kapasitances kontrol etmek için ekleyin.

4. Layout and Prototyping

PCB'de, geri bildirim döngüsü kısa ve simetrik olarak devam edin. Bir zemin uçağı kullanın.Oturucun izi uzun süre azaltmak için sensöre yakın bir şekilde yerleştirin.ADC aynı gemideyse, hızlı bir şekilde inşa edilmiş bir ekmek dolabı kullanın, kısa atlayıcı ile iyi inşa edilmiş bir ekmek dolabı kullanın, ancak parasitik kapasitans osilasyona neden olabilir.

5. Kalibrasyon ve Test

Bilinen diferansiyel giriş gerilimleri (bir hassas gerilim kaynağı) ve çıktıyı ölçmek. İyileştirme R[D:0)2[Döntme:0)[Dönemli CMRR gerekirse aynı ortak nokta gerilimi uygular ve çıktıyı gözlemleyin. Kalibrate herhangi bir oturma boşluğunu referans pimine ekleyerek.

Ortak-Mode Rejeksiyonu

Tek-op-amp diferansiyel yükselteç, ultra-precision direnmeden CMRR'yi geliştirmek için% 54 dBR'ye kıyasla, yüksek giriş engelleyicisi ve ortak-mode reddedilmesi için, öncelikle CMRR'yi geliştirmek için pratik bir yol gerekir.

Gelişmiş Alternatifler: Amplifiers

Köprü sensörü uygulamaları talep etmek için, üç-op-amp enstrümantasyon yükselticisi (örneğin, INA826, AD8221 veya üç hassas a amplifikasyonu ile ayrı bir uygulama) üstün performans sunar:

  • [FONT:0) Yüksek giriş engellendi:[Dönetici:[Dönetici:0) İki giriş tamponları, sensöre yüksek bir engel sunuyor, yükleme hataları.
  • [FONT=0) Yüksek CMRR: [DÜDÜT:1] CMRR > 120 dB, orta dirençli bir eşleştirme ile bile kullanılabilir.
  • [0]Tek bir direnici programlama kazanır:) Bir dış direnç ile belirlenir, tasarım ve kalibrasyonu basitleştirir.

Ancak, üç af amplif ile ayrı uygulama daha fazla yönetim alanı ve güç maliyetine sahiptir. Birçok uygulama için, tamamen entegre bir araçlama yükseltici IC en iyi seçimdir.

Gürültü Stratejileri

Elektrik gürültüleri küçük bir köprü sensörü sinyalini kolayca aşabilir. Aşağıdaki teknikleri uygulama:

  • [FONT:0]Twisted-onulmuş kablo:) Sensör zeminine veya yükselticinin analog zeminine (enerji zeminine değil) bağlanın.
  • [FONT=0) Düşük geçit filtrelemesi:[Dönder:[Dönder: 1 x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x
  • [FONT:0)Power tedarik dekoupling:) Her tedarik demiryolunda 10 μF tantalum artı 100 nF seramik kullanın, af pins mümkün olduğunca yakın.
  • [FONT:0)Grounding:[[Dönetici:[Dönlendirme:[Dönlendirme:[Dönlendirme:[Dönlendirme:[Dönlendirme:[Dönlendirme:[Dönlendirme:[Dönlendirme:[Dönlendirme:) Bir yıldız alanı veya sağlam bir zemin uçağı kullanın. Sensörin zemini doğrudan yükselterek zemin döngülerden kaçının.

Köprü Sensör Amplifiers için Kalibrasyon Teknikleri

Hassas bileşenlerle bile, dengeleme ve hataların var olacaktır. Kalibrasyon donanım veya yazılımda yapılabilir:

Donanımı Offset Trim

Sağlama girişi olmayan veya otomatik kalibrasyon için güçlü birometre ekleyin. Alternatif olarak, uzaktan veya otomatik kalibrasyon için dijital güçlü birometre kullanın.

Fıstık

R ile seride küçük bir kesim direnicisi (%) veya R)) iyi bir ayar için çok geri dönüş güçlü birometre kullanabilir.

Software Kalibrasyon

Kombinasyon ADC'ye besleniyorsa, kalibrasyon bilinen bir sıfır-input ve bilinen bir referans girişi ölçerek dijital olarak yapılabilir.Bu yaklaşım esnektir ve analog kesme bileşenleri için gerekli olan ihtiyacı ortadan kaldırır.

Güç Supply Thinkations

Köprü sensörleri genellikle tek bir tedarik geriliminden (örneğin, 3.3 V veya 5 V) tek başına artırılmış bir amplifiğe sahip olmalıdır (örneğin, 2.5 V) çünkü tek başına tasarımlar, tedarik aralığının merkezine bağlanır, böylece hem olumlu hem de olumsuz bir sinyal kullanımı ile ilgili olumsuz bir uyarıda bulunur.

Sıcaklık Stability ve Drift Compensation

Sıcaklık değişiklikleri, artırılmış artırılmış ve direnç değerleri etkiler. En aza indirmek için:

  • Düşük dengeleme sürüklenme (örneğin, OPA189 gibi sıfır-drift oto-zero tiplerini kullanın).
  • Düşük TC ile direnç seçin ve termal gradyanları azaltmak için PCB'de birlikte yer aldıklarını sağlayın.
  • Küçük bir dirençli kendi ısıtma analizi uygulayın - yüksek güç direnişçiler ısıyabilir ve sürüklenebilir.
  • Kritik uygulamalar için entegre ısıtıcılar ile ince film direnişçi ağı kullanmayı düşünün.

Gerçek Dünya Uygulama Örnekleri

Basınç Sensöri Signal Duruming

5 V eksperatif baskı sensörü yaklaşık 25 mV tam ölçekli diferansiyel çıktıyı 200 (R) x, R)[D[D) = 200 kULL) 10bit ADC için uygun sinyal kullanarak sinyali basitleştirir.

Yük Hücresi Biz Bağırma Sistemi

Yük hücreleri genellikle 1-3 mV / excitation. For a 5 V excitation, full-scale çıktı 5–15 mV. 330 verim elde eden bir araç yükselticisi 0-5 V çıktı. yüksek CMRR (>110 dB), doğru ağırlık ölçümü için gerekli olan Bluetooth Hz.

Strain Gauge Amplifier for Structural Watch

Düşük frekanslı izlemede, 1/f gürültü hakimdir. Sıfır-drift a amp (e.g., LTC2057) düşük frekanslı gürültüyü alt-microwolt seviyelerine azaltır.Diferansiyel yükselteç, 10000 kazanılabilir ve filtrelemeyi önlemek için gereklidir.

Ortak Pitfalls ve Sorun Gidering

  • [FONT=0)Oscillation:[Dönetici: [Dönetici:0]Örnek: [Dönetici:0)) Çıktı ve / veya geri bildirim cihazı ile seride küçük bir direnişçi ekleyin.
  • [FONT=0)Resset çok büyük:[Dönetici:[Dönetici:0) Kontrol satıcı eklemler, giriş önyargısı mevcut yol (her iki girişin de DC direncinin zemine eşit olduğunu varsayın).
  • [FONT=0)Poor CMRR:[Dönetici:[Dönetici:0)) Doğru için 4 tel Kelvin ölçümü kullanın.
  • [FONT:0) Hayır, çeki:[Dönemli kablolar, zemin döngüleri ve güç malzemelerinin geçişine yakın.Kaynaklar güç girişlerine ilişkin olarak yorumlanır.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Geometrik bir sinyal yükselteçini kullanarak köprü sensörü uygulamaları için tasarlayın, doğrulayıcıya dikkat eden bir süreçtir ve yapılandırılabilir bir INA, CMRR, gürültü ve sıcaklık sürüklenme, mühendisler, sağlam bir sinyallendirme zinciri elde edilebilir.Daha yüksek CMRR ve daha kolay programlama için, üç rekreasyon cihazı tercih edilir.Inglish INA'nın tasarıma sistematik olarak giriş yaparak, CMRR, gürültü ve sıcaklık sürüklenme uygulamaları, mühendisler sağlam bir sinyallendirme zinciri oluşturabilirler.

Daha fazla okuma için, artırılmış gürültü analizi için bakınız:0)Analog Cihazlarının Op Amp Selection Kılavuzu). daha derin bir Buğday köprüsü teorisi anlayışı için, bkz.FLT:2).Tüm Devreler Hakkında Buğday Köprülü Köprülü Köprülü Köprülü Köprülü Köprülü Köprülü Köprülü Köprülü Köprülü Köprülüleri Hakkında[Döneticileri)