Giriş Giriş Giriş

Veri satın alma sistemleri (DAQ) modern ölçüm ve kontrol uygulamaları arka kemiğidir, endüstriyel süreç biyomedikal enstrümantasyona izlemeden. Bu sistemlerin doğruluğu ve güvenilirliği, sensörlerin yakalanan analog sinyallerin bütünlüğüne bağlıdır.In environment rife with elektromanyetik müdahale (EMI), zemin döngüleri ve diğer gürültü kaynakları, sinyal bağımlılığının korunması, bu sorunların çözümü için en etkili devre dışı kalması için temelsel tekniklerdir.

Diferansiyel Ampirasyonları Anlamak

Bir diferansiyel yükselteç, iki giriş gerilimleri arasındaki farka doğru bir şekilde bir çıkış gerilimi üreten lineer bir devredir.Bu özellik, genellikle yüksek çözünürlükte bulunan ve yüksek çözünürlükte belirtilen yüksek çözünürlükte belirtilen işaretlerin (CMRR)[Dönetici) ile karakterize edilen anahtar özelliğidir.

Diferansiyel yükselteç topolojileri ayrı bileşenlerden (transistörler, direnççiler) veya entegre operasyonel yükselteçlerden (par-amps) yapılabilir, kullanım kolaylığı nedeniyle hassas amorflara ve sınırlı bant genişliğine dayanır. tek bir op-amp kullanarak en basit diferansiyel yükselteçler dört dirençten oluşur. ancak, direnç gösterenler, dirençsiz giriş engelleyicisi gibi pratik kısıtlamalar, sonlu giriş engelleyicisi ve sınırlı bant genişliğine sahip olmak gibi pratik kısıtlamalar.

Data Acquisition Systems için Tasarım

DAQ sistemi için bir ayırıcı yükselteç tasarımı, birkaç bağımsız parametrenin bütünsel bir değerlendirme gerektirir. Herhangi bir yönün genel performansa yol açabilir, ölçüm hatalarına yol açabilir, dinamik aralığına veya artan gürültü zeminine sahiptir. Aşağıda tasarım aşamasında ele alınması gereken kritik faktörlerdir.

Giriş Impedance

Eksperatörün girişleri sinyal kaynağının yüklenmesinden kaçınmak için yeterince yüksek olmalıdır. Birçok sensör, termo çiftleri, su ölçümleri ve pH probları gibi, yüksek çıktı dürtüleri ve sadece küçük akımlar için ideal hale getirmelidir. Düşük giriş engeli, giriş engelleyicisi, sinyal yükselticileri ve genel olarak daha düşüktü; bu nedenle, giriş hataları sunar.

Band Wide and Slew Rate

Kombinasyon bant genişliği, faiz sinyalinin maksimum frekansının aşılması gerekir. DAQ sistemlerinde, bu hem sensör sinyal bant genişliği hem de herhangi bir anti-aliasing filtre gereksinimleri içerir.Diferansiyel bir yükselteç bant genişliği, yüksek çözünürlükte (GBWP) ve yapılandırılan yükselteçli ekran görüntüleri ile tam olarak yükseltilebilir.

Gürültü Performansı

Parasal yükselteçlerdeki gürültü, af-ampin kendisinden kaynaklanır (ya da gerilim gürültüsü, mevcut gürültü, flicker gürültü) ve dış direnç gürültüsünden, düşük gürültü özellikleriyle bileşenlerin seçili olması gerekir. Düşük frekanslı hassas uygulamalar için, düşük ses köşeli frekanslar ile akıntılı seslerin değeri önemlidir.

Common-Mode Rejeksiyon Oranı (CMRR)

CMRR belki de gürültülü ortamlardaki ayırıcı bir yükselteç için en önemli özelliklerdir. yükselticinin ortak mod gerilimlerini reddettiğini gösterir - örneğin Hologram Hz güç hattı, radyo frekansı müdahalesi (RFI), ve zemin potansiyel farklılıkları. CMRR hem de intrinsic CMRR hem de dışlayıcı yükselticileri genellikle CMRR'nin düşük çözünürlükte yüzde 100 daha düşük frekanslara sahip olduğunu gösterir.

Power Supply Rejeksiyon Oran (PSRR) ve Supply Thinkations

Güç tedarik rayları üzerindeki gürültü, yükseltici çıktıya çift olabilir, yükseltici sinyal kalitesi. PSRR, amplifikatörlerin tedarik varyasyonlarını reddetme yeteneğini ölçebilir.Özel düşük kapak (LDO) düzenleyicileri kullanarak, ferrite beads ve decoupling cleors yakın bir tedarik için standart bir uygulamadır.For batarya-işlet DAQ sistemleri için, mevcut çekme süresini sağlamak için de dikkate alınmalıdır.

Sıcaklık Stability ve Drift

Sıcaklık değişiklikleri direnç değerleri ve amor-amp dengeleme gerilimi etkiler, kazanmak ve dengelemek için yol açar. Geniş sıcaklık aralıkları boyunca çalışan sistemler için, düşük sıcaklık katları ile bileşenler (örneğin, ±5 ppm/°C direnç) ve chopper-stabilized (auto-zero) akorunma ve bakımlamalar önerilir.

Diferansiyel Amplifiers için Uygulama Stratejileri

Doğru topolojiyi ve yapılandırmayı seçmek, toplantı sistemi özellikleri için önemlidir. En yaygın üç uygulama tek başına toplayıcı, üç-op-amp enstrümanı yükseltici ve tamamen ayırıcı yükselteçlere sahiptir.

Single-Op-Amp Diferansiyel Amplifier

Klasik dört-resistor diferansiyel yükselteç en basit ve en düşük maliyetli çözümdür. transfer fonksiyonu Vout = (R2/R1)* (V+ - V - V -), R1 = R3 ve R2 = R4. Onun basitliğine rağmen, bu topoloji düşük girişten zarar verir (yaklaşık R1 + R3 ve CMRR) ve zayıflara karşı dirençliler, sadece düşük devreler için uygundur.

Üç-Op-Amp Instrumentation Amplifier

Bu, hassas veri alımı için en yaygın kullanılan topolojidir. İki giriş tamponlarından (parçalı A1 ve A2) bir fark yükseltici (op-amp A3) tarafından takip edilen bir dizi giriş için çok yüksek giriş engeli sağlar ve tek bir dış dirençle ayarlamaya izin verir (Rgain).

Set ve Band Wide Trade-offs

Üç-op-amp IA'da, kazanım G = 1 + 2Rf / Rgain'nun geri bildirime ihtiyaç duyulması halinde, giriş tamponlarının geri kalanına son derece yüksek puan nedeniyle bant genişliğini azaltmaktadır. Örneğin, GBWP ile bir AD8221, 100 $ 'lık bir bant genişliğine sahip olmak için yalnızca 15 kHz.

Tam olarak Diferansiyel Ampirasyon (FDA)

Tam olarak ayırıcı yükselteçler hem dijital olmayan hem de devre dışı bırakma, dengeli bir diferansiyel çıktı sinyali oluşturmakta ve özellikle yüksek çözünürlükte DAQ ve karma imza sistemleri ile, potansiyel veri alımları (ADC) ile doğrudan bağlantı kurabilirler.Uygun bir şekilde, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte ve yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte (örneğin, Vref pin).

DAQ Systems'te Dirilleştirici Devrelerin Faydaları

Bir veri satın alma zincirine ayırıcı yükselteç devreleri entegre etmek, çeşitli sayısal ve niteliksel gelişmeler sunar:

  • [FONT:0]Superior gürültü reddedilmesi: [Dönetici # 1] Yaygın olarak kullanılan yükselticiler, Radyatör hum, motor gürültüsü ve radyo-freze seçiciliğinin etkisini dramatik bir şekilde azaltır. Bu özellikle de ağır makineler veya uzun kablolarla endüstriyel ortamlarda değerlidir.
  • [FONT:0)Enhanced sinyal doğruluğu:) Yüksek ortak mod gerilimlerinden gelen gerçek diferansiyel sinyali elde etme yeteneği, termo çiftleri ve çatlaklar gibi sensörlerin yüksek çözünürlüklü gürültü gerektirmeden üretebilmeleri için kullanılabilir çıktıları üretmesine olanak sağlar.
  • [FONT=0]Improv dynamic range:[Dönetici:[Döneticileri reddedilir, yükseltici, sistemdeki kullanılabilir dinamik aralığı etkili bir şekilde artırabilir.
  • [FONT:0)Ground loop ortadan kaldırılması:[Dönemli sinyale sahip olmak, sensör nedenlerinin DAQ zemininden farklı olduğu ortaya çıkan doğal olarak yer döngüleri kırmaktadır. Bu, çok nokta ölçüm sistemleri ve uzaktan algılama uygulamaları açısından kritiktir.
  • [FONT:0)İncreased sistem güvenilirliği: [Dönetici: [Dönüşük gürültü ve gelişmiş doğrulukla, ölçümler daha tekrarlanabilir, daha iyi işlem kontrolüne yol açan, daha az yanlış alarmlar ve verilere daha yüksek güven.
  • [FONT:0) Basitleştirilmiş taksileme:[Dönetici sinyalleri için yanlış olan kablolar, konaktör kablolardan daha az müdahaleye, yükleme maliyetlerini azaltır ve sağlamlığı geliştirir.

Meydanlar ve Mitigation Teknikleri

Avantajlarına rağmen, diferansiyel yükselteçler optimal performans elde etmek için ele alınması gereken birkaç tasarım zorluklarını tanıtmaktadır.

Diren ve CMRR Degradasyon

Ayrı ayrı ayrı yükselteçlerdeki en büyük pratik sınırlama, dış direnç yükselticilerinin yanlış bir eşleşmesidir.% 1 yanlışlık CMRR'yi 40-50 dB. Solutions, ±0.01 ile hassas tepki gösteren dört cihaz kullanarak, lazer veya manuel güçlüleştirici yükselteçlere karşı direnç gösterir veya kritik direnç yükselticilere güvenir.

Giriş Bias Current ve Offset

Op-amps, kaynak tarafından empoze edilen küçük bir giriş noktası gerektirir, dengeleme gerilimi yaratır. Yüksek hacimli kaynaklar için, nanoamper önyargı akımları milivolt hatalarına neden olabilir.FET-input op-amps kullanarak görüntülenebilir (örneğin, OPA140, ADA4000) bu konuda önyargılı akımlar için kullanılabilir.For bipolar af-amps, hem girişleri dengelemek için kullanılan girdileri dengelemek hataları azaltır.

Yüksek Lisanslı CMRR Roll-off

Yüksek frekanslarda (birkaç kHz), çoğu yükselticinin CMRR'yi daha yüksek frekanslarda korumak için, dikkatli PCB düzeni gereklidir - güvenlik halkaları kullanarak ve girişler arasında kapasitif darbeden kaçınır.Bazı FDAs, CMRR'yi birkaç milimetreye kadar koruyabilen ortak geri bildirim içerir.

Güç tüketimi ve ısı Yönetimi

Yüksek performanslı af-amps genellikle önemli bir boşluk tüketiyor. Multi-channel DAQ sistemlerinde, bu ısı battı veya zorla hava soğutma gerektirir. Düşük güç yükselteçleri seçmek (< 1 mA per kanal) için batarya-güçlü cihazlar için çok önemlidir, ancak gürültü ve bant genişliği kabul edilmelidir.

Pratik Uygulama Örnek: Bridge Sensör Ölçümü

Bir dirençli bir yük köprüsü kullanarak tipik bir yük hücresi uygulaması düşünün. Köprü çıktısı, milivolts siparişinde bir ayırıcı gerilimdir, yüksek çözünürlükte bir akışa sahip olan ve diğer ortak mod müdahalelerine karşı yapılan uyarıda belirtilen bir uyarıda bulunur.The selected instrumentation testing behavior (e.g., INA118) gerekli giriş engeli sağlar ve CMRR.R. çıkışında tüm ölçümler için eklenme ve CMRR.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Dinamik yükselteç devreleri geliştirmek, yüksek hacimli veri toplama sistemleri tasarlamak için temel bir yetenektir.In careful recovery circuits is a basical-amp-amp, three-op-amp-ampiyon amplifikatörlüğü, modern bütünleşik bileşenler ve teknikler ele almak, etkili çözümler sunmak gibi.