Giriş Giriş Giriş

Doğru sinyal entegrasyonu birçok veri satın alma sistemlerinin bir temel taşıdır, mühendislere toplam şarj, yer değiştirme veya gerilim veya mevcut sinyallerden enerji elde etmelerini sağlar. Aktif bütünleme devresi, operasyonel bir yükselteç (op-amp), elektriksel RC bütünleştirme sınırlamalarının üstesinden gelen sağlam ve ölçeklenebilir bir çözüm sunar.

Belirli bir uygulamanın talepleri ile karşılayan aktif bir bütünleme devresini tasarlayın, doğrulama, gürültü performansı ve kararlılık arasındaki dikkatli bir işlem gerektirir.Bu makale tasarım sürecine kapsamlı bir kılavuz sunuyor, bileşen seçimi, devre analizi, pratik uygulama zorlukları ve test stratejileri. yüksek çözünürlükte bir yükselteçli bir yükselteçli bir yükselteçli yükleme işlemi inşa ediyor olsanız da burada belirtilen ilkeler güvenilir ve tekrarlanabilir sonuçlar elde etmenize yardımcı olacaktır.

Aktif bütün devrelerin temelleri

Aktif bir bütünleme devre, giriş gerilimi veya mevcut bir entegrasyon matematiksel işlemi gerçekleştirir. Çıktı gerilimi, girişin zamanına göre integral edilmesiyle orantılıdır. Pasif bütünleştiriciler ( basit bir RC ağı), aktif sürüm, girişte bir sanal zemin korumak için operasyonel bir yükselteç kullanır, entegrasyon lineer ve etkilenmez.

Ana topoloji bir af-amp, giriş sinyali ve giriş girişi arasında bağlantılı bir direnç ve eğimli (C) tamamen şarj edici ve çıkış gerilimi:

[FONT:0)V[DÜDÜDÜDÜDÜ:2)[DÜDÜDÜ:0)[DÜye Olmayanlar[Üye Olmayanlar[Üye Olmayanlar İçindekiler)

[FONT=0] R C[DÜDÜDÜDÜDÜSÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞ

Pratikte, gerçek amorklar, son derece kazanım, giriş önyargı akımları, dengeleme gerilimi ve sonlu bant genişliği gibi olmayanlar ortaya koyar.Bu faktörler, tümorun düşük frekanslı doğruluğu ve yüksek frekanslı yanıtını sınırlamaktadır.

Anahtar Tasarım Tahminleri

Op-Amp Selection

Af-amp aktif bütünleşmenin kalbidir. Kesin entegrasyon için, af-amp olmalıdır:

  • [FONT:0) Düşük giriş önyargısı mevcut: [DÜDÜDÜ:2] [DÜDÜ:2) Geri bildirim cihazını tutar ve zaman içinde o integralleri bir çıkış yapar. FET-input op-amps gibi, TL072 veya OPA140, uzun süredir uygun olan entegrasyonlar için uygun bir şekilde önyargı sunar.
  • [FONT:0) Yüksek açık-loop kazanır:) Lig-band genişliği ürünü (GBWP), bütünleşmenin kazanıldığı frekanslar için, bant genişliğinin faz geçiş hatalarından kaçınmak için yeterli olması gerekir.
  • [Düzücükler:0) Düşük Boşluk gerilimi (V)[Dönetici:0) Düşük dengeleme gerilimi (V[Düzücükler ile V).[Dönetici: 3))
  • [Düzg:0) Düşük gürültü: [Dönetici-standart uygulamalar için, düşük gerilim gürültü yoğunlukla (örneğin, ADA4528 ile 1.2 nV/POSHz) af.

[FONT:0)Texas Instruments' op-amp seçim rehberi[[Dönetici:0) performans gereksinimlerine dayanan uygun cihazlar tespit etmek için faydalı bir başlangıç noktası sağlar.

Bitirme Değerleri ve Zaman Sürekli

Ürün R × C, entegrasyon süresini sabit ayarlar ( ⁇ = RC). Daha büyük bir ⁇ daha yavaş bir entegrasyon (düşük bir giriş için daha basit bir şekilde), daha küçük bir ⁇ daha hızlı yanıt verir, ancak düşük frekanslarda daha yüksek kazanç sağlar, bu da ücretli bir işlemdir.

  • [[Düzücü/Dönetici: [Dönetici: [Dönetici] İstenen bir değer seçin, istenen ⁇ ile makul bir kapasitör büyüklüğü elde eder. Tipik R değerleri 1 kULL'den 1 MULL'ye kadar aralığı.
  • [FONT=0)Kapyaklar C:[Dönetici: [Dönetici:0) Düşük kapasiteliler (örneğin, polistyrene, C0G seramikleri) en aza indirmek için. yüksek sızıntı akımlarından dolayı elektroliz kapasitörlerden kaçının.
  • [FONT=0) Sürekli giriş frekansı:[Dönetici: [Dönetici:0] Sürekli Zaman sabiti vs. giriş frekansı:[Dönetici:0))En düşük faiz oranı, en düşük faiz oranın üzerinde iyi olması gerekir - 3 dB noktası (f) = 1 / (2:20 R C) = 1 / (2:20 R C) = 1 / (2:20 R C)

Güç Supply ve Gerçleri

Aktif bütünleştirmeler genellikle çift malzemelerden (±V[DÜT:0) faydalanıyor (Döneticileri ). Güç akışına ve gürültüye doğrudan çiftleşiyor; bu nedenle, düşük çözünürlükte lineer düzenleyiciler ve yeterli çöp kapasitörler (100 nF seramik + 10 μF Tanum) güç pimlerine yakın.

Tek bir retorik işlemler (örneğin, 5 V), DC dengeleme girişlerinin sanal bir zemine (V) karşı çıkılması gereken bir yöntemdir.

Offset Gergesi

Her bir aktığın sonlu bir giriş dengelemesi (V) Bu, entegre olduğunda, doğrusal olarak artan (veya azalt) çıkış hatasını bile sıfır giriş ile azaltın.Bu hatayı en aza indirmek için:

  • ultralow V ile bir af-amp kullanın[Dönetici:0)[Dönetici:0) (e.g, OPA188 25 μV max ile).
  • Bir dengeleme-küresel güçlü ya da otomatik-zero /chopper-stabilized op-amps (e.g., LTC2057).
  • Sıfır bir geçiş ekleyin (örneğin, kapasitör ile bir MOSFET) veya sistemindeki bir periyodik sıfır mekanizması kapasitöryü deşarj ve bilinen bir ilk koşulunu yeniden kurmak için.

Devre Yapılandırma ve Analiz

Transfer Fonksiyonlar ve Frekans Yanıtı

Frekans alanında ideal transfer fonksiyonu H(j ⁇ ) = -1 / (j ⁇ R C) En yüksek frekanslarda elde edilen büyük yanıt, ve GBWP'nin bütünleme ve hız kazanılması nedeniyle girişin geri kalanının en yüksek olduğu durumlarda elde ettiği anlamına gelir.

C: 8 (Dörtücük) C. ile paralel olarak, düşük frekanslı sıfırlar oluşturmak için DC geri bildirim yolunu içerir.(D) = 1 / (2+ R).

İlk Koşullar ve Tamamlama

Veri satın alma sistemlerinde, bütünleme veya CMOS analog geçişi (örneğin, sıfır) her ölçüm aralığına kadar sıfırlamalıdır. Basit bir yöntem, küçük imzalı NMOS veya CMOS analog geçişi (örneğin CD4066 veya özel bir analog geçiş) ile geri bildirim cihazı arasında yapılır.

Pratik Uygulama Challenges

Saturation and reset

DC geri bildirim yolu olmadan, bütünleme veya çıkış, daha büyük bir gerilim aralığı ile tedarik raylarından birine doğru sürüklenecek ve en sonunda tekrarlanan Rprogramlanabilir aralıkları ile birlikte (Döneticiler) kullanılabilir.[Döneticiler[Döneticiler:0)))

Gürültü ve Shielding

Bütünleştiriciler düşük frekanslarda yüksek kazanç nedeniyle düşük frekanslı gürültüyü ([Dönt:0) 1. gürültüden (Düzücüler, dirençten gelen af ve termal gürültüden dolayı).

  • Metal film direnci düşük gürültü ile kullanın (karbondan kaçının).
  • Düşük gürültü yoğunluğu ile artırılmış, özellikle de 1 kHz altında.
  • Bir zeminli bakır dökmesi ile devre kurulu ve geri bildirim döngüsü fiziksel olarak küçük kapasitek darbeyi azaltmak için tutar.
  • Gürültülü ortamlarda giriş sinyalleri için çarpık veya eş eksenli kablolar kullanın.

Sıcaklık Driftt

Hem R hem de C, sıcaklık üzerinde sürekliliği etkileyen sıcaklık katları vardır. Düşük TC (örneğin, ±25 ppm /°C direnççiler için ±30 ppm/°C) Eğer aşırı sıcaklık stabilitesi gerekliyse, metal folyoları dirençliler ve NPO kapasitörler kullanın.

Layout

Zavallı PCB düzeni, bütünleştiricinin performansını mahvedebilir. Anahtar düzeni yönergeleri şunları içerir:

  • Geri bildirim kapasitörünü yerleştirin ve af-amp'ın giriş pimine mümkün olduğunca yakın direnin.
  • Giriş kısa tutun ve dijital sinyallerden koru.
  • Tek noktalı bir bağlantı ile bir zemin uçağı ve ayrı analog ve dijital zemin kullanın (star zemining).
  • Yüksek frekanslı izlerini bütünleme devresine yaklaştırmak.
  • Yüksek hassasiyetle bütünleştiriciler için, kaçak akımları en aza indirmek için girişteki bekçi halkalarını kullanmayı düşünün.

Test ve Kalibrasyon

Test Kurulum

Aktif bir bütünleme cihazı genellikle bir fonksiyon jeneratörü (örneğin, kare veya üçgen dalgalar) ve bir oscilloskop kullanın. Düşük karmaşık güç tedarikini kullanın ve giriş yapmadan önce test ekipmanlarını kullanın, temel çıktıyı ölçmek; bu herhangi bir dengeleme veya önyargılı mevcut sorunları ortaya çıkarır.

Waveform Verification

Bir meydan dalgası girişi için, bütünleme veya çıkış, teorik değerlere karşı üçgen dalga olmalıdır (pozisyon sırasında pozitif eğim, negatif bir giriş sırasında negatif eğim).Bir sine dalgası için, çıktı 90° (ve sperformasyon ve faz) çok küçük olabilir.Eğer çıktı kare dalga entegrasyonunda droop gösterirse, geri bildirimci Rf)[Düzücükler yüksek dielektrikli absorpsiyon olabilir.

DC darbe modundaki bir oscilloskop kullanın tam hızı gözlemleyin. Çıkışın amaçlanan giriş aralığı için aturate yapmadığı ve sıfır geçişi (eğer kullanılırsa) deşarjları birkaç mikrosaniye içinde tamamen şarj eder.

Tuning Bileşenler

Çıktı çok düşük ise, R [FLT]'yi azaltmak ve C) faizin en düşük frekansının altında tutmak için kazanç artırın.[D)[Düzücük doğruluk, bütünleme veya R) en az 10 × giriş kaynağının sinyal kaynağının yüklenmesinden kaçınmaya değer.[D)

Data Acquisition Systems'de uygulamalar

Aktif bütünleştirmeler hassas enstrümantasyonda ubiquitoustir. Özel uygulamalar şunları içerir:

  • [FONT:0)Charge yükselteçleri:[Döneticileri:[Döneticileri)[değiştir | kaynağı değiştir] · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
  • [FONT:0)Kaynak:[Dönlendirme:[Dönlendirme:[Dönetici:0)Bir dönem sonundaki bütünlemeler, girişin ortalama değeri ile orantılıdır.
  • [FONT:0)PID kontrolörleri:[Dönetici:[Dönetici:0)PID kontrolörleri:[Döneticileri) büyük hata integralleri nedeniyle kontrol cihazının (saturate) kullanılmasını sağlar.
  • [FONT=0)Accelerometre sinyali:[Dönetici:0) Hızlandırma cihazının çıktı veri hızı ve ikinci entegrasyon verimleri. Active bütünorlar gerekli kazanç ve filtreleme sağlar.
  • [FOG) ve elektromiyografi (EMG) alanında (TRG) ve elektromografide (EMG) yer alan biyoelektrik dalgaformları altında hesaplamak için kullanılır, arrhythmia algılamada yardımcı olur.

[FONT:0)Analog Cihazlarının aktif bütünleştirmeler üzerindeki teknik makalesi) düşük frekanslı cihazların kullanımında daha fazla bilgi sunar.

Aktif vs Pasif bütünleştirici

Pasif RC bütünleştiriciler daha basit ve daha ucuz olsa da, veri satın alma sistemlerinde önemli dezavantajlardan muzdaripler:

  • [FONT:0)Load duyarlılığı:[Dönetici:[Dönetici:0)[[Dönetici:0))[i:[i] Pasif bir bütünleşmenin çıktısı, aktif bütünleştiricinin çıktısı (düşük çıkış engellenme)
  • [FONT:0)Gain sınırlamaları:[Döneticileri 1 (ortalama) DC'de maksimum gerilim kazanç elde eder; aktif bütünleştiriciler düşük frekanslı sinyalleri yüksek kazanç sağlayabilir.
  • [FONT:0]Non-linearities:[Dönergeler:[Dönergeler:[Dönersizler) Bir sonraki aşamadan farklı bir şekilde yoksundur; aktif bir bütünleşme veya sanal bir zeminde arsa, lineer şarj sağlar.
  • [FONT:0]Drift:[Drift:[Dönetici olmadan, pasif RC ağdaki sızıntıdan gelen çıktı kontrol edilemez.

Bu nedenlerle, aktif bütünleştirmeler hassas veri alımı için tercih edilir, ek maliyet ve af-amp ve güç malzemelerinin karmaşıklığına rağmen.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Veri satın alma için aktif bir bütünleme devresini tasarlayın, sıfır değişkenleri ve pratik düzen tekniklerini kullanarak, zaman sabit, doğruluk ve gürültü, mühendisler belirli sistem gereksinimleri karşılamak için integralleri özelleştirebilirsiniz.Incorporating features such as a reset switch and noise protection provided, you are equipped to build an bütünor that provides the correct, and noise, mühendisler can customize the entireor to meet specific system requirements.Incorporating features such as a reset switch and noise protectionating functionality.

Veri satın alma sistemi tasarımı hakkında daha fazla okuma için, dikkate alın:0) Ulusal Aletler veri satın alma temellerine kılavuzdur[Dön 1: 1).