Foto-to-Frequency Dönüşüm Prensibi

Bir analog gerilimin orantılı bir frekansa dönüştürülmesi, giriş gerilimine uygun olarak iyi bir sinyale dayalı bir tekniktir: 0:0)[Döneticileri ve dijital karşıtlığı ile) Bir gerilim-fret (V/F) dönüştürücüyü üretir[Dönder)[Dönder)[Dönder)[Döndergisel bir frekansta dönüşüm kazanılır; çünkü bu analog bir mikro-silahlılıkta otomatik olarak sabitlenir).

V / F dönüşümünin temel fiziği, V)'den elde edilen mevcut bir kapasitöryü şarj etmeyi ve şarj edilebilir bir yük devretme hızının 100:1 frekansı aralığındaki düşüklüğün tekrarlanmasını gerektirir. Linearity, dinamik aralık ve sıcaklık istikrarı dönüştürücünün performansını tanımlar.

V / F Converter'teki Operasyonel Amplifiers Rolü

Operasyonel yükselteçler basit bir RC osilatörünü hassas bir ölçüm aracına dönüştüren aktif bina blokları olarak hizmet eder. Geleneksel V / F dönüştürücüsinde dört birincil işlevi yerine getirirler:

  • [FONT:0)Input buffering ve ölçeklendirme:), A non-invertingifier veya gerilim takip eden bir dış sinyal kaynağı yüklemeden dönüştürücünin giriş aralığına uymaya devam edebilir.Bu aşama aynı zamanda kazanılabilir veya dayanıklılık sağlayabilir.
  • [FONT:0) Integration:[Dönetici:[Dönetici:0)[Dönetici:0) Bu rampanın eğimi belirler ve dönüşüm sürecinin kalbidir.
  • [FONT=0)Comparison: [Dönetici:[Dönetici: 0) Bir hesaplama, yüksek hızlı bir af-amp veya özel bir kotatör IC) tümor çıktısını izler.
  • [FONT:0)Current kaynak düzenleme:[Dönetici:[Dönetici:0) Bir af-amp ile birlikte bir hassas gerilim referansı, sıfır aşamada sabit bir şarj sağlayan istikrarlı bir mevcut kaynak oluşturur.Bu şarj kuantum, sıcaklık ve zaman içinde lineerliği korumak için son derece istikrarlı olmalıdır.

Her rol için doğru af-amp seçmek kritiktir.In theCompor,meter, input dengeleme gerilimi ve sürüklenme düşük frekanslı doğruluk. OPA140 gibi bir CMOS af-amp, 20 V /μV / μV dengeleme ve 100 μV dengeleme için uygun hale getirir, düşük maliyetli bir gecikmeden dolayı uygun hale gelir; LTC2057 gibi bir khopper-ampiyonel-stabilize-amp, 5 μV / μV /°C yükleyicisi gibi, yüksek hızdan yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte olan 100 $ 'a sahiptir.

Anahtar Tasarım Yöntemleri Yöntemleri Yöntemleri

Şarj-Balance V /F Converter

Bu efekt, yüksek çözünürlükte (düşük) ile ilgili olarak, yüksek çözünürlükte (örneğin, yüksek çözünürlükte) bir bağlantıya ulaşır.[Dönetici).

Bir şarj-balance dönüştürücüsi, mevcut girişi ve pompayı şu anda özetliyor. A CMOS veya JFET-input op-amp, tam Qpump[DDDDDDDDDDDDDDD) ile kıyaslanabilir. Kompucu için, bir sonraki döngüyü geri yüklemeden önce sıfırlamak için genellikle eklenir.

Rahatlama Oscillator ile gerilim-Kontrol

Alternatif bir yaklaşım, bir af-amp bütünlük ve bir Schmitt, yüksek ve daha düşük eşikleri bir geri bildirim döngüsünde serbest çalışan bir oscillator oluşturmak için bir uyarıda bulunur.A voltaj kontrollü mevcut kaynak, kapasitör lineer olarak iddia edilir.[Dönetici:2 / )

Bu topoloji, şarj-balance yönteminden daha az hassas bileşenler sunar. Ancak, lineerliği mevcut kaynağın doğruluğuna ve kompozisyonuna neden olan hataların hızlanması gerekir.Dört frekansları (daha düşük yüz kilosucuna kadar), TL074 gibi bir arsa her ikisine de en içten ve Schmitt tetikleyicisi olarak hizmet edebilir.

Adım-Adım Tasarım Süreci (0-10V'ye 0-10 kHz)

Teoriyi sağlamlaştırmak için, 0-10 V giriş aralığı ve 0-10 kHz çıkış frekansı ile pratik bir yük-balance V /F dönüştürücü tasarımını düşünün.Bu tasarım, bir bütünleyici, bir hesap, ve mevcut bir kaynak kullanır.

Giriş Scaling ve Current Generation

C: 9- {2}[Dönetici: 9/01/2012) {8}[0|0|Dönetici = · 9|4|Dönemli) · 10/01/2012

Bütünleştirici Core

İntegraz katsayısı, arsa (U1), bir geri bildirim cihazı C[DDÜT:0) ile sabitlenebilir.Dönetici gerilimi sabit olarak sabitlenebilir.C[Dönetici) değeri, C[Dönetici)[Dönetici = 10 V) için (Dönemli) = 100 μs μs × 100 μs

Karşılaştırmacı ve Hassasiyet One-Shot

[U2=2] [U2, s.4|Düzücükler, s.)[değiştir | kaynağı değiştir] [D=D=D=D=D=D=D=D=))))))))[[[değiştir | kaynağı değiştir]

Hassasiyet Şimdiki Kaynak ve Çıktı

deşarj akımı kaynağı stabil bir gerilim referansı ve düşük bir yan yanar. LM40-5.0 referans ve bir af-amp (U3) bir gerilim-sonsuz dönüştürücü olarak yapılandırılır, )[D[D[Dönetici:0)[D[Dönetici:2|Dönemli)[Dönemli bir sinyale sahip olmak için otomatik olarak otomatik olarak kullanılabilir.

Bitirme Seçimi ve Hata Analizi

Op-Amp Özellikler

Bir V / F dönüştürücünün başarısı, 100 kULL girişin dikkat çekici seçimine bağlıdır.In the bütünleme veya giriş dengeleme gerilimi (V)[Döneticileri 1 ), V) düşük giriş seviyelerindeki baskın hata kaynağı, 10 nA hatası doğrudan doğruya doğru kaydırılırsa, tam ölçekli giriş süresi 100 μA'dır.

Pasif Bileşenler ve Referans

Konser ve direnç akımını oluşturan dirençler, dönüşüm kazancının birincil belirleyicileridir. Metal-film, 25 ppm/°C'nin altındaki TCR ile karşıtlığı standarttır. Capacitors sergi dielektrik absorpsiyonunu, mevcut deşarjı önceki ücretlerine ve histerilere doğrudan tanıtır.

Layout ve Leakage Management

İntegralde, PCB'den gelen sızıntı akımları, düşük çözünürlükte bir girişle yönlendirilmelidir ve analog geçiş minimum puana sahip olmalıdır. 100 μA full ölçekli giriş, deşarj akımının düşük ücretli bir şarj cihazıyla aynı zamanda ortaya çıkmasına yardımcı olur.

Kalibrasyon Teknikleri

Hassas direnç dirençler ve referanslar sağlam bir temel sağlar, ancak son kalibrasyon, belirtilen doğruluğu elde etmek için neredeyse her zaman gereklidir. İki ayarlamalar genellikle uygulanır: dengeleme ve kazanç.

  • [FONT=0]Resset kırı:[Dönder:[Dönder: 0 Hz. Herhangi bir geri dönüş, bir eksperde veya sızıntı akımına neden olacak, 10 MULL) bu konuya kadar basit bir düzeltme yapılabilir.
  • [FONT:0)Gain trim:[Dönetici:[Döneticileri) Tam ölçekli giriş gerilimi uygulanırken, çıkış frekansı genellikle R ) değeri ayarlandığında R veya EEPin veya bir indirme işleminde kullanılan bir dijital güçlülüğü kullanarak ısı tazminatını ortadan kaldırır.

Kalibrasyon, ısı geçişine izin vermek için en az 15 dakika boyunca sıcak bir süre sonra sistemin nominal işletim sıcaklığında yapılmalıdır.

Gelişmiş Uygulamalar ve Optimizasyon

Frekans Aralığının uzatılması

100 kHz'nin ötesinde V / F dönüştürücüyü daha yüksek hızlı bileşenler ve dikkatli yönetim düzeni gerektirir. Bütünleme veya aflama, yüksek çözünürlükte (GBW) 50 MHz'i aşmalıdır ve bu frekansların sabitlenmesini sağlayan, şarj edilebilir bir yüksek çözünürlükte 10 V'dan 2 V'ye kadar hızlanan yük devretme işlemine kadar hızlanan yük devretme işlemine izin verir.

Düşük Enderdeki Linearity'yi Geliştirmek

Çok düşük giriş gerilimleri (orta frekanslarda) genellikle komperatör tarafından yönetilmekte ve sonlu deşarj süresi azalır.In giriş akımları azalır, çünkü sıfır puls arasındaki zaman daha uzun olur, ancak sıfır pul genişliği sabit kalır.Eğer bir çift vuruş süresi boyunca, sabit zaman da sabit kalır.

Isolation and System Entegrasyon

V/F dönüştürücüsi kullanmak için en güçlü motivasyonlardan biri, sinyalin galvanik olarak izole edilebilir olması ile kolaydır. Dijital nabız treni, bir opto çift veya dijital izoparatör (PC7240) ile, dijital işleme ünitesine karşı sağlam bir şekilde izolasyon sağlamak için.Bu, endüstriyel ortamlardaki gürültüye karşı önemli bir avantajdır.[T:0)

Pratik Uygulama Örnekleri

V/F dönüştürücüleri, operasyonel yükselteçlerle inşa edilmiş, geniş bir sistem yelpazesinde görünür:

  • [FONT:0)Isolated data Acquisition:[Dönetici: [Dönetici: 0,2] Yüksek gerilim ortamlarda veya tıbbi cihazlarda V/F dönüşüm, bir opto çiftçi tarafından takip edilen basit, düşük maliyetli izole bir kanal sağlar.
  • [FONT:0)Sensor lineerizasyon:[Dönetici:[Dönetici: 0) Termo çiftleri veya su hatları gibi sensörler için, basitleştirilmiş bir sinyal, arayüze mikro kontrollere frekans olarak dönüştürülebilir.
  • [FONT=0)Frequency modulation (FM):) Analog sensör verileri, analog bir radyo bağlantısı üzerinde kayıt için doğrudan frekans ayarlanabilir.
  • [FONT=0)Enerji sayacı: [Dönetici:[Dönder: 0,0) Frekansları gerilim ve mevcut dönüştürücülerden özetle, güç tüketimi basit dijital sayaçları kullanarak hesaplanabilir.

Bu uygulamalardan her birinde, anahtar avantajı aynı kalır: frekans sinyali, düşük seviyeli bir analog gerilimden doğru şekilde aktarılmaktır.

İmalatta Performans Optimizasyonu

Layout and Decoupling

İntegratöre göre en aza indirmek en aza indirgenmelidir. PCB'deki bir bekçi yüzüğü, düşük hacimli bir noktaya bağlı olarak, yüzey sızıntısına karşı korumayı korumak. Ayrı analog ve dijital zemin uçaklara tek bir bağlantı noktası ile bağlantı noktası, hassas analog rampalara kadar geçiş yapmak için. Place 0.1 μF seramik kapasitörler her aktif bileşeninin tedarik pimleri mümkün olduğunca yakın olmalıdır.

Termal Yönetim

O-amp ve gerilim referansının kendi ısıtılması, bu bileşenlerin etrafında yeterli hava akışı sağlar.Mevcut belirleyiciler güç transistörlerinden veya gerilim düzenleyicilerinden uzak tutar. OPA376 gibi düşük güç aktıları kullanarak, bu da sadece 0,5 mW'yi en aza indirir ve genel stabiliteyi geliştirir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Operasyonel yükselteçlerle bir gerilim-fret dönüştürücüyü tasarlayın, şarj edilebilir bir egzersizdir.Rektör-balance ve sağlık merkezi-tocillator topolojileri, düşük-toplayıcıları seçerek ve şarj-parlama döngüsünde başarılı bir şekilde yönetebilir, mühendisler, özel kontrol sistemlerindeki monolithic ICs'in performansını rakipsiz bir şekilde yeniden tasarlayabilirler.