Signal Duruming'i bir Data Logger'de Anlamak

SignalRY, doğru sayısallaştırma için ham sensör çıktılarını hazırlama sanatıdır. Termo çiftleri ortak mod gürültüsüne binen mikro volt seviyesindeki sinyalleri verir; çatlaklar küçük diferansiyel gerilimler üretir; ve hızlanan bir AC dalgasıformu sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık değiştirir ve bu sinyallerin her bir analog dönüştürücüyü aşırı yüklemesi gerekir, bant genişliği ve dinamik aralığı.

Yakındaki bir işletimsel yükselteç, tüm bu işlevleri kompakt, düşük güç ayak izi ile gerçekleştirebilir.ADC referansını karşılayan bir 2.5 V noktasına kadar, tasarımcılar kanal girişte bulunan düşük boyutlu bir amplifikatör ile elde edilen kaynağın tamamını oluşturur.Örneğin, tipik bir direnç köprü sensörü 10 mV tam ölçekli bir sinyal çıktısı, ADC referansını en düşük çözünürlükte bir şekilde indirmeyi gerektirir.

Multi-Channel Devralınmalarının Operasyonel Amplifiers Rolü

Çok kanallık bir loggerda, kanal başına bir af-amp kanal, birden fazla eksenli anahtarlama eserlerden kaçınmak için yaygındır. amplifatör, yüksek hacimli sensörler için, yükseltgenme oranı ve bant genişliğine göre sabit bir yükselteç oluşturabilir.

  • [FONT=0)Input denge ve sürüklenme:[Dönetici:[Dönetici:0)Input denge ve kayma için tercih edilir: [Dönetici:0))) 5 μV veya köprü sensörlerinin altında yatan tipik değerler için, en yüksek hassasiyet için, taktatör yükseltici yükseltici yükselteçmiş yükselteçler için.
  • Noise yoğunluk: Low gerilim gürültüsü (örneğin, < 10 nV / UTCHz) düşük hacimli girişler için dinamik aralığı korur. yüksek hızlı kanallar için, mevcut gürültü eşit derecede önemli bir Bipolar-input yükselteçleri genellikle daha düşük gerilim gürültüsüne sahiptir, ancak daha yüksek akım gürültüyü gösterirken, CMOS yükselteçleri ters karakteristikleri gösterir.
  • [FONT:0)Gain-band genişlik ürünü: Sinyal bant genişliğinin yapısal kazançla çarpılması gerekir, artı stabilite için marj. 10 kHz sinyali ile 100 $ bir kazanç-band genişliği ürün en az 1 MHz gerektirir, ancak pratik tasarımlar faz marjını bozmaktan kaçınmak için 5-10 kez kullanır.
  • [FONT:0]Rail-to-rail giriş ve çıkış: Temel olarak düşük gerilimli tek kullanımlık sistemler, tam ADC girişi olmadan tam ADC girişi aralığına saturasyon olmadan. Birçok modern amorflar her iki giriş ve çıkış için de ray-rayın V'ye 5 V malzemeleri için demiryolu-rayın.
  • [FONT=0]Slew oranı:[Dönetici:[Dönetici:0))))En az 1.5 V / μs hıza ihtiyaç duyan 5-10 V /μs için, s.

Tümleşik programlanabilir kazanç yükselticileri (PGA), yerleşik amorf çözümlerinin alt kümesidir. Bunlar, bir termo çiftliği için tek bir ön uç sağlar.Bursada otomatik test dizileri olmadan bileşeni ve basitleştirir. ancak, kontroller, kontrol için dijital arayüz, örneğin hassas bir izden 0-5 V sinyalini termo bir şekilde elde etmek için izole edilmelidir.

Yapılı -In Operasyonel Amplifiers

Doğrudan veriye dayalı yükselteçleri içeren tasarımcılar, açık uzay tasarruflarının ötesinde birkaç pratik fayda elde eder. Bütünleme, sensör bağlayıcısı ve amplifikasyonu arasındaki mesafeyi azaltır ve sinyal bütünlüğünü korumak için kritik olan yükselteçleri azaltır. ek olarak, daha yakın ısı değiştiricileri ısıya dayalı hataların daha doğru bir şekilde ödenmesini sağlar.

  • [FONT:0)Redüktöre elektrotsal müdahaleye karşı duyarlılık (EMI): [Dönetici:0) Düşük seviyeli bir sinyal, motorlarla ilgili olarak, dönüştürücülere ve kablosuz vericilere sahip olan endüstriyel ortamlardaki yüksek hacimlilara işaret eder.
  • [FONT:0] ⁇ takip:[Döneticileri aynı silikonda üretilir veya sıkı bir çiftli PCB, termal gradyanları aynı şekilde etkiler, çok kanallı tasarımlarda, maçlanmış bir dengeyi sağlar ve tüm kanalları tek bir sıcaklık sensörü kullanarak düzelten daha basit kalibrasyon rutinlerine izin verir.
  • [FONT:0)Component count and bill-of-malzemeler azaltma:[Döneticiler: 1 ) Merging kazanır, filtreleme ve tek bir IC'ye göz atın, pasif bileşenler ve taksileme, montaj maliyetini azaltır ve güvenilirliklerini azaltır.
  • [FONT:0]Easier kalibrasyon: Bir yerleşik yükseltici, hassas referans gerilimi ve bir kalibrasyon birden fazlakser ile eşleştirilebilir. Sistem kendini ölçebilir ve hata kazanır ve dış aletler olmadan programlamak için zorlanabilir.
  • [FONT:0]Gelişmiş portability:[Dönetici:0] Kompakt, kendi kendine yetenilmiş bir eriperticiler, alan çalışması için çok önemlidir, kullanılabilir ve ADC ve mikro kontroller yanında artırılmış olan IoT düğümleri dağıtılır.

Multi-channel Data Loggers için Tasarım

Bir şematik çizmeden önce, birkaç sistem düzeyinde karar, yükselteç ve ADC mimarisini şekillendirecektir. Bunlar basit parametre seçiminin ötesine geçer ve tüm sinyal zinciri topolojisini etkileyecektir.

Kanal Kont ve Signal Tipleri

4, 8, 16 veya daha eş zamanlı kanallara ihtiyacınız olup olmadığını belirleyin. Her kanal belirli bir sensör türüne adanmış olabilir - aynı zamanda RTD, 4-20 mA mevcut döngü, IEPE bir hız, veya DC gerilimi. Yerli sinyal aralığı gerekli kazançları dikte eder ve 16-basın yüksek basamaklı endüstriyel sinyalleri hassas biyomedikal sinyalleri ile karıştıran bir kanaldan ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı bir alan.

Giriş Koruma ve Overvoltage Tolerance

Alan-kullanıcılar sık sık sık kablo hataları veya elektrostatik deşarjla karşılaşırlar. Serisi direnççiler, geçici gerilim baskı (TVS) diyotları ve malzemeleri tedarik etmek, af-ampor girişleri korumak için. yüksek gerilim ortamları için, zemin döngüleri ve düşük kapasiteli TVS'lerin (örneğin, koruma ağı) baskılarını korumak için programlanabilir bir şekilde kullanır.

Örnekleme ve ADC Interface

ADC'nin geçiş noktası haline gelmesi gerekir. Yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bir sürücü yükselticisi ve dikkatli şarj-tevasyon tazminatı ile genellikle doğrudan bir alg-ampiyon veya özel ADC kanalıyla yönlendirilebilir; aksi takdirde, birden fazla güçlendirici bir sürücü kaydı (SAR) ADC'nin toplamı ile tam olarak bir sonraki ADC'nin toplam değeri ile sabit bir şekilde sabit bir şekilde ayarlandığından önce ADC'nin toplam değeri ile aynı şekilde sabitlenir.

Güç Bütçesi ve Supply Rails

Battery-güçlü loggerlar, düşük performanslı yükselteçleri ile düşük güçlendiricilere ihtiyaç duyar.Saçlı lensler (LDO) veya izole DC-DC dönüştürücüler, her bir yükselticinin kanal sayısıyla ilgili olarak, sekiz kanalda yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte veya bütçeye uygun olarak, yüksek çözünürlükte 1 mA ile sabit bir şekilde sabitlenebilir.

Signal Duruming için Doğru Operasyonel Amplifier'i seçin

En çok sensörle değişiklik gösteren veri sayfası parametreleri. Düşük frekanslı ölçümler (DC to a few yüz Hz), dengeleme gerilimi, dengelemek ve 1 / gürültü hakimdir. ses veya vibrasyon için 20 kHz, gürültü spektral ve toplam harmonik disme (THD) kritik hale gelir. Çift ve dört af / dört arsa paketi kanal başına indirme işlemi yapar.[D) Doğru izolasyon ile ortaya çıkmamışsa kanalla ilgili olarak.

Örneğin, dar bantlı titreşim sinyalleri okumakla görevli bir logger, AD8553 veya OPA388 gibi düşük seviyeli bir amplitüdücüyü kullanabilir ve LTC6910 veya MCP6S gibi şarj edilebilir gerilim kanallarını düzeltebilir.

Devre Tasarımı ve Topoloji

Tipik tek kanal analog ön uç, bir giriş koruması ağı, bir tampon veya enstrümantasyon yükselticisi, anti-aliasing filtre ve ADC sürücüsü. Üstoloji, denge kazanmak, bant genişliği, güç ve gürültüyü inceleyeceğiz. Aşağıda her bloku ayrıntılı olarak inceleyeceğiz.

Giriş Buffer ve Sahne Kazanın

Yüksek kaynak yetersizlikli sensörler için, bir JFET veya CMOS op-amp, bir birlik-saygılayıcının yüklemesini önler.Ekstra-modülasyon üstolojiyi oluşturmak için iki direnç kullanır (G = 1 + Rf / Rg).Diferansiyel sensörler için, tam bir amplifatör veya bir araçlama yükselticisi yüksek oranda reddedilir. AD8221, örneğin, 80 dB veya daha fazla ortak mod gürültüsünü 60 Hz.

Anti-Aliasing Filter

ADC'den önce, düşük frekanslı bir filtre Nyquist frekansının üzerindeki frekansları kaldırmalıdır (örneğin örnekleme oranı). Örnekleme oranına ayarlanan aktif bir Sallen-Key veya çoklu besleme filtresi, üst düzey ADCs'den daha keskin bir yuvarlanır, aynı zamanda bir sürücü olarak hizmet eder.İkinci sipariş Butterworth filtreyi bir köşe frekansı ile birlikte bir filtreyi bir filtreye koyar.For oversampling sigma-delta ADCs, basit bir tek kutuplu RC filtreyi yeterince tutabilir, çünkü dijital filtreyi bırakır.

ADC Sürücü ve Referans Buffer

SAR ADC'ler genellikle ADC'yi doğrudan sokabilecek bir sürücü yükselticisi gerektirir. Bu sürücü, biraz deneme sırasında referans gerilimi tutmak için büyük bir kesintiye uğramak için yüksek çözünürlükte bir uyarıda bulunmalı ve gerekli olan şarj cihazını hızlı bir şekilde sağlamalı.ADC'nin gürültüyü doğrudan, düşük çözünürlükte bir şekilde kısıtlamayı kullanmalı.

Güç Supply ve Decoupling Techniques

Tek bir noktada, ADC'nin birkaç milimetresi içinde yerleştirilen, bir miktar veya alüminyum elektroliziğinin bulunduğu bir zeminin, ana akımlarının analog zemin referansını engellemesi için, bir parçalanmış zemin uçağının ADC'nin altındaki bir noktada bir araya gelmesi, ADC'nin yakınında bir ortak uygulama olması gerekir.

Ortak bir batarya veya DC girişinden elde edilen ayrı analog ve dijital LDO'lar kullanmayı düşünün, panritin ortak noktası gerilime veya pi-filterleri yüksek frekanslı gürültüyü izole etmek zorunludur.Eğer logger galvanic izolasyon gerektirirse, izole DC-DC dönüştürücüler ve dijital izoparatörler, ayrı analog ve dijital alanlar, Maksatlı tasarım kriterlerine izin verir.

Filtreleme ve Gürültü Azaltım Stratejileri

Anti-aliasing filtresine ek olarak, pratik gürültü azaltma düzeni ile başlar. Yüksek hacimli düğümler küçük ve onları düşük hacimli bir akış versiyonu ile, sinyalin düşük devre dışı bırakma sürümlerini kullanarak, eğimli devre dışı bırakmak veya eş eksenel kabloları sensör bağlantıları için kullanın.

Çok düşük seviyeli sinyaller için, bir chopper-stabilized amplitübrasyon 1/f gürültüyü azaltır ancak ek donanım olmadan filtrelenebilir olan küçük bir geçiş gürültüsünü ortaya çıkarabilir.In extreme cases, tasarımcılar çift örnekleme veya amplitüdül ölçümlü sinyalleri daha fazla gürültüyü ekstrak için, bir akış olarak, bir ağ tarafından yapılan bir ağ tarafından yapılan bir bağlantıdan geçiş sinyalini önemli ölçüde azaltabilir.In extreme cases, tasarımcılar çift örnekleme veya senkronizasyonu kullanarak sinyalleri daha fazla azaltır.For pain stringerleri, bir köprüyü aşırı yükleme gerilimi, bir ağ tarafından önemli ölçüde azaltır.

Kalibrasyon ve Test

Her kanal, bileşen toleransları ve sıcaklık nedeniyle hafif kazanç ve varyasyonları olacaktır. İki nokta kalibrasyonu sırasında, sistem yanıtını (bildik veya sıfırlanmış) ve tam ölçekli bir gerilim, sonra bir kazanç 2.5 V veya 4.096 V referansını ve bir çokluxer üzerinde işlem yapabilir ve sıcaklık kayması için referansı tekrarlanabilir.

Test, CMRR'yi takip etmek için frekans yanıtını doğrulamalı ve USB'nin çıktısını USB'nin üzerindeki indirme veya doğrulama işlemine izin veren bir sinyal jeneratörü veya Ethernet hızını doğrulamalı. yüksek kanallı sistemler için test süresi aynı anda birden fazla kanala uygulanabilir.

Pratik Adımlar

Bir çalışma prototipine ihtiyaçlardan taşınmak, yöntemsel mühendisliği içerir. Aşağıdaki adımlar başarılı multi-channel veri loggerlarında kullanılan tasarım akışını özetlemektedir.

  1. [[Dönetici:0) Hedef özellikleri açıklar:[Dönder:[Dönder:) Giriş gerilimi aralığı, kanal başına örnekleme oranı, etkili bir karar ve çevresel koşullar. Doküman kabul edilebilir gürültü zemini, lineerlik hatası ve sıcaklık aralığı.
  2. ADC'yi seçin:[Dönetici: [Dönetici: 0,8|Dönetici: 0,0)

    SÜye uygun olmayan birçok seçenek sunar.

  3. [FONT=0)Köpücü mimarisini varsayın:[Dönetici sabit karta sahip sabit disklere, enstrümantasyon yükselticilerine veya PGAs. Devreyi doğru tahminlere göre doğrulamaya hazırlayın.
  4. [FONT=0]Görüntü ve PCB'yi tasarlayın: Cihazın yerleştirilmesine ve yönlendirmesine dikkat edin. ADC ve amplifik ICs için üretici önerileri izleyin. Tüm temel olarak, her kanalın çıktısını basitleştirmek için test puanlarını ekleyin.
  5. [FONT:0)Prototype ve tezgah testi:) Bilinen bir stille geçerlidir - hassas bir kaynak veya kalibreli bir sensör. Ölçüm gürültü zemini, lineerity ve kanal haçı.Ingörüntü frekansı veya gerekli olduğu gibi kazanır.
  6. [FONT=0)Developware kalibre rutinleri geliştirmek: Mağaza kalibrasyon katları olmayan hafızada ve gerçek zamanlı olarak bunları uygulamak, oda referansını kullanarak rutinleri içerir.
  7. [FONT:0] Son ortamda güncel: Tüm montajı sıcaklık uçları altında ve motorların varlığında, röle veya RF vericiler gerçekleştirir.In elektromanyetik uyumluluk (EMC) ön değerlendirme gerekli olup olmadığını kontrol eder.

Gerçek dünya Uygulamaları ve Vaka Örnekleri

Bu ilkeler çeşitli enstrümanlarda yüzey. Bir taşınabilir çevre logger, akrepli aktılı sekiz kanal kullanabilir, susam nez, sıcaklık, nem ve ışık sensörleri, alan teknisyenleri tarafından belirlenen kazanımlarla, doğrudan bir mikro kontrol cihazı kullanarak bir ölçüm cihazı kullanabilir.A-gradlı bir test cihazı, ADC'nin görüntüleyicisi olarak kullanılan bir ultra-del-düşüklü giriş cihazına sahip olabilir.

Başka bir yükselen uygulama akıllı üretimde, dağıtılan verilerin kaydedicilerinin her makine aracında titreşim, sıcaklık ve mevcut olduğunu gösteren bir diğer uygulamadır.In built-in op-amps, these loggers can to to to the electricly gürültülü environment while maintain 16-bit doğruluk. Her örnek, TLV8544 with typical 600 nA supply) ve genel sistem sürekli izleme olmadan izleme ve dağıtmaya daha fazla yönetilebilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Operasyonel yükselteçleri doğrudan çok kanallı bir veri loggersı sadece rahatlık meselesi değildir; sinyale olan bir mühendislik seçimi, sistem ayak izi azaltır ve sabit bir tasarım metodolojisi ve kullanım kolaylığı ile ilgili basitleştirilmiş, geliştiriciler karar verme ve düzeltme işlemlerini hızlandıracak şekilde genişletebilecek olan yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte artış gösteren bir veriye katkıda bulunabilir.