Aktif bütünleştiriciyi Anlayın

Aktif bütünleme, analog sinyal işlemede temel bir bina bloğudur, yüksek hassasiyetle entegrasyon matematiksel işlemi gerçekleştirir. Pasif RC bütünleyicilerden farklı olarak yükleme etkileri ve lineer olmayan şarj davranışından muzdariptir, aktif yapılandırma gerçek zamanlı olarak, bu devre kaçınılmaz olarak kabul edilir ve önbellekli sistemlerde kritik kalır.

Ana devre tek bir giriş direnici R[DÜDÜ:0) ve bir geri bildirim cihazı C. ideal bir af-amp (sonsuz kazanç, sıfır giriş akımları), çıktı gerilimi verilir:

[FONT:0)[DÜŞÜNÜye: ⁇ [Üye: 9) ⁇ [Üye/Üye/Üye) ⁇ [Üye/Üye/Üye/Üye/Üye) ⁇ [Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye)[Üye/Üye/Üye)

Frekans alanında, bu, teorik olarak DC'de fark edilmek üzere tek bir kutup filtresine dönüşür: 0:0)H(s) = -1/(sR)[D)[D)[Dönetici:2)[Düzücük)[Düzücük)[Döneticileri) ile paralel olarak, doğrulayıcı ve doğrulayıcılar ile birlikte, doğrulayıcılar (Döneticileri) ile birlikte, (Düzücüler)

Zaman Sürekliliğinin İşareti

Zaman sabiti = R[DÜT:0)[DÜDÜDÜSÜŞÜNCÜSTRİYE], verilen bir giriş için gerilim rampalarının her yönünü belirler: daha küçük bir ⁇ , keskin bir rampa, düşük frekanslı sinyallerle birlikte (DDDDDD) = 1 / 2 puan daha fazla, uzun süre boyunca filtreyle daha doğru yanıt verir.

⁇ doğrudan bileşen toleransları nedeniyle bütünleme hatasını etkiler. R veya C'deki %10 varyasyonu, ek olarak, hassas zamanlayıcı veya amplifiğe dayalı olarak kritik olabilir.In applications requireing doğruluk better than% 5, düşük-tolerance components (1% direnççiler,% 1 veya daha iyi kapasitörler) zorunludur ve ayarlanabilir bir ⁇ üretim hacminin ek olarak, direnç katlanması için telafi edilebilir.

Neden Uyum Devreyi Dönüştürüyor

Sabit zamanlı bir bütünleme veya tasarımcıyı tek bir işletim noktası haline getirir, bu değişken sinyal koşullarını ele almak için yetersiz olan sistemler için yetersizdir. Adaptif filtreleme, gerçek zamanlı kontrol veya enstrümantasyon, sinyal özellikleri gibi frekans, amplitüdül, veya süre değişmez bir zaman değiştirebilir.

Motor hız yönetmeliğinde kullanılan orantılı bir kontrol cihazı göz önünde bulundurun. integral terim sürekli olarak devlet hatası ortadan kaldırır, ancak zaman sabit zaman zaman zaman ve aşırı yükleme zamanı dengelemek için ayarlanmalıdır.Bir ayarlanabilir bütünleştirici ile, kontrol cihazının yüklemedeki değişikliklere adapte edilebilir, sabit yanıtsız tekrarlayıcılar ve düşük çözünürlükte düzeltmelere izin verir.

⁇ 'ye de göreme yeteneği donanım karmaşıklığını azaltır. Farklı frekans grupları için birden paralel bütünlemeler tasarlamak yerine, tek bir ayarlanabilir devre geniş bir operasyonel zarfa hizmet eder. Bu, bileşen sayısını azaltır, basitleştirir yönetim kurulu düzeni ve alan-updatable adaptörün, donanım değişiklikleri olmadan devrenin davranışını yeniden tanımlamasını sağlar.In IoT sensörler ve kenar cihazları için, bu esneklik paha biçilmez.

Core Design Principles

Temel Topoloji ve Kompiyon Rolleri

Bu nedenle, tümel yerlerin R[DÜDÜ:0)[Dönetici kaynağı ve af-amp'in giriş noktası, geri bildirim yolundaki C ile ilgili olarak, (Dönetici) bir referans gerilimine bağlanır; çift-emiş sistemlere veya orta ölçekli bir önyargıya göre, tek bir şekilde tasarımların yanı sıra, RDDDüzüğün içindeki değişkenleri değiştirir.

Farklı R) için ortak yöntemler: bir gerilim değiştiricisi (OTA) olarak kullanılan bir mekanik güçlülüğü (simple but manual), etkili direnişin RC) ile otomatik olarak kontrol edilen bir JFET, bir gerilim değiştiricisi olarak kullanılır[Dönetici][/I)

DC Stability ve Offset

İdeal bir bütünleme sonsuz DC kazanır, çıktıdaki yüksek çözünürlükte bir hataya son derece hassas hale getirir.[Dönetici:0) ve önyargılı şu anki I).b), düşük frekanslı geçiş fonksiyonunun ortaya çıkardığı DC yol yaratır: sonuçta standart bir tedavi yüksek değerli bir direnici R[FLT: 4)

[FONT:0)H(s) = -R[DÜT:1][/FONT][/TR][/FONT=3][/FONT=)[FONT=[FONT=2|0|0|0|0|0|0|0|0|0|x|x|)[D)[D)[D)[D)[D)[D)))[B][/FONT=)))

Bu, DC ile ilk derece düşük frekanslı filtredir (Dönetici:0)[Düşük)[Düşük)[Düşüküm) ve [Dönemli) 1 / · 3 dB (D)[Düzücükler için)[Döneticileri doğrultmeler için (Dönder)

ultra sağdaki uygulamalar için, chopper-stabilized veya oto-zero op-amps (e.g., 03:0)[Döneticileri 1 ) neredeyse tamamen yok etmek için alternatif bir duyu, DC çıktının ve geri yükleme girişine bir düzeltme gerilimi enjekte etmesidir.

Bitirme Seçimi ve Op-Amp Gereksinimler

Kesin entegrasyon için, af-amp çok düşük giriş önyargılı akım (picoamp aralığı) ve düşük dengeleme gerilimi sürükler. FET-input veya CMOS türleri tercih edilir. önerilen cihazlar [[GÖRT:0)OPA192) içerir (biya şu anda 5 pA, dengelemek ±0.2 μV/°C) ve FET:2).

Geri bildirim cihazı düşük sızıntı ve düşük dielektrikli absorpsiyonunu sergilemeli.Ücretsiz ve NP0/C0G seramik kapasitörler mükemmel seçimlerdir. Elektrolitik ve X7R tipinden kaçının, sızıntı akımları ve gerilime bağlı olarak, R[DDüzgünüz için)% 10,% 10,3 oranında, ±1% direnç toleransı, 5 ppm /°C) hassas sistemler için idealdir.

Pratik Uygulama Stratejileri

Dijital Potentiometre- Temel Değişken Direniş

Dijital güçlüometreler (digipots) otomatik ayarlama için en basit rotayı sunar. SPI veya I2C ile iletişim kurarlar ve 1 kULL0'dan 100 kULL'ye 128 ila 1024 adım kadar iyi bir çözüm sağlamak için, bir dizi sabit veya sadece iki terminal kullanılır, ve bu yüzden sadece 50-100 ULLAH'a karşı daha düşük bir miktar yükseltilebilir.[D)[Dönetici).

Anahtar düşünceler, son derece uçlu tolerans (çoğu filipot için% 20) ve sıcaklık katorum ( ⁇ 100 ppm/°C for CMOS types) içerir. Bunlar kalibrasyon tarafından azaltılabilir: üretim sırasında, bilinen bir test sinyali uygulanır ve filipot kodu kesin istenen ⁇ . AD5272'nin ±1% toleransı ve depolama için uygun hale getirmek için kesilir.

JFET ve OTA-Based Gerilmeli Direniş

Tam analog için, sürekli ayarlama, bir JFET lineer (triode) bölgede çalışır, gerilim değişkenli bir direniş olarak hizmet eder. V)DS).

[FONT:0) R[DÜDÜT:2)[DÜye: 2) [DÜye: 3)[Üye Olmayanlar (V)[Üyeler)

► Transconductance parametresi ve V)[Dönetici:0)[Düzücük gerilime bağlı olarak, V[DDD:2)GS[DDDDDDDDDDDDDDDDDDQ) ile ilgili olarak, JFET'nin doğrusal olmayan uygulamaları ile ilgili olarak, 2N4416 arasında bir hıza kadar olan bir artış, 0 V'ye kadar olan gerilim, o kadar yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlüktedir.

Alternatif olarak, mevcut bir kaynak olarak OTA gibi bir OTA, bir değişken transkondüktör g)) mevcut bir sinyale ek olarak OTA'yı yerleştirerek, bir anahtarlama işlemine izin verir.

Anahtarlandı-Kapacitor integral

Anahtarlı-kapı teknikleri, bir saat frekansı f) ile ayarlandığında dijital hassas ve yüksek doğrusallık sunar. (Dönetici:0)[Dönetici:0)[Döneticileri ve/veya [Döneticileri) ile aynı şekilde değiştirilir.[Döneticileri değiştirmiş olabilir.

Tamam Ayarlanabilir Tümer Schematic

Tipik bir uygulama düşük çözünürlükte CMOS op-amp, 10 nF NP0 kapasitör ve 100 kULL R)[Dönetici:0)[Dönetici: 1)))[Bloglar (Dönetici) ve s.

Daha geniş bir aralık için, bir koarse/fine network uygulanabilir: Her on yılda iki veya üç sabit direnişçisi paralel olarak, ADG5412) bir temel R))in on yıl içinde, bir filipot her on yılda iyi adımlar sunar.

Overcoming Practical Limitations

Giriş Offset ve Drift Compensation

R)f) ile bile, dengeleme gerilimleri zaman içinde bir çıkış hatası üretir. ultra-düşük-freze entegrasyonu ( ⁇ > 1 s), chopper-stabilized op-ampsorlar önemlidir. AD8628, yüksek frekanslı bir giriş yapmadan önce 1 μV ve sürüklenme işlemine maksimum bir düzeltmeye sahiptir.

Gürültü ve Band genişleyenler

İntevazı gürültünün düşük geri dönüş ağının düşük cevabı ile şekillenir. baskın kaynaklar af-amp'ın gerilim gürültü yoğunluk e)) ve R )'nin ısı gürültüsü ) ve R) [FLT: 5[D) tümleşik gürültüyü tümleşik bir şekilde bütünleşik olarak frekans olarak tahmin edilebilir:

[FONT:0)[DÜDÜDÜDÜŞÜŞÜNÜŞÜŞÜŞÜNÜŞÜŞÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜŞÜŞÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜŞÜNÜ KAYNAKLARI · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·

[Düzücü:0)[Dönetici: 0,3|Düzücünin birliğe ( ⁇ 1/(2 ⁇ ) uygun olmayan ve sıkıştırıcı olmayan (Düzücükler) ile sınırlı olan (D)))

Küçük imzalı bant genişliği, af-amp'ın kazanılması ile sınırlı kalmak için, doğrulanmış Tedarikçiyle İLGİLİ (GÜNCÜ) En yüksek sinyal frekansının ne kadar kısıtlayıcı olduğunu gösterir.For a small-signal6.9.For a given ⁇ , ensure/dt= 10 μs and a 1 Vpis.

Slew Rate and Signal processing

Çıktının uzunluğu beklenen rampa oranını aşmalıdır. büyük adım girişleri için, bütünlemeci bir rampa üretmeye çalışır.Eğer gerekli dV) devam ederse, o zaman ayarlanan doğa, tasarımcının en küçük ⁇ ayarı için yeterince hızlı olmasını sağlar.

Uygulamaları Sürüş Ayarlanabilir Talep Talepleri

Adaptif aktif bütünleştirici, birçok sistemde kritik performans sağlar:

  • [FONT=0)Analog Bilgisayar ve simülasyon:[Dönetici:[Dönetici:0) Değişkenler: Farklı denklemlerin katlarını doğrudan değiştirir, gerçek zamanlı parametreli sistemlere fizik simülatörü veya kontrol sistemi emülatörlerinde süpürücülere izin verir.
  • [[Dönetici:0) İletişimde eşitleme:), Kontrol döngüsü içinde bir optimizasyon sistemi kutupları kanal varyasyonuna yanıt olarak, DSL hattı sürücüleri veya kablosuz alıcı temel bant işlemesi gibi kanal varyasyonuna yanıt olarak ayarlayın.
  • [FONT=0]Lock-in yükselteçleri:[Dönetici:[Dönetici:0)Testler gürültüyü bastırır, ancak sabit devlet ölçümlerine karşı optimizasyon sağlar.
  • [[Düzücüler:0)Deptiker Dinamikleri:[Döncüler ve limitçiler saldırı ve salıverme zamanlaması için ayarlanabilir bütünlemeler kullanıyor, tek bir devrenin güçlü birometre veya MIDI kontrolü aracılığıyla farklı sıkıştırma eğrilerine hizmet etmesine izin veriyor.
  • [FONT=0)Power elektronik kontrol:[Dönetici:[Dönetici:0) Bir PID kontrolörünün integral terimi, sabit devlet doğruluğundan ödün vermeden geçici yanıt geliştirmek için ayarlanabilir.
  • [FOG:0)Medical enstrümanı: [Dönergede 1,2] ECG temel çizgisinde, ⁇ , hareket sırasında temiz sinyal satın almalarını sağlamak için hastaya özgü sanatifact frekansına ayarlanır.
  • [FONT:0]Seismic data alımı:[Dönetici:[Dönetici:0) Sıcaklıkla ilgili sensör resonance değişimleri, tümor'un zaman sabitini ayarlayarak, geniş çevre aralıklarında sinyal sadakatini korumakla telafi edilir.

End-to-Bitiş Tasarım Örnek: Ultrasonik Rangefinder Bütünleştirici

Bir portatif ultrasonik değişen sistem düşünün. alıcı, 40 kHz'de patlamaya başladı, 50 μs'den farklı nab genişliği ile (kısa aralığı) 2 ms (uzun menzil) Engreor, zirve algılaması için bir araya gelmelidir, ancak en uygun ⁇ mesafeye bağlıdır: kısa yankılar, daha fazla hassasiyet için daha uzun süre boyunca ⁇ gerektirir.

OPA192 af-amp (düşük önyargı, demiryolu-çizgin, yeterli slew oranı) 10 nF C0G kapasiteli ve 100 kULL R) DC stabilitesi için dirençlidir. değişken giriş noktası, yüksek çözünürlükte 10 x hıza kadar uzanır.

Test ve Geçerlilik

Bench doğrulama sistematik bir plan takip etmelidir:

  1. [FONT=0)DC stabilitesi:[Dönetici:0) Uygulama 0 V girişi, ölçüm kayması. Bir dakika içinde ±100 mV'de kalmayı doğrulayın, R).
  2. [FONT=0)Square dalga cevabı:[Dönetici: 1 V)0[Dönetici:0) Kombine uygun olarak hareket eden bir frekansta (örneğin, 1 kHz) Çıktının eğimi ölçmesi ve 1 / (R)[FLT: 4) × V[D)[D[D) × V[D)[D)[D[D)[D[D)[D[D)
  3. [FONT:0)Adjustability:[Dönetici:[Dönetici:0) Dijital güçlüometre kodu minimumdan maksimuma kadar ve çıkış rampasını kaydetmek için. Plot ⁇ vs. kodu; ilişki koduna karşı orantılı olmalıdır ( lineer bir hokey için).
  4. [FONT=0]Frequency Cevap:[Dönetici:[Dönetici:0)[Dönetici:0)))) Transfer işlevini ölçmek için bir ağ analizörü kullanın. -3 dB köşesi ⁇ ile orantılı olarak değiştirir. yüksek frekanslarda, yanıt dB/decade.
  5. Linearity and deme: Köşede 10 × bir dalgaya saf bir sine dalga uygulayın ve toplam harmonik bozulmayı ölçmek. Dijital bir pot için, THD% 0.05%; JFET uygulama için, THD <% 0.1 tutmak için 10 mV'nin altındaki girişini tutmalıdır.

SPICE'de tasarım, bileşen seçimlerini doğrulama ve istikrar için kontrol etme (fay marjı) R) ile ilgili küçük bir geri bildirim cihazı (fayda) ekleyin.[Dönetici:0)

Trendler ve İnterasyonlar

Modern karma-signal ICs giderek daha fazla entegre edilmiş tümelleri çipli kalibrasyon ile entegre eder.TheurFLT:0) Anam Vortex ailesi gibi kullanılabilirleştirilmiş bir entegre edilebilir elektrokimyasal algılamayı içerir, yazılım kontrollü ⁇ , dört yıl boyunca ölçeklenebilir bir analog dizi filtreye sahip olabilir.

IoT ve kenar hesaplamasına yönelik eğilim, tespit edilen hareket eserlere dayanan küçük, yazılım tanımlı analog işleme hücreleri talep ediyor. Future devices, bu tür uyarlanabilir analog zekaya dayalı olarak otomatik olarak ⁇ 'yi otomatik olarak ayarlayan makine öğrenme algoritmaları gömebilir.

Pratik bütünleme tasarımı hakkında daha fazla okuma için, uygulama notuna atıfta bulunun:0)AN-281: Operasyonel Amplifiers () Dinamik Performansı değerlendirmek için Basit bir Yöntem, Analog cihazlar için öngörücü devreler için uygun bir seçim sağlar.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Bir ayarlanabilir aktif bütünleme veya klasik analog bina bloğu dinamik, yazılım tanımlı sinyal işleme elemanına dönüştürür. Uygun değişken direnç yöntemi seçerek - sayısal güçlü veya dinamik bir kontrol döngüsüne kadar - tasarımcılar yüksek doğrusallığı ve düşük kaymayı sürdürürken sabit kontrole ulaşabilir. Doğru zamanda, doğru bir şekilde tümelleme, gürültüyü ve bantlama sistemini gerektiren temellemeyi sağlar.