Флексибилни ЕЦГ Фронт-Енд ИЦ служи Ултра-Лов Повер ИоТ Едге Ноде Обрада сигнала дизајна

Cashback with Lyoness (Macedonian/Македонски) (Јун 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Флексибилни ЕЦГ Фронт-Енд ИЦ служи Ултра-Лов Повер ИоТ Едге Ноде Обрада сигнала дизајна


Како дизајнери система траже компоненте за учвршћивање снажне ефикасности, могу утврдити да је врло мало ИЦ-а доступних испод 100 μА снаге струје, а још мање, које укључују малу верзију пакета. Када животни век батерије и простор таблице постану критични, спецификације за растући број бежичних сензорских мрежа (ВСН), недостатак доступних опција може бити фрустрирајуће.

У потрази за ИоТ компонентом са ниском снагом, аналогни фронт-енд ИЦ, као што је монитор срчане фреквенције за носиве производе, можда се не појављује чак и може се брзо одбацити као превише специфичан апликација. АДИ ЕЦГ фронт енд ИЦ има напонску струју од 50 μА и ВЛЦСП пакет од 2 мм к 1, 7 мм. Његова архитектура је у основи инструмент за појачаваче (ИА) и неколико опампа који се могу конфигурисати како би направили неке кругове за процесирање сигнала ултра ниске снаге за више од само здравствених или фитнес апликација.

Једноставан електрокардиограм са једним електроду (ЕКГ) предњи крај је приказан на слици 1. Састоји се од режима ИА индиректне струје са самосталном функцијом преноса од:

У случају овог предњег краја даје се фиксни добитак од 100. Референцу за ИА управља погонски појачивач високог пролаза (ХПА) који је конфигурисан као интегратор у повратном спрегу са својим улазом који је повезан са ИАОУТ и сетом фреквенције помоћу вањског кондензатора и отпорника. ХПА ће приморати ХПДРИВЕ на било који напон потребан да задржи ХПСЕНСЕ и стога ИАОУТ на референтном напону. Ово коло ствара високопропусни филтер првог реда с прекидном фреквенцијом:

За дијагностички квалитет ЕЦГ, фреквенца прекидања је типично подешена на 0, 05 Хз, док 7 Хз може бити погодна за фитнес апликације које откривају само срчану фреквенцију. Високопропусна функција филтера решава проблем одбијања великог потенцијалног полукружног потенцијала (услед електроде / контакт са кожом), а нискофреквентна базична луталица је повезана са ЕЦГ мерењима, док се појачава ЕГГ сигнал вишег фреквенције (1 мВ до 2 мВ). Архитектура омогућава велику добит од одбијања полукружног потенцијала дц (до 300 мВ) на улазу ИА. Додатна предност је одбијање ИА оффсет-а и оффсет-а. Надгледање ХПДРИВЕ-а у односу на реф ће показати инверзну верзију оффсет-а који се аутокорређује.

Слика 1. Поједностављени предњи крај једног ЕЦГ-а.

Иако је дизајн првобитно био усмерен на ЕЦГ апликације, свака апликација која захтијева појачавање малих, ниског фреквентних сигнала може имати користи од своје мале снаге и мале величине - електромагнетског сензора тока воде, на примјер. Ако су потребне дц мерења, онда је потребна једноставна модификација кола. На слици 2 приказана је дц-склопљена ИА са фиксним добитком од 100. Ово се врши уклањањем Р и Ц из слике 1 и скраћивањем ХПСЕНСЕ на ХПДРИВЕ, чиме ХПА представља јединствени бафер. Ово ће и даље применити ИА референцу на референтни напон. У овом случају треба узети у обзир ИА оффсет напоне.

Слика 2. ДЦ-спојени ИА са фиксним добитком од 100.

Ако је добитак од 100 превисок или је пропусни опсег од 1 кХз прениско, коло се може модификовати, као што је приказано на слици 3. ХПА је сада конфигурисана као инверзивно појачало са добитком од -Р2 / Р1 и улазног враћања из ИАОУТ-а. Нова функција преноса може се поједноставити на следећи начин:

Конфигуришући ХПА као аттенуатор (Р2 <Р1), може се остварити добитак мањи од 100. Због ограничења од 300 мВ диференцијалног улаза и стабилности кола, није препоручљиво да се иде испод добитка од 10. Табела 1 приказује неке конфигурације добијања које треба узети у обзир.

Табела 1. ДЦ-склопљени ИА са различитим конфигурацијама појачања и пропусног опсега

Слика 3. ДЦ-спојени ИА са подесивим растом и пропусним опсегом.

Ако је дц прецизност и даље важна, онда напуштање ИА у гаин од 100 и модификовање кола по слици 4 обезбеђује средство за надокнађивање оффсета ИА и било ког прикљученог сензора. Прилагођена функција преноса је приказана у наставку:

ВТУНЕ је изворни напон који се коригује за оффсет напоне и може се обезбиједити филтрираним ПВМ сигналом из микроконтролера или директно из ДАЦ са ниском снагом. ХПА остаје конфигурисана као инверзни појачавач са добитком од -Р2 / Р1 и може се користити за даље подешавање опсега и резолуције исправке офсетовања. Прекидање ВИН-а на компоненте и укључивање у горњој једначини даје циљну функцију преноса:

Укупни офсет може се надокнадити притиском сензора без примјене ВСИГНАЛ-а. Само измерите ИАОУТ у односу на референцу и прилагодите (Р2 / Р1) ВТУНЕ све док напон не буде довољно близу нули.

Слика 4. ДЦ-пар ИА са компензацијом офсета.

Пре коришћења горе поменутих конфигурација склопа за ИоТ дизајн са ниском снагом, потребно је разумети остатак АД8233 ЕКГ предњег краја. Коло је детаљно приказано на слици 5. Први оп амп, А1, потпуно је необавезан и обично се користи за додатну добит и / или филтрирање након ИА фазе. Може се на сличан начин користити и за друге сензорске апликације. Појачало А2 се обично користи као погон на десној нози у ЕКГ решењима. Буферирана верзија заједничког режима улазног режима рада се појављује на обрнутом улазу А2 где:

Појачало би обично било конфигурисано као интегратор са кондензатором постављеним између РЛДФБ и РЛД, док РЛД управља трећом електродом која побољшава укупни однос одбијања заједничког режима рада (ЦМРР). Осим ако се не може изградити корисно коло са овог појачала, боље је искључити појачавач везивањем РЛДСДН дигиталног улаза у земљу, остављајући плочице РЛД и РЛДФБ пливајући.

Слика 5. Комплетан ЕКГ и предњи крај уређивања сигнала ниске снаге.

Трећи оп-амп, А3, интегрисан је референтни бафер који покреће референтни напон како на чипу, тако и на чипу на РЕФОУТ-у. Обично је РЕФИН подешен на + Вс / 2, где се појединачни напон + Вс може крећи од 1, 7 В до 3, 5 В. Једноставно рјешење за нисконапонску снагу је везивање два отпорника од 10 МΩ као разводника напона од + Вс до ГНД, као приказано на слици 6. Кондензатор се додаје између РЕФИН-а и ГНД-а како би се помогло при сваком избацивању шума. Алтернативно, РЕФИН се може управљати референцом АДЦ-а или се користи за нивелирање промјене излаза ИА.

Слика 6. Референца ниске снаге.

Дигитални улаз ФР омогућава функцију брзог враћања, што је корисно када се користи склопљено струјно коло на слици 1. Потребно је мало времена да се напуни спољни кондензатор током покретања или у случају дц корака на улазу. Када се ово деси, ИА ће се држати док се интегратор не реши. Аутоматско брзо обнављање детектује овај догађај и помера мањи отпор паралелно са спољним отпорником на одређено време, што значајно убрзава време усаглашавања. СВ пин се користи за брзо решавање другог спољног филтера високог прелаза ако је потребно.

АЦ / ДЦ дигитални улаз одређује методу за детекцију одвода који се користи у ЕЦГ апликацијама, али се такође може користити као детекција прекида жице за друге сензоре на улазу. Ако је правилно конфигурисано, дигитални излаз ЛОД би показао када један од ИА улаза постаје искључен из сензора.

Поред малих димензија и ниске активне дисипације снаге, АД8233 садржи и схутдовн пин (СДН) који смањује укупну снагу струје на мање од 1 μ А. Ово је згодно када се узимају ретка мерења сензора, што значајно повећава укупни век батерије. Детекција прекида жице ће остати функционална чак иу режиму искључивања.

Сада да погледамо неколико различитих идеја сензорних апликација. Табела 2 даје водич за почетак изградње не-ЕЦГ кругова.

Табела 2. АД8233 Водич за покретање за не-ЕЦГ апликације

ИоТ Едге Ноде Апликације за АД8233

Примјер гдје би фиксни добитак од 100 и офсет исправка на слици 4 могли бити погодни је апликација сензора притиска заснована на Вхеатстонеовом мосту. Мост природно поставља заједнички режим уноса на + Вс / 2. У зависности од опсега мерења и потребне струје, мост би могао да управља РЕФОУТ или некомерцијални оп амп, тако да је струја снаге моста онемогућена за искључивање. Слика 7 приказује примерни круг. АД5601 ДАЦ је добар избор за корекцију моста и ИА оффсет-а, због ниског напона (60 μА на 3 В), затварача и малог СЦ70 пакета. Оп-амп (А1) је остављен као бафер за место са опцијом постављања додатних добитака или филтрирања шума и 60 Хз. Излазни појачавач покреће АДЦ за АРМ® Цортек®-М3 изузетно ниске снаге (АДуЦМ3029) који такође долази у ВЛЦСП пакету који штеди простор. ГПИО из АДуЦМ3029 може контролисати пин за искључивање АД8233.

Слика 7. Круг сензора притиска ниске снаге.

Друга апликација која би могла искористити круг на слици 4, врши мерење температуре помоћу термоелемента. Термоелектрични термопар К је прилично линеаран у широком температурном опсегу са коефицијентом Сеебецк од око 41 μВ / ° Ц на собној температури (25 ° Ц). Под претпоставком да је референтна или хладна веза компензована, излазна вредност ИА биће добијена верзија мјерног споја ~ 4.1 мВ / ° Ц (за тачније резултате, користите НИСТ лоокуп таблицу). Излаз термоелемента је разлика између мерног споја и референтног споја, тако да се мора додати еквивалентан референтни прелом за отказивање.

Да бисте започели процес, одредите очекивани распон температурних распона користећи НИСТ таблицу да бисте одредили очекивани дрифт. На пример:

Постављањем прецизног температурног сензора на референтни спој, резултати се могу вратити у ВТУНЕ и подешавати са -Р2 / Р1 како би се добио правилан дрифт. Имајте на уму да дрифт сензора температуре треба да буде негативан, или да се улазни ИА замијени како би се добио позитиван дрифт на ИА излазу. Да би се раздвојила корекција помака и дрифта, коло се може поделити у збирни чвор, гдје је оффсет фиксиран на ВТУНЕ2 преко -Р2 / Р3. Погледајте ажурирану функцију преноса:

Модификовано коло је приказано на слици 8. Имајте на уму да је заједнички режим уноса подешен на + Вс / 2 са 10 МΩ повлачењем на + ИН и 10 МΩ повлачењем на -ИН. Ова конфигурација би омогућила кориштење откривања олова од АД8233 повлачењем + ИН на + Вс у случају прекида жице. Ово се може пратити на ЛОД пину. АД8233 такође поседује интегрисани РФИ филтер који помаже у било којој високопрекидној пицкуп-у из термоелемента. Постављање додатног отпора серијским путем помоћу улаза може смањити фреквенцију прекида.

Слика 8. Круг термопара са компензацијом референтних спојева и детекцијом прекида жице.

Закључак

АД8233 се може користити више од предњег краја ЕКГ. Његова мешавина активне ниске снаге (50 μА), малих 2 мм × 1, 7 мм ВЛЦСП пакета, затварача и флексибилне архитектуре омогућавају мањи, лакши дизајн са продуженим трајањем батерије.

Референце

  • Цастро, Густаво и Сцотт Хунт. "Како се задржати од дубоке воде приликом пројектовања помоћу сензора моста". Аналогни дијалог, том 48, 2014.
  • Дуфф, Маттхев и Јосепх Товеи. "Два начина за мерење температуре коришћењем једноставности, прецизности и флексибилности функције термоелектрана." Аналог Диалогуе, том 44, 2010.
  • ИТС-90 Табела за термоелемент типа К.

Чланци индустрије представљају облик садржаја који омогућава партнерима у индустрији да делују корисне вијести, поруке и технологију са читачима читавог круга на начин на који уређивачки садржај није прикладан. Сви чланци у индустрији подлежу строгим уредничким смерницама с намјером да корисницима пруже корисне вијести, техничку експертизу или приче. Ставови и мишљења изражена у чланцима из области индустрије су оне партнера, а не нужно оне од Алл Абоут Цирцуитс или њених писаца.