Поглед на појачаваче инструмента за интерфејс сензора

Електрична струја у различитим срединама..avi (Јули 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

ИНАс условљавају мале сигнале и рукују високим стандардним напоном

Многа индустријска и медицинска примена користе инструментна појачала (ИНА) да би се поставили мали сигнали у присуству великих напона заједничког режима и ДЦ потенцијала. Три-оп-амп ИНА архитектура обавља ову функцију са улазном фазом која пружа високу улазну импеданцију, док излазна фаза филтрира напон заједничког режима и испоручује диференцијални излаз. Висока импеданса у комбинацији са великим одбацивањем уобичајеног начина је кључ за многе сензоре и биометријске примене, укључујући сензоре протока, сензоре температуре, вагање вага, електрокардиограм (ЕКГ) и мерачи нивоа глукозе у крви. Погледаћемо ИНА тро-оп-амп и испитати предности нултих дрифт појачала, РФИ улазних филтера и програмабилних појачавача појачања. Такође ћемо погледати апликацију за монитор за здравље сензора.

Три-оп-амп ИНА

По својој природи, ИНА су добар избор да би се поставили мали сигнали. Њихова импеданса високе импедансе се постиже коришћењем неинвертирајућих улаза улазне фазе, без потребе да се прибегавају неким повратним трицима (погледајте Слику 1). Конектор тро-оп-амп прекида напон заједничког режима и појачава сигнал сензора са врло малом грешком. Међутим, напон заједничког режима рада и диференцијални напони морају бити узети у обзир како би се избјегло засићење улазне фазе ИНА-а. Засићена улазна фаза може изгледати нормално на колору за процесирање, али има катастрофалне посљедице. Обезбеђивање максималне маргине дизајна коришћењем појачавача са улазним и излазним конфигурацијама између железнице и шине ће помоћи да се избегне ова засићеност улаза.

Слика 1: Блок дијаграм ИНА са опто-амп са напонским чворовима.

Улазни напонски напон свих појачавача, без обзира на технологију процеса и архитектуру, варираће у односу на температуру и време. Произвођачи наводе улазни померај над температуром у односу на В / ° Ц. Традиционални појачавачи ће спецификовати ову границу на неколико микроолита до десетине микроволтова. Овај померај оффсет-а може бити проблематичан у апликацијама високе прецизности и не може се калибрирати током почетне производње. Напон напона појачавача такође може да се дрифти током времена и може стварати значајне грешке у животу производа. Овај дрифт обично није наведен у таблицама података.

Зеро-дрифт уређаји

Зеро-дрифт појачала непрестано саморектирају оффсет напон. Неки уређаји исправљају оффсет тако често 10.000 пута у секунди. Зеро-дрифт појачавачи могу испустити оффсет померање до 5нВ / ° Ц. Зеро-дрифт појачавачи такође могу елиминисати шум 1 / ф или шупљину треперења (види Слику 2). 1 / ф шум је нискофреквентни феномен узрокован неправилностима у путу проводљивости и буком због струја унутар транзистора. Ово чини нулте појачаваче идеалне за улазне сигнале ниских фреквенција, као што су излази из мјерача напона, сензора притиска и термоелектрана.

Дизајнер треба да узме у обзир да функција узорковања и држања нултог дрифта претвара у систем података са узорковањем, због чега је склони преласку и преклапању ефеката због грешке у одузимању, што узрокује да се компоненте широког опсега преклапају у басебанд. Међутим, при ниским фреквенцијама, бука се полако мења, тако да одузимање два узастопна узорка шума доводи до истинског отказивања.

Слика 2: Густина буке у полупроводницима: 1 / ф шум до беле буке.

Потреба за улазним филтером

Ширење бежичних примопредајника у преносивим апликацијама довело је до повећане пажње на способност кола да ради у близини радио предајника. Као резултат, РФ сузбијање је неопходно како би се осигурало рад без сензора / сензора.

Високофреквенцијски РФ сигнал може се појавити као исправљени ДЦ оффсет на излазу прецизних појачавача. Пошто добитак предњег крајњег прецизног уређаја може бити 100 или већи, није битно да се појачава свака спроведена или зрачена бука која може бити присутна на улазним појачавачима. Једноставно решење овог проблема је укључивање РФИ филтера на улазе ИНА-а.

Широко је прихваћено да не можете направити прецизно диференцијално појачало користећи дискретне делове и добијате добре ЦМР перформансе или добијате тачност. Ово је због усклађивања четири спољна отпорника који се користе да конфигуришу оп амп у диференцијални појачавач. Иако интегрисана решења побољшавају усклађивање отпорника на чипу, остаје проблем са апсолутним подударањем са спољним отпорницима који се користе за подешавање појачања појачала. То је због комбиноване толеранције отпорника на чипу и спољне прецизности. Други извор грешке је разлика у термичким перформансама. Могуће је да унутрашњи и спољашњи отпорници имају супротне температурне коефицијенте. Програмабилно појачало појачава овај проблем тако што има све отпорнике на плочи. Грешка грешке за овај тип појачала може бити мања од 1%, са типичном могућношћу тримова од ± 0, 05%; и ± 0, 4% максимално по температури.

Једноставно праћење здравља сензора

Сензор типа моста користи четири одговарајућа отпорна елемента за стварање балансираног диференцијалног кола. Мост може бити комбинација дискретних отпорника и отпорних сензора за четвртаство, пола и целом мостом. Мост је вођен нискошумним, високо прецизним референтним напоном на две ноге. Друге две ноге су диференцијални излазни сигнал. У склопу мостова, напон заједничког режима диференцијског сигнала је потенцијални напон "средње тачке" напајања уземљења моста или +2, 5 В у једном систему напајања +5 В.

Слика 3: Схема шеме апликације мониторинга сензора.

Концепт мониторинга здравственог стања сензора је да прати импеданцу моста унутар система за прикупљање података. Промене у окружењу, деградација током времена или неисправан елемент који је отпоран на мост ће неравнотежити мост и довести до грешака. Можете да измерите напон заједничког режима диференцијалног излаза за одређивање импедансе сензора на сензору (погледајте слику 3).

Постоји много појачавача инструмента које су доступне од многих произвођача. Један од одличних примјера би био ИСЛ28633 жељезни шина И / О, нула-дрифт, програмабилни гаин уређај од Интерсил-а. Ова ТССО14 пакована амп раде на 5 В, има ЦМРР од 138 дБ и добитак од 100, појачава грешку мању од 0, 4% максимално, а улазни напон напона је максимално 5 μВ.

ДОН ЛАФОНТАИНЕ, виши главни инжењер апликација, Интерсил, ввв.интерсил.цом