مقدمة موجزة

يستخدم على نطاق واسع للحصول على البيانات (دق) النظام في العديد من الصناعات، مثل البحث والتحليل والتحقق من صحة تصميم وتصنيع واختبار. واجهات النظام مع مجموعة متنوعة من أجهزة الاستشعار، وذلك لتحقيق التحدي لتصميم الواجهة الأمامية. يجب أن تنظر حساسية من أجهزة الاستشعار المختلفة، على سبيل المثال، قد يحتاج النظام لتوصيل خرج أقصى 10 فولت وحساسية أقل استشعار microvolts الحمل، ولكن أيضا لربط الناتج الاستشعار من 10 V شروطا مسبقة. فقط مكاسب، يحتاج النظام إلى دقة عالية جدا للكشف عن مدخلات اثنين. وحتى مع ذلك، عند أدنى إشارة الدخل إلى نسبة الضوضاء (SNR) ستتأثر أيضا.

في هذه التطبيقات، وبرمجة مكبر للصوت مكاسب الأجهزة (PGIA) ويتم تكييف الحل البعيدة، يمكن تكييفها مختلف أجهزة استشعار لحساسية واجهة مع تحقيق SNR. PGIA يمكن تحقيق التكامل الجيد للمواصفات DC و AC. تتناول هذه المقالة مختلف التكامل PGIA مزاياه. وينبغي أن يتبع هذه الورقة سوف مناقشة قيود، وكذلك لتلبية متطلبات محددة لبناء المبادئ التوجيهية PGIA منفصلة.

PGIA المتكاملة

خط الانتاج ADI لديه العديد من PGIA متكامل. PGIA اندمجوا وقت التصميم أقصر، ميزة صغيرة الحجم. ربح قابل للتعديل الرقمي عبر مجموعة الدقة المقاوم الداخلية. إلى زيادة الأمثل، وCMRR وتعويض يمكن تعديل على المقاوم مجموعة رقاقة، للحصول على الأداء الجيد عموما العاصمة. يمكنك أيضا استخدام تقنيات التصميم لتحقيق تخطيط IC مضغوط لتقليل الآثار الطفيلية ويقدم مباراة ممتازة، وإنتاج أداء AC جيدة. وبسبب هذه المزايا، إذا كان هناك PGIA تلبية متطلبات التصميم، فإنه ينصح بشدة لاختيار هذا الجهاز. ويورد الجدول 1 PGIA متكامل المتاحة وبعض المواصفات الرئيسية.

PGIA الاختيار يعتمد على التطبيق. AD825x بسرعة تسوية الوقت ومعدل عدد كبير عالية، فمن المفيد بسبب نظام متعددة. AD8231 وLTC6915 صفر العائمة الهندسة المعمارية للحاجة لتوفير أداء دقة النظام في مجموعة واسعة درجة الحرارة.

الجدول 1. برمجة كسب الأجهزة مكبر للصوت المواصفات

نظام المواصفات الجدول 2.DAQ

هناك العديد من الأجهزة دق الرسائل المتعددة المتكاملة، PGIA وADC لتشكيل حلا كاملا. ومن الأمثلة على ذلك ADAS3022، ADAS3023 وAD7124-8.

اختيار هذه الحلول يعتمد على مواصفات مصدر إشارة الإدخال. الحاجة AD7124-8 لعالية للغاية الدقة التطبيقات البطيئة، مثل قياسات درجات الحرارة والضغط. ADAS3022 ADAS3023 ومناسبة لتطبيقات النطاق الترددي العالي نسبيا، مثل التحكم في العمليات أو مراقبة خط السلطة، ولكن استهلاك الطاقة أعلى من AD7124-8.

تحقيق PGIA منفصلة

قد يكون بعض النظم واحد أو اثنين من مواصفات جهاز متكامل المبينة أعلاه لا يمكن الوفاء بها. عادة، في حالة وجود الشروط التالية، يحتاج المستخدم لبناء PGIA الخاصة بهم باستخدام أجهزة منفصلة:

"ويتطلب نظام عرض النطاق الترددي العالي المتنوعة، وهو معدل المسح الضوئي عالية جدا

"منخفضة للغاية القوة

"النظام يحتاج إلى كسب مخصصة أو توهين

"انخفاض مساهمة التحيز أجهزة استشعار عالية الحالي مقاومة

"ضوضاء منخفضة جدا

واحد من التصميم منفصلة النهج PGIA شيوعا هو استخدام الأجهزة مكبر للصوت وجود المدخلات المطلوبة الخصائص، مثل انخفاض AD8421 الضوضاء، مع معدد، وتحولت المقاومات مكاسب لتغيير الكسب.

FIG 1.AD8421 وللتبديل معدد مكاسب

في هذا التكوين، والمقاومة على في سلسلة مع معدد كسب الواقع المقاوم. يتم تغيير هذه المقاومة ON باسم التيار الكهربائي عن هجرة، الذي يجمع مشكلة. أخذ الرقم 2 من ADG1208 ورقة البيانات، يظهر هذه العلاقة.

العلاقة بين المقاومة في لاستنزاف الجهد من FIG 2.ADG1208

والجمع بين سلسلة من يقود المقاومة ON لكسب خطأ غير الخطية مكاسب المقاوم يحدث. وهذا يعني أن الربح سوف تختلف مع الجهد وضع مشترك، وهو أمر جيد جدا. على سبيل المثال، AD84211.1 أوم الربح المطلوب للحصول على مكاسب المقاومة 10. لADG1208، عندما يكون المصدر أو استنزاف الجهد التغيير 15 V، والاختلافات التي تظهر على مقاومة بقدر 40، مما أسفر عن الخطأ كسب غير الخطية حوالي 3. إذا كان الربح أكبر، وسوف تصبح الخطأ أكثر وضوحا، على المقاومة، وحتى تحقيق مكاسب قد يصبح مقاوم للغاية.

بدلا من ذلك، أدنى مستوى على المقاومة من المضاعف للحد من هذا التأثير، ولكن المقابلة سيكون أعلى تكلفة السعة الإدخال. ويوضح الجدول 3 هذه النقطة من خلال مقارنة ADG1208 وADG1408.

الجدول تؤثر على المقاومة للمكثف 3. المضاعف

التبديل النتائج السعة المدخلات في تكوين هو مبين في الشكل (1) مشكلة أخرى، لأن دبوس RG على أي يعطى ثلاث دبابيس من الأجهزة مكبر للصوت المرجع أمبير حساس جدا إلى السعة. قد يسبب الدائرة تحولت مكثف تبلغ ذروتها أو عدم الاستقرار تحدث. والمشكلة الأكبر هي على RG دبوس السعة عدم الاتزان يؤدي إلى خفض AC-وضع المشتركة نسبة الرفض (CMRR)، وCMRR هو المواصفات الرئيسية للمكبر للصوت الأجهزة. محاكاة FIG 3 يبين الحالة التي يكون فيها الحد من استخدام مختلف الربح المضاعف AD8421 دبوس على CMRR. هذا الرقم بشكل واضح يبين أنه مع زيادة في السعة، وانخفاض CMRR أكبر.

3. FIG مختلفة مفاتيح CMRR المحاكاة التي تم الحصول عليها

للحد من انخفاض AC CMRR، وأفضل حل هو التأكد من أن دبابيس لها نفس مقاومة RG. ويمكن تحقيق ذلك عن طريق الموازنة بين عنصر مقاوم ويتم وضع التبديل بين المقاومات اثنين، كما هو مبين في الشكل. في هذه الحالة، لأن السعة الخلل المتأصل عبر التبديل، لا يعمل معدد. وعلاوة على ذلك، منذ نزيف معدد معا الجانب القصير من RG دبوس فقط استخدام المقاوم، والتي لا تزال تؤدي إلى اختلال التوازن.

4. FIG التكوين المتوازن باستخدام PGIA منفصلة

في هذه الحالة، فمن المستحسن استخدام أربع قنوات التبديل SPST، على سبيل المثال ADG5412F. بالإضافة إلى دعم التحول المقاومات موازنة مرنة، والسعة استنزاف المصادر متوازنة، وبالتالي تقليل الانخفاض CMRR. يقارن الشكل 5 الربح الناتج عن دبوس باستخدام معدد AD8421 أربع قنوات بالتناوب مع استخدام CMRR التبديل SPST تحت شرطين.

FIG 5.SPST مفاتيح وأجهزة الإرسال مرتبة في CMRR كلتا الحالتين محاكاة

ADG5412F مزيد من انخفاض في مقاومة مميزة وهي شقة في نطاق هجرة أو مصدر التيار الكهربائي، كما هو مبين في الشكل. في نطاق هجرة أو مصدر التيار الكهربائي، وتصنيف أقصى 1.1. العودة الى المثال الأصلي، AD8421 كسب 10، ومقاومة كسب 1.1 أوم، وعرض استقامة مكاسب التبديل فقط 0.1. ومع ذلك، هناك عنصر الانجراف، والتي سوف تكون أكثر وضوحا في أعلى مكاسب.

العلاقة بين المقاومة من وضع الجهد المشترك لل6.ADG5412F نمط التوصيل

من أجل القضاء على تأثير المقاومة الطفيلية من التبديل يمكن تنفيذها باستخدام أبنية مختلفة أي مكبر للصوت مكاسب الأجهزة. AD8420 وAD8237 غير المباشرة ردود الفعل الحالية (ICF) الهندسة المعمارية، هو خيار ممتاز للتطبيقات التي تتطلب انخفاض استهلاك الطاقة وعرض النطاق الترددي المنخفض. في هذا التكوين، والتحول الكشف في مسار مقاومة عالية، لذلك من تأثير على المقاومة ضد التغيير في كسب التبديل.

7. FIG PGIA الأجهزة المنفصلة مكبر للصوت ردود الفعل الحالية غير مباشر

المكسب من مكبر للصوت هي نسبة من المقاومات الخارجية لضبط نفس الترتيب ونفس مكبر للصوت. هذا يوفر للمستخدمين مرونة أكبر، لأن المقاومات إعداد مكاسب يمكن اختيارها وفقا لمتطلبات التصميم. عدم تطابق بين الفيلم القياسية أو المعدن فيلم معامل مقاومة درجات الحرارة هو ما يصل الى 15 صفحة في الدقيقة / قدم C، والمقابلة الانجراف كسب من كسب المقاوم خارجي واحد مكبر للصوت الأجهزة أفضل القياسي، الذي هو ورقة الداخلية والمقاوم الخارجي سوف الانجراف مكاسب محدودة عادة إلى حوالي 50 جزء في المليون / درجة مئوية. للحصول على أفضل الخطأ كسب الأداء والانحراف، شبكة المقاوم يمكن استخدامها لتتبع التحمل ومعاملات درجة الحرارة. ومع ذلك، وهذا هو على حساب سعر التكلفة، وذلك ما لم يكن ضروريا حقا، أو ينبغي تفضيل المقاومات منفصلة.

حل آخر هو توفير حلول المرونة القصوى هو استخدام مكونات منفصلة ثلاثة المرجع أمبير الأجهزة مكبر للصوت العمارة هو مبين في الشكل 8، معدد التحول من خلال المقاوم مكاسب. مقارنة مع مكبرات الصوت والأجهزة، ومكبرات الصوت التنفيذية لاختيار من كثير أكبر مجموعة، لذلك المصممين لديهم المزيد من الخيارات، والتي تمكنهم من أن يتمحور حول متطلبات التصميم محددة. تصفية وغيرها من الميزات الخاصة قد تكون بنيت في المرحلة الأولى. المرحلة الثانية من مكبر للصوت التفاضلية اتقن هذه العمارة.

8. FIG PGIA منفصلة

ذلك يعتمد مباشرة على متطلبات اختيار دق مكبر للصوت الإدخال. على سبيل المثال، تصميم المنخفضة للطاقة يتطلب استخدام هادئة الحالية المنخفضة من مكبر للصوت، ويتوقع أن يكون لها مقاومة عالية نظام الإدخال الاستشعار قد تستخدم مكبرات الصوت الحالية منخفضة للغاية التحيز للحد من الأخطاء المحطة. وينبغي استخدام مكبر للصوت مزدوج لدرجة حرارة مسار أفضل.

وتجدر الإشارة إلى أنه عند استخدام التكوين هو مبين في الشكل، والتبديل على المقاومة هو أيضا عالية في سلسلة مع مقاومة المدخلات من مكبر للصوت 8، لذلك لا يؤثر على الربح. وإذ تشير إلى التبديل على المقاومة والسعة مدخلات مفاضلة بين، على المقاومة ويرجع ذلك إلى الحد لم يعد موجودا، وبالتالي فإن تصميم يمكن تحديد انخفاض مساهمة التبديل السعة، وعلى سبيل المثال ADG1209. وبهذه الطريقة، وعدم الاستقرار والحد من الصرف CMRR تجنبها.

مثل التصميم السابق، وتحقيق مكاسب الدقة ومقاومة الانجراف يقرر. قد يكون محددا مع التحمل والانجراف المناسبة، وذلك تمشيا مع متطلبات التطبيق المقاومات تصميم منفصلة. وبالمثل، وذلك باستخدام شبكة مقاوم قد تنفيذ أعلى دقة، والتحمل أفضل وتتبع درجة الحرارة، ولكن التكلفة تزيد.

ثاني مرحلة المرجع أمبير الأجهزة مكبر للصوت ثلاثة المسؤولة عن رفض وضع الجهد المشترك. يوصى هذه المرحلة لاستخدام مكبر للصوت التفاضلية شبكة المقاوم متكاملة، لضمان CMRR الأمثل. للإخراج واحدة العضوية وتطبيقات النطاق الترددي منخفضة نسبيا، AD8276 هو خيار جيد. إذا كنت بحاجة إلى الناتج التفاضلية وعرض النطاق الترددي العالي، يمكنك استخدام AD8476. وثمة خيار آخر هو المرحلة الثانية على مكاسب وضع المقاومات حول مكبر للصوت باستخدام معيار كما LT5400. وهذا قد يستغرق مساحة أكبر لوحة، ولكن من ناحية أخرى أعطى اختيار مكبر للصوت توفر قدرا أكبر من المرونة، يمكن للمستخدمين تصميم أكثر حول متطلبات التصميم محددة.

وتجدر الإشارة إلى، منفصلة ضرورة تخطيط PGIA أن نكون حذرين. فإن أي خلل يؤدي إلى تخطيط لوحة الدوائر مع ينخفض CMRR تردد.

ويلخص الجدول التالي مزايا وعيوب كل طريقة:

PGIA المثالية تصميم منفصلة

9 يبين الشكل مثال على PGIA منفصلة بنيت لمواصفات التصميم معينة. في هذا التصميم، ويجب أن يكون PGIA شيدت منخفض جدا في استهلاك الطاقة. إدخال مؤقت اختر LTC2063، وانخفاض العرض الحالي، القيمة القصوى هي 2A. اختيار ADG659 عنصر التحول، وانخفاض العرض الحالي كحد أقصى من 1 [مو، منخفضة للغاية السعة الإدخال.

أيضا مكونات السلبي دائرة الاختيار، يجب أن تتحقق متطلبات الطاقة المنخفضة المذكرة. أجهزة السلبي يمكن أن يسبب خيار غير لائق من زيادة الاستهلاك الحالي، ويقابل باستخدام مكونات المنخفضة للطاقة. في هذه الحالة، تحتاج المقاومات أن الكسب بما فيه الكفاية كبيرة حتى لا تستهلك الكثير من الحالي. قيمة المقاومة مختارة (تستخدم لتوفير مكاسب من 2 و 5 و 10) كما هو مبين في الشكل.

الجدول 4. مقارنة بين تطبيقات مختلفة من الأجهزة مكبر للصوت مكسب للبرمجة

الشكل تصميم 9. انخفاض القوة PGIA

للعام الثاني على مكبر للصوت المرحلة التفاضلية، LTC2063 وLT5400 رباعية شبكة المقاوم مطابقة (1 خيار M) تستخدم جنبا إلى جنب. هذا يضمن أن الحد الأدنى للاستهلاك الحالي، والمقاوم مطابقة الدقيق يحمي CMRR.

تستخدم دائرة العرض 5 V، واستخدام مختلف وضع الجهد المشترك، تم تقييم مساهمة الجهد التفاضلية والربح. في الجهد إشارة والمدخلات الوسيطة المحافظة تحت الظروف المثلى من الجهد إمدادات الطاقة، وتستهلك الدائرة فقط 4.8A الحالية.

حيث من المتوقع مدخلات التفاضلية سيكون هناك زيادة بعض التغيير في التيار يرجع إلى التدفقات الحالية من خلال المقاوم مكاسب، القيمة الحالية تساوي | VOUT - VREF | / (2 M || 1 M). يظهر ما يلي الشكل 10 الاستهلاك الحالي من المكاسب المختلفة. منذ السبب ربح، يتم قياس البيانات فيما يتعلق محطة الانتاج.

الشكل 10. العلاقة بين العرض الحالي وانتاج التيار الكهربائي

عندما يتم تطبيق مختلف الجهود لوضع شيوعا المدخلات، ومن المتوقع أيضا أن التيار الزيادة. الجهد التطبيقية يسبب الحالي في التدفق من خلال المقاومة للمرحلة الثانية، مما تسبب في الاستهلاك الحالي إضافية، أي ما يعادل | VCM - VREF | / 1 M. LT5400 اختر 1 M المقاوم الذي تم تصميمه خصيصا لتقليل الحالية. يظهر ما يلي الشكل 11 استهلاك المشترك وضع الجهد الحالي في تحقيق مكاسب مختلفة:

الشكل 11. العلاقة بين وضع الجهد المشترك من العرض الحالي

تقاس أيضا هادئة الدائرة وضع إيقاف التشغيل الحالية. عندما تحولت جميع الأجهزة قبالة، 180 غ يستهلك الدوائر الحالية فقط. هذا لا يغير، حتى لو كان الوضع شيوعا الجهد، والجهد المرجعية، والفرق المتغيرات الإدخال التغيير، طالما أنها لا تزال ضمن نطاق السلطة. جميع الأجهزة لديها خيار الاغلاق، في حال كنت بحاجة الى مزيد من توفير الطاقة فضلا عن رغبات المستخدم لخفض استهلاك الطاقة ومن ثم إعادة تشغيل. في تطبيقات تعمل بالبطارية المحمولة، والدائرة هي مفيدة جدا، وإذا لم يكن كذلك، لا يمكن أن يتحقق مع مواصفات مفتاح PGIA متكاملة.

استنتاج

برمجة كسب الأجهزة مكبر للصوت الجهاز الحصول على البيانات حقل المفتاح، حتى لو كانت أجهزة الاستشعار المستخدمة مع حساسيات مختلفة، ويمكن تحقيق أداء SNR جيد. PGIA استخدام الوقت تصميم متكامل يمكن اختصارها، وتحسين الأداء العام للالواجهة الأمامية للDC و AC. إذا كان هناك التزام التكامل PGIA، التصميم العام لهذه الأجهزة يجب أن تستخدم بشكل تفضيلي. ومع ذلك، عندما مواصفات متطلبات النظام لا يمكن أن يتحقق عن طريق جهاز متكامل التقليدي، تصميم PGIA منفصلة. وبناء على توصيات حسب التصميم السليم، حتى لو كان يمكن أيضا تنفيذ طريقة استخدام التصميم الأمثل منفصلة وتقييم تجسيد مختلف قد يكون وسيلة لتحديد أفضل تكوين لتطبيق معين.