Přístrojový zesilovač zachytí signál nízké úrovně IoT
Tyto další nízkoúrovňové signály musí být před dalším zpracováním přesně zachyceny a zesíleny, aby se dosáhlo úrovně kompatibilní s mikroprocesorovým analogově digitálním převodníkem (ADC) bez DC offsetu a šumu. Podobně při použití vysokonapěťového bočního spínače pro snímání proudu je zapotřebí zesilovač, který nemá referenční vstup na zemi a může odolat velkému napětí v běžném režimu.
Pro zajištění přesného sběru dat potřebují výrobci a nadšenci znalost přístrojových zesilovačů (INA). INA je vyvážený diferenciální zesilovač s snadno ovladatelným zesílením, malým posunem offsetu a potlačením šumu. Doplňuje nízkonákladové vysílače v aplikacích domácí kontroly. Současně, protože INA má dva vstupy s vysokou impedancí, které nejsou uzemněny, je také vhodný pro různé typy diferenciálních rozměrů.
Tento článek popisuje řetězec signálů procesoru snímače a potřebu odmítnutí, přesnosti a stability společného režimu ve stupni zesilovače. Specifické senzory a INA a jejich použití jsou také popsány.
Piezoelektrický vysílač
Vysílače používající piezorezistentní komponenty patří mezi nejoblíbenější rodiny senzorů. Mohou být použity k měření stresu, síly, zrychlení a tlaku a dalších.
Menší piezorezistentní komponenty jsou spojeny s mechanickými součástmi vysílače. Tyto prvky mohou být pásky, desky, pružiny nebo membrány. Očakávané očekávané parametry způsobují deformaci mechanické konstrukce. Piezoresistivní součásti jsou vystaveny napětím, které jsou úměrné indukčním parametrům, které mění odpor komponent.
Přístrojový zesilovač
INA je diferenciální zesilovač založený na op ampové technologii s diferenciálními vstupy a výstupy s jedním koncem. Zesilovač je diferenciální zesilovač a tudíž zmírňuje signál společného režimu a stupeň útlumu je specifikace CMRR zmíněná dříve. Proto je INA vhodný pro zesílení malých signálů za přítomnosti velkých signálů nebo offsets v běžném režimu. Navíc funkce INA: stabilní, přesný a snadno nastavitelný zisk, vysoká vstupní impedance a nízká výstupní impedance.
INA má dvě společné topologie obvodů. Nejběžnější je konstrukce trojnásobného operačního zesilovače zobrazeného na obrázku níže. V této konfiguraci obvodu jsou zesilovače U1 a U2 neinvertující vstupní vyrovnávací paměti. Jejich výstup bude přiveden na diferenciální zesilovač U3. Zisk INA je určen hlavně rezistorem RG. Referenční vstup je normálně uzemněn, když se nepoužívá, řídící úroveň výstupního posunutí napětí. Senzorový vstup může být použit pro změnu zesílení výstupního diferenciálního zesilovače. Pokud se nepoužívá, je spojen s výstupem diferenciálního stupně.
Snížit počet operačních zesilovačů vyžadovaných při topologii obou operačních zesilovačů
Detekce vysokého bočního proudu
Použití nízkonapěťového odporového zkratu je jednou z nejběžnějších metod měření proudu. Pro měření výkonu s několika zesilovači dosahuje odpor přibližně 10 miliohmů (mΩ) pokles napětí o 10 mV na zesilovač (níže).
Pokud je zkratovaný odpor umístěn mezi zátěží a uzemněním, nazývá se to smysl pro nízké boční proudy. Umístění snímacího rezistoru mezi napájecím zdrojem a zátěží se nazývá vysoký boční proudový smysl. Vysoká boční snímání má tu výhodu, že eliminuje rušení ze země. Může se také použít k detekci poruch zátěže.
Při provádění detekce vysokofrekvenčního proudu je nutné pečlivě prozkoumat napětí společného módu použitého na přístrojovém zesilovači, které bude popsáno později.
Je-li RSENSE 10mΩ, proudový výkyv 5A vytvoří napětí 50mV v rezistoru. Nastavení zesílení INA na 100 způsobí 5V výstupní otáčky.
abych to shrnul
Při realizaci procesu navrhování nadšenci a profesionální inženýři rychle zjistili, že připojení senzoru k IoT nejprve vyžaduje dobré porozumění tomu, jak získat a zesílit signál nízkoúrovňového signálu z Wheatstoneova můstku a poté pomocí ADC převést do digitální domény.
INA je ideální pro zesilování diferenciálních signálů. Nabízejí vysoký zisk, vysoké odmítnutí běžného režimu a vysokou vstupní impedanci. Protože se objevují v různých konfiguracích, je důležité pochopit, jak to funguje, klíčové specifikace a bezpečnostní opatření k použití.