計装アンプはIoT低レベル信号を捕捉
これらのさらなる低レベル信号は、DCオフセットおよびノイズなしでマイクロプロセッサA / Dコンバータ（ADC）と互換性のあるレベルを達成するためにさらなる処理の前に正確に捕捉され増幅される必要があります。同様に、電流検出に高電圧側シャントを使用するには、グランド基準入力がなく、大きなコモンモード電圧に耐えることができるアンプが必要です。
正確なデータキャプチャを確実にするために、製造業者と愛好家は計装アンプ（INA）に精通している必要があります。 INAは、容易に制御可能な利得、小さなオフセットドリフト、およびノイズキャンセルを備えた平衡差動アンプです。家庭用制御アプリケーションの低コスト送信機を補完します。同時に、INAにはグランド基準ではない2つのハイインピーダンス入力があるため、さまざまなタイプの浮動差動測定にも適しています。
この記事では、センサ - プロセッサ間のシグナルチェーンと、アンプ段におけるコモンモード除去、精度、および安定性の必要性について説明します。特定のセンサーとINA、およびそれらの使用方法についても説明します。
ピエゾ抵抗トランスミッタ
ピエゾ抵抗部品を使用したトランスミッタは、最も普及しているセンサファミリの1つです。それらは、応力、力、加速度および圧力などを測定するために使用できます。
小型のピエゾ抵抗部品はトランスミッタの機械部品に接続されています。これらの要素は、ストリップ、プレート、スプリング、またはダイヤフラムです。感知された予期されたパラメータは機械的構造を変形させる。ピエゾ抵抗部品は、部品の抵抗を変える誘導パラメータに比例した応力を受けます。
計装アンプ
INAは、差動入力とシングルエンド出力を備えたオペアンプ技術をベースにした差動アンプです。アンプは差動アンプであるため、同相モード信号を減衰します。減衰の程度は、前述のCMRR仕様です。したがって、INAは、大きな同相モード信号またはオフセットがある場合に小さな信号を増幅するのに適しています。さらに、INAの特長は、安定で正確で簡単に調整可能なゲイン、高入力インピーダンス、低出力インピーダンスです。
INAには2つの一般的な回路トポロジがあります。最も一般的なものは、下図に示すトリプルオペアンプ設計です。この回路構成では、アンプU1とU2は非反転入力バッファです。それらの出力は差動増幅器Ｕ３に供給される。 INAのゲインは主に抵抗RGによって設定されます。使用しないときは通常、リファレンス入力は接地されており、出力オフセット電圧レベルを制御します。センス入力を使って、出力差動アンプの利得を変えることができます。使用していないときは、差動段の出力に関連付けられています。
デュアルオペアンプトポロジで必要なオペアンプ数を削減
ハイサイド電流検出
小さい値の抵抗シャントを使用することは、電流を測定する最も一般的な方法の1つです。複数のアンプを使用した電力測定では、約10ミリオーム（mΩ）の抵抗で1アンプあたり10 mVの電圧降下が生じます（以下）。
シャント抵抗が負荷とグランドの間に配置されている場合、それはローサイド電流検出と呼ばれます。電源と負荷の間にセンス抵抗を配置することは、ハイサイド電流センスと呼ばれます。ハイサイドセンシングには、グランド干渉を排除するという利点があります。負荷地絡を検出するためにも使用できます。
ハイサイド電流検出を実行するときは、計装アンプに印加される同相モード電圧を慎重に検討する必要があります。これについては後述します。
RSENSEが10mΩの場合、5Aの電流振幅により抵抗に50mVの電圧が発生します。 INAのゲインを100に調整すると、5Vの出力振幅が生じます。
総括する
設計プロセスの実装において、熱狂的ファンと専門エンジニアは、センサーをIoTに接続するには、まずWheatstoneブリッジからの低レベル信号を取得および増幅する方法について十分に理解し、次にADCを使用して変換する方法を理解する必要があります。デジタルドメインへ。
INAは差動信号を増幅するのに理想的です。これらは、高利得、高コモンモード除去、および高入力インピーダンスを提供します。それらはさまざまな構成になっているので、それがどのように機能するか、主な仕様、および使用上の注意を理解することが重要です。