გადამყვანი/სენსორის აგზნების და გაზომვის ტექნიკა

შესავალი შეყვანის გადამყვანები, ან სენსორები კლასიფიცირდება როგორც აქტიური ან პასიური. პასიური სენსორები, როგორიცაა თერმოწყვილები ან ფოტოდიოდები (ძაბვის გამომავალი რეჟიმში) არის ორპორტიანი მოწყობილობები, რომლებიც გარდაქმნის ფიზიკურ ენერგიას პირდაპირ ელექტრო ენერგიად, წარმოქმნის გამომავალ სიგნალებს აგზნების წყაროს გარეშე. აქტიური სენსორები (როგორც ზოგადად აქტიური სქემები) მოითხოვს აგზნების გარე წყაროს. მაგალითები შეიძლება მოიძებნოს რეზისტორებზე დაფუძნებული სენსორების კლასში, როგორიცაა თერმისტორები, RTD-ები (რეზისტენტულ-ტემპერატურული დეტექტორები) და დაძაბვის გეიჯი; მათ ესაჭიროებათ დენი ან ძაბვა აგზნების მიზნით, რათა წარმოქმნან ელექტრო გამომავალი. ეს სტატია განიხილავს აგზნების სხვადასხვა მეთოდს, რომლებიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას აქტიურ სენსორების/გადამცემების აპლიკაციებში და ნაჩვენები იქნება რამდენიმე ტიპიური სქემები. დისკუსია მოიცავს AC და DC აგზნების ტექნიკის უპირატესობებსა და ნაკლოვანებებს დენის და ძაბვის გამოყენებით. დაბალი დონის ანალოგური სიგნალების ზუსტი გაზომვა მონაცემთა შეძენის სისტემით ჩვეულებრივ მოითხოვს უფრო მეტს, ვიდრე უბრალოდ გადამყვანის გამომავალი გაყვანილობა სიგნალის კონდიცირების წრედზე და შემდეგ ანალოგურ ციფრულ გადამყვანთან. მაღალი გარჩევადობისა და სიზუსტის შესანარჩუნებლად საზომ სისტემაში, დიზაინერმა უნდა გამოიჩინოს სიფრთხილე გადამყვანისთვის აგზნების წყაროს არჩევისას და საველე გაყვანილობის სქემაში, რომელიც გამოიყენება დაბალი დონის ანალოგური სიგნალის გადამცემიდან A/D-ზე გადასაცემად. კონვერტორი. სურათი 1 გვიჩვენებს გადამყვანზე დაფუძნებული მონაცემთა შეგროვების სისტემის განზოგადებულ ბლოკ დიაგრამას. ამ სისტემებში შეძენილი მონაცემების მთლიანობა დამოკიდებულია აქ ნაჩვენები ანალოგური სიგნალის ბილიკის ყველა ნაწილზე. ფიგურა 1. ტიპიური გადამყვანზე დაფუძნებული მონაცემთა შეძენის სისტემა. აგზნების მოცემული წყაროსთვის, სისტემის დიზაინერს აწყდება გამომავალი სიგნალის გაზომვა და პრობლემების მოგვარება, რომლებიც შეიძლება წარმოიშვას. მაგალითად, გაყვანილობის წინააღმდეგობა და ხმაურის ამოღება არის ერთ-ერთი ყველაზე დიდი პრობლემა, რომელიც დაკავშირებულია სენსორებზე დაფუძნებულ აპლიკაციებთან. გაზომვის სხვადასხვა ტექნიკა ხელმისაწვდომია გაზომვის სისტემისგან ოპტიმალური შესრულების მოსაძებნად. ძირითადი არჩევანი მოიცავს რაციონომეტრს vs. არარაციომეტრიული მოქმედება და 2 მავთულის წინააღმდეგ. 3- და 4-მავთულის კელვინის ძალის/გრძნობის კავშირები. აგზნების ტექნიკა აქტიური გადამყვანები შეიძლება აღგზნდეს კონტროლირებადი დენის ან ძაბვის გამოყენებით. არჩევანი ძაბვისა და დენის აგზნებას შორის, ძირითადად, დიზაინერის შეხედულებისამებრ არის. მონაცემთა შეძენის სისტემებში იშვიათი არ არის მუდმივი ძაბვის აგზნება, რომელიც გამოიყენება დაძაბულობისა და წნევის სენსორებისთვის, ხოლო მუდმივი დენის აგზნება გამოიყენება რეზისტენტული სენსორების აღგზნებისთვის, როგორიცაა RTD ან თერმისტორები. ხმაურიან ინდუსტრიულ გარემოში, დენის აგზნება ზოგადად სასურველია ხმაურის უკეთესი იმუნიტეტის გამო. AC ან DC აგზნების წყაროები შეიძლება გამოყენებულ იქნას გადამყვანის პროგრამებში; თითოეულს აქვს დადებითი და უარყოფითი მხარეები. DC აგზნებასთან დაკავშირებული უპირატესობები მოიცავს განხორციელების სიმარტივეს და დაბალ ღირებულებას. მუდმივი აგზნების უარყოფითი მხარე მოიცავს ფაქტობრივი სიგნალის განცალკევების სირთულეს არასასურველი დენის შეცდომებისგან, ოფსეტებისა და პარაზიტების გამოწვეული თერმოწყვილების ეფექტების გამო. DC ოფსეტები არ არის დაფიქსირებული; ისინი არაპროგნოზირებად იცვლებიან ტემპერატურის დრეიფის და როგორც თერმული, ისე 1/f ხმაურის წყაროების გამო. მიუხედავად იმისა, რომ AC აგზნების ტექნიკის განხორციელება უფრო ძვირია, ისინი გვთავაზობენ შესრულების ბევრ სარგებელს. AC აგზნება მუშაობს ზუსტად გამაძლიერებლებში გამოყენებული ჭრის სქემის მსგავსად; ის უპირატესად გამოიყენება გადამყვანის სიგნალის კონდიცირების სქემებში ოფსეტური შეცდომების, საშუალოდ 1/f ხმაურის მოსაშორებლად და პარაზიტული თერმოწყვილების ზემოქმედების აღმოსაფხვრელად. 1/f-ხმაურის მიმართ შემცირებული მგრძნობელობით, შესამჩნევი გამომავალი სიგნალი შეიძლება წარმოიქმნას გაცილებით დაბალი აგზნების დენებით ან ძაბვით. შემცირებული აგზნება ნიშნავს, რომ რეზისტენტულ სენსორებში დენის ნაკადის თვითგათბობის ეფექტი შეიძლება მნიშვნელოვნად შემცირდეს. ვინაიდან შედარებით ვიწრო გამტარობაა ჩართული, ასევე სავარაუდოა, რომ AC აგზნება ასევე უზრუნველყოფს უფრო დიდ იმუნიტეტს RF ჩარევის მიმართ, ვიდრე dc აგზნება. აგზნების წყაროს არჩევისას ორი ძირითადი ფაქტორი არსებობს, რაც გააუმჯობესებს სისტემის მთლიან მუშაობას. პირველი, გარჩევადობა: აგზნების სიდიდე საკმარისი უნდა იყოს, რომ გაზომილი ცვლადის მინიმალური ცვლილება წარმოქმნას გამომავალი გადამყვანიდან, რომელიც საკმარისად დიდია სისტემაში ხმაურის დასაძლევად და ოფსეტურით. მეორე, სიმძლავრის დონე: თუ სენსორი რეზისტენტულია, დიზაინერმა უნდა უზრუნველყოს, რომ გადამყვანში გამავალი აგზნების დენის თვითგათბობის ეფექტები უარყოფითად არ იმოქმედებს გაზომილ შედეგებზე. რატიომეტრიული და არარატიომეტრიული ოპერაცია ნახაზი 2 გვიჩვენებს რაციომეტრულ კონფიგურაციას ხიდის გადამყვანის აპლიკაციაში. იგივე საცნობარო წყარო გამოიყენება როგორც გადამყვანის აგზნების, ასევე A/D გადამყვანისთვის. აგზნების მოცემულ პროცენტულ ცვლილებას ეწინააღმდეგება კონვერტაციის პროცესის იგივე პროცენტული ცვლილება (ან პირიქით). ADC გამომავალი კოდი, DOUT, არის ციფრული წარმოდგენა კონვერტორის შეყვანის, AIN, მის მითითებასთან, VREF-თან. ვინაიდან კონვერტორის შეყვანა და მისი მითითება მიღებულია ერთი და იგივე აგზნების წყაროდან, აგზნების ცვლილებები არ იწვევს გაზომვის შეცდომებს. ამრიგად, რაციომეტრულ კონფიგურაციებში, თუ გადამცემის მიერ გაზომილი ცვლადი უცვლელია, ციფრული გამომავალი კოდი ADC-დან არის იმუნური ხიდის აგზნების ვარიაციების მიმართ. ამ მიზეზით, ზუსტი სტაბილური მითითება არ არის საჭირო ზუსტი გაზომვების მისაღწევად. რაციონალური ოპერაცია ძალიან ძლიერია; ის იძლევა გაზომვას და კონტროლს სისტემის ანალოგური მიწოდების გამოყენებით, რათა მივიღოთ სიზუსტე ძაბვის მიმართვების ან აგზნების წყაროების სტაბილურობისგან დამოუკიდებლად. იმის გამო, რომ ADC-ების უმეტესობის ელექტრომომარაგების უარყოფა საკმაოდ მაღალია, ელექტრომომარაგების ძაბვის დრეიფები უარყოფითად არ მოქმედებს გაზომვაზე. ფიგურა 2. რატიომეტრიული მოქმედება ხიდის გადამყვანის აპლიკაციაში. ნახაზი 3 გვიჩვენებს dc არარატიომეტრული მოქმედების მინუსს. ის გვიჩვენებს ტიპურ არარატიომეტრულ კონფიგურაციას ხიდის გადამყვანის აპლიკაციაში. როგორც წინა აპლიკაციაში, ADC გამოსცემს ციფრულ კოდს, DOUT, AIN-ის თანაფარდობას VREF-თან. ამ მაგალითში, გამომავალი კოდი მგრძნობიარეა ფარდობითი ცვლილებების მიმართ ხიდის აგზნებასა და საცნობარო ძაბვას შორის. აგზნების ძაბვის შედეგების ნებისმიერი ცვლილება არის ADC-ის მიერ დანახული ანალოგური შეყვანის ძაბვის ცვლილება. ვინაიდან მითითება აგზნებისგან დამოუკიდებელია, ციფრული გამომავალი კოდი ასახავს შეცვლილ აგზნებას. არარატიომეტრიული სქემები ძირითადად შესაფერისია იმ აპლიკაციებისთვის, რომლებიც საჭიროებენ გაზომვებს აბსოლუტური მითითების საწინააღმდეგოდ - ან სადაც ერთი გადამყვანი ემსახურება სხვადასხვა დაუკავშირებელ ანალოგურ შეყვანას. ვინაიდან ცვლილებები მითითებაში, აგზნებაში და ა.შ. არ წაიშლება, მაგრამ აისახება გაზომვაში, უაღრესად ზუსტი, ზუსტი და სტაბილური მითითებები და აგზნების წყაროებია საჭირო აპლიკაციების უმეტესობისთვის. ფიგურა 3. არარაციომეტრიული მოქმედება ხიდ-გადამცემის აპლიკაციაში. მონაცემთა შეძენის მაღალი გარჩევადობის სისტემების დიზაინში, დიზაინერებმა ყოველთვის უნდა გაითვალისწინონ რაციონალური მოქმედების ეფექტურობა, სადაც კი მისი გამოყენება შესაძლებელია. გაყვანილობის კონფიგურაციები არსებობს გაყვანილობის სხვადასხვა კონფიგურაცია, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას რეზისტენტულ სენსორებთან დაკავშირებისას, როგორიცაა RTD და თერმისტორები ტემპერატურის საზომ აპლიკაციებში. ძირითადი 2-, 3- და 4-მავთულის კავშირები ნაჩვენებია სურათზე 4. რატომ არის ეს ფორმატები ხელმისაწვდომი, მათი სხვადასხვა სირთულითა და ხარჯებით? ტყვიის მავთულის წინააღმდეგობამ შეიძლება გამოიწვიოს გაზომვის მნიშვნელოვანი შეცდომები, თუ არ არის მიღებული ადეკვატური სიფრთხილის ზომები მათ აღმოსაფხვრელად, განსაკუთრებით დაბალი წინააღმდეგობის 100-W RTD აპლიკაციებში. RTD სქემებში კონტროლირებადი (ჩვეულებრივ მუდმივი) დენი გადის სენსორში, რეზისტორში, რომლის წინააღმდეგობა იზრდება თანდათანობით, განმეორებით და დაახლოებით წრფივად ტემპერატურის მიხედვით. მისი წინააღმდეგობის მატებასთან ერთად, მისი ძაბვის ვარდნა იზრდება და, თუმცა მცირეა, მისი გაზომვა სირთულის გარეშე შეიძლება. იდეალურ გამოყენებაში გაზომილი ძაბვა უნდა მოიცავდეს მხოლოდ თავად სენსორის წინააღმდეგობის ზრდას. თუმცა, პრაქტიკაში, განსაკუთრებით ორმავთულის კონფიგურაციებში, სენსორის ტერმინალებს შორის რეალური წინააღმდეგობა გაზომვის წერტილში მოიცავს როგორც სენსორის, ასევე ტყვიის მავთულის წინააღმდეგობას. თუ ტყვიის მავთულის წინააღმდეგობა მუდმივი დარჩება, ეს არ იმოქმედებს ტემპერატურის გაზომვაზე. თუმცა, მავთულის წინააღმდეგობა იცვლება ტემპერატურასთან ერთად; და გარემო პირობების შეცვლისას, მავთულის წინააღმდეგობაც შეიცვლება, რაც იწვევს შეცდომებს. თუ სენსორი დისტანციურია და მავთული ძალიან გრძელია, შეცდომის ეს წყარო მნიშვნელოვანი იქნება RTD აპლიკაციებში, სადაც სენსორის ნომინალური მნიშვნელობა იქნება 100 W ან 1 კვტ, ხოლო დამატებითი ცვლილებები, როგორც წესი, არის 0.4%/°C რიგით. . თერმისტორების აპლიკაციები, სადაც სენსორის წინააღმდეგობის ნომინალური მნიშვნელობები უფრო მაღალია, ვიდრე RTD-ებისთვის, ნაკლებად მგრძნობიარეა ტყვიის წინააღმდეგობის მიმართ, რადგან მილები ხელს უწყობს ნაკლებ შეცდომას. ფიგურა 4. ტიპიური გაყვანილობის კონფიგურაციები წინააღმდეგობის დაფუძნებული სენსორებისთვის. მარცხნივ ნაჩვენები 2 მავთულის კონფიგურაცია ყველაზე ნაკლებად ზუსტია ზემოთ ნაჩვენები სამი სისტემისგან, რადგან ტყვიის მავთულის წინააღმდეგობა, 2RL და მისი ცვალებადობა ტემპერატურასთან ხელს უწყობს გაზომვის მნიშვნელოვან შეცდომებს. მაგალითად, თუ თითოეული მავთულის წინაღობა არის 0.5 W თითოეულ მავთულში, RL ამატებს 1-W შეცდომას წინააღმდეგობის გაზომვას. 100-W RTD-ის გამოყენებით = 0.00385/°C, წინააღმდეგობა წარმოადგენს საწყის შეცდომას 1 W/(0.385W/°C) ან 2.6°C, ხოლო ტყვიის წინააღმდეგობის ცვალებადობა გარემოს ტემპერატურასთან ხელს უწყობს შემდგომ შეცდომებს. 3-მავთულის კონფიგურაცია ნახატ 4-ში გვთავაზობს მნიშვნელოვან გაუმჯობესებას 2-მავთულის კონფიგურაციასთან შედარებით ერთი დენის მავთულის მავთულის აღმოფხვრის გამო. თუ საზომი მავთული, რომელიც უბრუნდება V(+)-ს მიეწოდება მაღალი წინაღობის კვანძში, ამ სადენში არ მიედინება დენი და არ შეინიშნება გაყვანილობის შეცდომა. თუმცა, RTD-ის დაბრუნების მავთულის ტყვიის წინააღმდეგობა და თერმული მახასიათებლები V(-) და I(-) ჯერ კიდევ იწვევს შეცდომებს, ამიტომ შეცდომები შემცირდა შეცდომის ნახევარზე ორსადენიან სისტემაში. 4-მავთულის კონფიგურაცია სურათზე 4 გთავაზობთ საუკეთესო შესრულებას, სიზუსტისა და სიმარტივის თვალსაზრისით, 2- და 3-მავთულის კონფიგურაციებთან შედარებით. ამ აპლიკაციაში, ტყვიის მავთულის წინააღმდეგობის და თერმული გათბობის ეფექტების გამო გამოწვეული შეცდომები ამოღებულია ტემპერატურის გაზომვით პირდაპირ RTD-ზე. RTD-დან დაბრუნების მავთულები ძირითადად ბუფერირებულია მაღალი წინაღობის სქემით (გამაძლიერებელი/ანალოგური ციფრული გადამყვანი) და, შესაბამისად, არ მიედინება დენი დაბრუნების სადენებში და არ არის დაშვებული შეცდომა. თუ ორი შესატყვისი დენის წყაროა ხელმისაწვდომი, შესაძლებელია 3-მავთულის სისტემების დაპროექტება, რომლებიც არსებითად გამორიცხავს გაყვანილობის წინააღმდეგობას ან თერმულ ეფექტს. მაგალითი, AD7711 კონვერტორის გამოყენებით, ნაჩვენებია სურათზე 5. აგზნება უზრუნველყოფილია 200 μA დენის ზედა წყაროს დენით, რომელიც მიედინება დამაკავშირებელი მავთულის წინაღობაზე, RL1. ქვედა დენის წყარო უზრუნველყოფს დენს, რომელიც მიედინება სხვა საზომი მავთულის მეშვეობით, წინააღმდეგობის RL2, რაც ქმნის ძაბვის ვარდნას არსებითად ტოლი და საპირისპირო ვარდნისას RL1-ზე, აჩერებს მას დიფერენციალურად გაზომვისას. ორი დენის ჯამი უვნებლად მიედინება დასაბრუნებელი მავთულის მეშვეობით (RL3) მიწამდე (დიფერენციალური გაზომვა უგულებელყოფს საერთო რეჟიმის ძაბვას). 200 μA დენი, რომელიც მიედინება სერიის 12.5 კვტ რეზისტორში, ავითარებს ძაბვას, რომელიც გამოიყენება კონვერტორის მითითებით, რაც უზრუნველყოფს რაციონალურ გაზომვას. ფიგურა 5. შეცდომების აღმოფხვრა საველე გაყვანილობის წინააღმდეგობის გამო 3-მავთულის RTD აპლიკაციებში. AD7711, მაღალი გარჩევადობის სიგმა-დელტა ADC, გარდაქმნის ძაბვას RTD-დან ციფრულზე. AD7711 არის კონვერტორის იდეალური არჩევანი ამ აპლიკაციისთვის; ის გთავაზობთ 24-ბიტიან გარჩევადობას, ჩიპზე პროგრამირებადი მომატების გამაძლიერებელს და RTD აგზნების დენის შესაბამისი წყაროების წყვილს. როგორც მაგალითიდან ჩანს, სრული გადაწყვეტა შეიძლება აშენდეს დამატებითი სიგნალის კონდიცირების კომპონენტების საჭიროების გარეშე. AC აგზნება ნახაზი 6 გვიჩვენებს სისტემის შეცდომის ზოგიერთ წყაროს, რომელიც ასოცირდება dc-აგზნებასთან და გაზომვასთან ხიდის სენსორის აპლიკაციაში. ამ ხიდის წრეში შეუძლებელია გარჩევა გამაძლიერებლის dc (და დაბალი სიხშირის) გამომავალი რეალურად ხიდიდან და რამდენი არის შეცდომის სიგნალების გამო. 1/f ხმაურით, პარაზიტული თერმოწყვილებით და გამაძლიერებლის ოფსეტებით წარმოქმნილ შეცდომებს ვერ მოგვარდება, თუ რაიმე მეთოდი არ იქნება გამოყენებული ფაქტობრივი სიგნალის ამ შეცდომის წყაროებისგან დიფერენცირებისთვის. AC აგზნება ამ პრობლემის კარგი გამოსავალია. ფიგურა 6. შეცდომის წყაროები, რომლებიც დაკავშირებულია მუდმივ აგზნებასთან ხიდის გადამყვანის საზომ სისტემაში. ხიდის გადამყვანის სიგნალები, რომლებიც დამოკიდებულია აგზნებაზე, ჩვეულებრივ მცირეა. თუ აგზნება არის 5 ვ და ხიდის მგრძნობელობა 3 მვ/ვ, მაქსიმალური გამომავალი სიგნალია 15 მვ. ამ დაბალი დონის სიგნალებით მოწოდებული ინფორმაციის დეგრადაციის წყაროები მოიცავს ხმაურს (როგორც თერმული, ასევე 1/f), პარაზიტული თერმოწყვილების ძაბვას და გამაძლიერებლის ოფსეტური შეცდომებს. მაგალითად, პარაზიტული თერმოწყვილები არსებობს ნორმალურ წრედ გაყვანილობაში. თუნუქის ტყვიის შედუღებასა და სპილენძის კომპიუტერის დაფის კვალს შორის შეერთებამ შეიძლება გამოიწვიოს თერმოწყვილის ეფექტი 3-დან 4 μV/°C-მდე, თუ თერმული გრადიენტები არსებობს წრედში. თერმოწყვილების შეერთებები ასევე იარსებებს მიკროსქემის დაფის სპილენძის კვალსა და გამაძლიერებლის ჟივერ ქინძისთავებს შორის, რაც ქმნის ძაბვის შეცდომებს 35 μV/°C-მდე. მაღალი გარჩევადობის მონაცემთა შეძენის სისტემაში, ეს თერმოწყვილების შეცდომები, გამაძლიერებლის ოფსეტური შეცდომებთან და სისტემაში არსებულ ხმაურთან ერთად, ყველა დაემატება მნიშვნელოვან dc და დაბალი სიხშირის შეცდომას. AC აგზნება არის ძლიერი მიდგომა ამ შეცდომების სიგნალისგან განცალკევების მიზნით. კვადრატული ტალღის გამოყენებით ac-აგზნებადისთვის, აგზნების სიგნალის პოლარობის შებრუნებით გაზომვებს შორის, ინდუცირებული dc შეცდომები შეიძლება ეფექტურად გაუქმდეს. ამ ჭრის სქემას ასევე აქვს ეფექტი მოხსნის 1/f ხმაურს, რომელიც დომინანტურია დაბალ სიხშირეებზე (dc-დან რამდენიმე ჰც-მდე) ამ აპლიკაციებში. ფიგურა 7. ტიპიური ხიდის კონფიგურაცია, რომელიც იყენებს AC აგზნებას. სურათი 7 გვიჩვენებს, თუ როგორ შეიძლება ხიდის კონფიგურაცია ac-აგზნებადისთვის. ხიდზე აგზნების ძაბვის პოლარობა იცვლება ალტერნატიულ ციკლებზე, გადართვის შესასრულებლად გამოიყენება ტრანზისტორები Q1-დან Q4-მდე. ყველა ინდუცირებული dc და დაბალი სიხშირის შეცდომა გაერთიანდა, როგორც EOS. 1 ფაზის დროს Q1 და Q4 ჩართულია, ხოლო Q2 და Q3 გამორთულია; გამომავალი, VOUT, მოცემულია (VA + EOS) მიერ. მე-2 ფაზის დროს Q2 და Q3 ჩართულია, ხოლო Q1 და Q4 გამორთულია, გამომავალი VOUT წარმოდგენილია (-VA + EOS-ით). ფაქტობრივი გამომავალი არის ორი ფაზის ჯამი, რომელიც იძლევა VOUT = 2 × VA. საკონტროლო სიგნალები ac-აგზნებად უნდა იყოს არა გადახურვის საათის სიგნალები. ეს სქემა შლის შეცდომებს, რომლებიც დაკავშირებულია dc აგზნებასთან უფრო რთული დიზაინის ხარჯზე. სურათი 8 გვიჩვენებს ხიდი-გადამცემის აპლიკაციას AD7730 ხიდის გადამყვანის ADC-ის გამოყენებით, რომელიც მოიცავს ჩიპზე არსებულ ყველა აუცილებელ წრეს AC აგზნების განსახორციელებლად და გამოთვლილი გამომავალი შედეგის წარმოებისთვის აგზნების გადართვის შემდეგ. ფიგურა 8. AC-აღგზნებული ხიდის აპლიკაცია AD7730 სიგმა-დელტა კონვერტორის გამოყენებით. AD7730 sigma-delta ADC არის სრული ანალოგური წინა ნაწილი წონით და წნევის საზომი აპლიკაციებისთვის. მუშაობს ერთი +5-V მიწოდებიდან, ის იღებს დაბალი დონის სიგნალებს პირდაპირ გადამყვანიდან და გამოსცემს სერიულ ციფრულ სიტყვას. შეყვანის სიგნალი გამოიყენება საკუთრების პროგრამირებადი მომატების წინა ბოლოზე, ანალოგური მოდულატორზე დაფუძნებული. დაბალგამტარი პროგრამირებადი ციფრული ფილტრი რეგულირებადი ფილტრის წყვეტით, გამომავალი სიჩქარით და დაყენების დროით ამუშავებს მოდულატორის გამომუშავებას. არსებობს ორი ბუფერული დიფერენციალური პროგრამირებადი ანალოგური შეყვანა, ასევე დიფერენციალური საცნობარო შეყვანა. იგი იღებს ოთხ ერთპოლარულ და ბიპოლარულ ანალოგურ შეყვანის დიაპაზონს 10 mV-დან 80 mV-მდე სრული მასშტაბით. პიკიდან პიკამდე გარჩევადობა, რომელიც პირდაპირ მიიღწევა არის 1-დან 230,000 რიცხვში. ჩიპზე 6-ბიტიანი DAC იძლევა ტარის ძაბვის კომპენსაციას წონით მასშტაბის აპლიკაციებში. მოწყობილობის სერიული ინტერფეისის კონფიგურაცია შესაძლებელია სამსადენიანი მუშაობისთვის და თავსებადია მიკროკონტროლერებთან და ციფრულ სიგნალის პროცესორებთან. AD7730 შეიცავს თვითკალიბრაციისა და სისტემის კალიბრაციის ვარიანტებს და აქვს ოფსეტური დრიფტი 5 nV/°C-ზე ნაკლები და მომატების დრიფტი 2 ppm/°C-ზე ნაკლები. დრიფტის შესრულების ამ დონის პირობებში, ველზე დაკალიბრება, როგორც წესი, არასაჭიროა. 8-ში ტრანზისტორები Q1-დან Q4-მდე ასრულებენ აგზნების ძაბვის გადართვას. ეს ტრანზისტორები შეიძლება იყოს დისკრეტული შესატყვისი ბიპოლარული ან MOS ტრანზისტორები - ან სპეციალური ხიდის ამძრავი ჩიპი, როგორიცაა Micrel-ის 4427, შეიძლება გამოყენებულ იქნას ამოცანის შესასრულებლად. ვინაიდან ანალოგური შეყვანის ძაბვა და საცნობარო ძაბვა შებრუნებულია ალტერნატიულ ციკლებზე, AD7730 სინქრონიზებული უნდა იყოს აგზნების ძაბვის ამ შებრუნებებთან. სინქრონული გადართვისთვის ის უზრუნველყოფს ლოგიკური კონტროლის სიგნალებს აგზნების ძაბვის გადართვისთვის. ეს სიგნალები არის CMOS გამომავალი, ACX და ACX, რომელიც არ იფარება. ერთ-ერთი პრობლემა, რომელსაც აწყდება ac-აგზნებასთან დაკავშირებით, არის ანალოგური შეყვანის სიგნალების დაყენების დრო გადართვის შემდეგ, განსაკუთრებით იმ აპლიკაციებში, სადაც ხიდიდან AD7730-მდე გრძელი მიმავალია. კონვერტორს შეუძლია არასწორი მონაცემების წარმოება, რადგან ის ამუშავებს სიგნალებს, რომლებიც სრულად არ არის დარეგულირებული. შესაბამისად, მომხმარებელს უფლება აქვს დააპროგრამოს 48.75 μs-მდე შეფერხება ACX სიგნალების გადართვასა და მონაცემთა დამუშავებას ანალოგურ შეყვანებში. AD7730 ასევე ზომავს ACX გადართვის სიხშირეს გამომავალი განახლების სიჩქარის შესაბამისად. ეს თავიდან აიცილებს ხიდის გადართვას ზედმეტად უფრო სწრაფად, ვიდრე სისტემა მოითხოვს. AD7730-ის უნარი გაუმკლავდეს საცნობარო ძაბვებს, რომლებიც იგივეა, რაც აგზნების ძაბვები, განსაკუთრებით სასარგებლოა ac-აგზნებაში, სადაც რეზისტორების გამყოფების წყობა საცნობარო შეყვანაზე ემატება გადართვის დროს დაყენებულ დროს. AC-აგზნება შეიძლება ეფექტურად იქნას გამოყენებული თვითგათბობის ეფექტის აღმოსაფხვრელად ტემპერატურის საზომ აპლიკაციებში რეზისტენტული სენსორების გამოყენებით. ტემპერატურის გაზომვისას RTD-ის გამოყენებით, აგზნების დენი თავად (რამდენადაც მცირეა) წარმოქმნის I2R-ს, ან ჯოულის გათბობას, რაც წარმოქმნის მითითებულ ტემპერატურას გარკვეულწილად უფრო მაღალი ვიდრე გაზომილი ტემპერატურა. თვითგათბობის ხარისხი დიდად არის დამოკიდებული გარემოზე, რომელშიც ჩაეფლო RTD. RTD თავად გაცხელდება გაცილებით მაღალ ტემპერატურამდე უძრავ ჰაერში, ვიდრე მოძრავ წყალში. ხშირად გამოყენებული მუდმივი აგზნების დროს, აგზნების დენი სენსორის მეშვეობით უნდა იყოს საკმარისად დიდი, რომ ტემპერატურის ყველაზე მცირე ცვლილებამ გამოიწვიოს ძაბვის ცვლილება, რომელიც აღემატება სისტემის ხმაურს, ოფსეტს და სისტემის დრიფტს. ამ შეცდომების დასაძლევად საჭირო აგზნების დენები, როგორც წესი, არის 1 mA ან მეტი. RTD-ში გაფანტული სიმძლავრე იწვევს მისი ტემპერატურის მატებას, რაც იწვევს გაზომვის დრეიფის შეცდომებს, რაც ამცირებს სისტემის სიზუსტეს. მაგალითად, 1-mA მუდმივი აგზნების წყაროს გამოყენება 1-კვტ RTD-ით, რომელსაც აქვს თვითდათბობის ეფექტი 0.05°C/mW, იწვევს დრეიფის შეცდომას 0.5°C. ვინაიდან ac-აგზნების წყარო შეამცირებს ოფსეტური და დრიფტის ეფექტებს, გაცილებით მცირე აგზნების დენები შეიძლება გამოყენებულ იქნას მრავალ აპლიკაციაში. ამრიგად, შემცირებული აგზნების დენი არა მხოლოდ ამცირებს თვითგათბობის ეფექტებს RTD-ში (დენის შემცირების კვადრატით!); ის ასევე ამცირებს დაკავშირებულ dc და დაბალი სიხშირის გამომავალ შეცდომებს, როგორც ზემოთ აღინიშნა. ფიგურა 9. თვითგათბობის ეფექტების აღმოფხვრა RTD ტემპერატურის გაზომვის აპლიკაციებში AC აგზნების და AD7730 ADC-ის გამოყენებით. სურათი 9 გვიჩვენებს AD7730 მაღალი გარჩევადობის სიგმა დელტა გადამყვანს, რომელიც გამოიყენება ac-აღგზნებული RTD გაზომვისთვის. ამ აპლიკაციაში AD7730 მუშაობს გაყოფილი მარაგებით, ანუ AVDD და DVDD ცალკე პოტენციალზეა, ხოლო AGND და DGND ცალკე პოტენციალზე. ამ მოწყობილობით, აუცილებელია, რომ AVDD ან DVDD არ აღემატებოდეს AGND-ს 5.5 ვ-ით. ამიტომ, ±2.5-V ანალოგური წყაროებით მუშაობისას, DVDD უნდა შეიზღუდოს +3 ვ-მდე ციფრულ მიწასთან მიმართებაში, რომელიც არის სისტემის დამიწება. AD7730-ის ACX გამომავალი, რომელიც აკონტროლებს დენის შებრუნებას ამ აპლიკაციაში, დადგენილია AVDD და AGND მარაგებთან მიმართებაში. როდესაც ACX მაღალია, დენი 100 μA მიედინება RTD-ში ერთი მიმართულებით; როდესაც ACX დაბალია, 100 μA დენი მიედინება საპირისპირო მიმართულებით RTD-ში. გადართვის პოლარობის დენის წყარო შემუშავებულია ოპ-ამპერების U1 და U2 გამოყენებით სტანდარტული ძაბვის დენის კონვერტაციის კონფიგურაციაში. AD7730, კონფიგურირებული მისი ac-აგზნების რეჟიმისთვის, აწარმოებს კვადრატულ ტალღას თავის ACX გამომავალზე. კონვერტაციის პროცესის დროს ADC იღებს ორ კონვერტაციის შედეგს - ერთს ACX სიგნალის თითოეულ ფაზაზე - და აერთიანებს მათ ADC-ში, რათა წარმოქმნას ერთი მონაცემთა გამომავალი სიტყვა, რომელიც წარმოადგენს გაზომილ ტემპერატურას. მაგალითად, თუ RTD გამომავალი ACX სიგნალის პირველი ფაზის დროს არის 10 mV და 1-mV წრედ გამოწვეული dc შეცდომა არსებობს პარაზიტული თერმოწყვილების გამო, ADC ზომავს 11 mV. მეორე ფაზის დროს აგზნების დენი შებრუნებულია და ADC ზომავს -10 mV RTD-დან და კვლავ ხედავს +1-mV dc- შეცდომას, რაც იძლევა ADC გამომავალს -9mV ამ ფაზის განმავლობაში. ეს გაზომვები მუშავდება ADC-ში (11 mV-(-9mV)/2=10mV), რითაც აშორებს სისტემაში dc-ის გამოწვეულ შეცდომებს. AC-აგზნება საშუალებას აძლევს დენებს 100 μA-ის სიახლოვეს ეფექტურად გამოიყენონ RTD აპლიკაციებში, როგორც ნაჩვენებია ფიგურაში 9, რაც არსებითად ამცირებს თვითგათბობის ეფექტებს. იმის გამო, რომ კონვერტორის საცნობარო ძაბვა შემუშავებულია აგზნების დენის გამოყენებით, RTD-ის წინააღმდეგობა იზომება რაციონალურად. ამრიგად, ძაბვის დენის გადამყვანში გარე წინააღმდეგობის მნიშვნელობები გავლენას არ ახდენს სისტემის სიზუსტეზე, რადგან ამძრავის დენის ზუსტი მნიშვნელობა არ არის კრიტიკული, დაახლოებით 1%. ამიტომ, 100-ppm/°C რეზისტორები საკმარისი იქნება. თუმცა, RREF-ის წინააღმდეგობა, რომელიც იყენებს დენს ADC საცნობარო ძაბვის შესაქმნელად, უნდა იყოს სტაბილური ტემპერატურაზე, რათა თავიდან იქნას აცილებული მითითებით გამოწვეული შეცდომები გაზომვის გამომავალში. ნაჩვენები სქემით, გაზომილი ტემპერატურის დიაპაზონი -200°C-დან +200°C-მდე ადვილად შეიძლება განთავსდეს. იმის გამო, რომ ხაზის სიხშირის პიკაპმა შეიძლება გამოიწვიოს ოფსეტები, თუ დაჭრა ხდება ხაზის სიხშირეზე (50 ან 60 ჰც), ჩოპერის მუშაობა რეკომენდებულია ასინქრონულ 57 ჰც-ზე (სადაც ხდება ფილტრის ნული). 16-ბიტიანი პიკიდან პიკამდე გარჩევადობა მიიღწევა AD7730-ის გამოყენებისას მის ერთპოლარულ 0-20-მვ დიაპაზონში, განახლების სიხშირით 57 ჰც. AD7730-ის გამოყენების კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი უპირატესობა RTD პროგრამებში არის მისი იმუნიტეტი როგორც გამოსხივებული ელექტრული ველების, ასევე სწრაფი გარდამავალი აფეთქებების (EFT) მიმართ. ხმაურიან გარემოში მუშაობისას რეკომენდებულია AD7730-ის გამოყენება მისი ჭრის რეჟიმში. ჩოპერის სტაბილიზაციის ტექნიკა, რომელიც გამოიყენება AD7730-ში, გამორიცხავს ოფსეტს და ამცირებს ოფსეტური დრიფტს. როდესაც AD7730 მუშაობს CHOP რეჟიმში, სიგნალის ჯაჭვი, პირველი ეტაპის ფილტრის ჩათვლით, იჭრება. ეს ამცირებს დრიფტის მთლიან შესრულებას 5 ნვ/°C-მდე. AD7730 შეიძლება მუშაობდეს ელექტრული ველების თანდასწრებით (1 ვ/მ-დან 3 ვ/მ-მდე) 30 მჰც-დან 1 გჰც-მდე ბრტყელი ოფსეტურით სიხშირის დიაპაზონში. დაჭრის გარეშე, ოფსეტური მოქმედება მცირდება ელექტრული ველის არსებობისას და მოძრაობს სიხშირით. რეზიუმე მაღალი გარჩევადობის მონაცემთა შეძენის სისტემების შემუშავებისას ყურადღება უნდა გამოიჩინოთ აგზნების მეთოდის, გადამცემის აგზნების წყაროს და საველე გაყვანილობის სქემის არჩევისას, რომელიც გამოიყენება დაბალი დონის ანალოგური სიგნალის გადამცემიდან A/D კონვერტორზე გადასაცემად. გადამყვანები შეიძლება აღგზნდეს AC ან DC დენით ან ძაბვით. DC უფრო ფართოდ გამოიყენება ვიდრე AC აგზნებისთვის, რადგან სისტემები, რომლებიც იყენებენ dc აგზნებას, უფრო ადვილია დანერგვა და პრობლემების მოგვარება; მაგრამ მათ აქვთ მთელი რიგი ნაკლოვანებები. სენსორზე აგზნების სიდიდე საკმარისი უნდა იყოს ისე, რომ გაზომვისას ყველაზე მცირე ცვლილებამ გამოიწვიოს ძაბვის ცვლილება, რომელიც აღემატება სისტემის ხმაურს, ოფსეტს და დრიფტს. თუ მოსალოდნელია დიდი DC შეცდომები და დაბალი სიხშირის ხმაური, AC აგზნება სასარგებლოა. აგზნების წყარო ჩართულია ალტერნატიულ ციკლებზე და შედეგად მიღებული ამპლიტუდები იზომება და საშუალოდ ხდება კონვერტაციის შედეგის უზრუნველსაყოფად. AC აგზნება ამგვარად აშორებს 1/f ხმაურის და dc გამოწვეულ პარაზიტულ თერმოწყვილის ეფექტებს სიგნალის ჯაჭვში. ეს საშუალებას აძლევს აგზნებას მნიშვნელოვნად შემცირდეს, რაც თავის მხრივ ამცირებს წინააღმდეგობებზე დაფუძნებულ სენსორებში თვითგაცხელების შედეგად წარმოქმნილ შეცდომებს. ეს სარგებელი ჩვეულებრივ აღემატება განხორციელების გარკვეულწილად მაღალი ღირებულების ნაკლოვანებებს და ზრუნვას, რომელიც უნდა იქნას მიღებული გაზომვის დაწყებამდე ადეკვატური დალაგების უზრუნველსაყოფად. ხელმისაწვდომია სენსორის გაყვანილობის კონფიგურაციის არჩევანი, რომელიც მოიცავს 2-დან 4 მავთულს, რაც დამოკიდებულია საჭირო სიზუსტეზე. ოთხმავთულის კონფიგურაცია გთავაზობთ საუკეთესო სიზუსტეს ტყვიის მავთულის წინააღმდეგობის და თერმული ეფექტის გამო შეცდომების აღმოფხვრის გზით. სისტემების კონფიგურაცია შესაძლებელია საერთო აგზნებით და მითითებებით (რატიომეტრიული), ან დამოუკიდებელი მიმართვებით (არარატიომეტრიული). რაციონომეტრია სასურველია, რადგან ის იძლევა გაზომვისა და კონტროლის საშუალებას უფრო მეტი სიზუსტით, ვიდრე ძაბვის მიმართვების ან აგზნების წყაროების სტაბილურობა. გაზომვები არ არის მგრძნობიარე აგზნების ცვალებადობის მიმართ.

დატოვე შეტყობინება 

შეტყობინება სია