Zero-Drift Amplifiers: Sasa ni rahisi kutumia katika High Precision Circuits

Amplifier zero-drift, kama jina linavyopendekeza, ni amplifier na offset voltage drift karibu sana na sifuri. Inatumia teknolojia ya kukata-sifuri au kukata, au mchanganyiko wa zote mbili, kuendelea kujirekebisha kwa makosa ya dc kwa muda na joto. Hii inawezesha kipaza sauti kufikia viwango vya kiwango cha microvolt na matone ya chini sana. Kwa hivyo, inafaa kipekee kutumika katika nyaya za hali ya ishara na faida kubwa na utendaji wa usahihi. Kwa mfano, sensa (kama vile joto, shinikizo, au sensorer ya seli ya mzigo) kawaida hutoa kiwango cha chini cha pato la voltage na kwa hivyo inahitaji amplifier kukuza pato lake bila kuanzisha makosa ya ziada. Amplifiers ya sifuri-iliyoundwa, iliyoundwa kwa voltage ya kukomesha na kusonga mbele, kukataliwa kwa hali ya kawaida, kukataliwa kwa nguvu nyingi, na kupunguza sauti ya 1 / f, ni chaguo bora kufikia kiwango cha juu cha azimio katika matumizi ya mfumo wa kudai, kama vile kuhisi, na mzunguko mrefu wa maisha ya bidhaa. Usanifu wa Msingi wa Zero-Drift Amplifier Kielelezo 1 inaonyesha mchoro wa mzunguko wa kipaza sauti cha msingi katika muundo wa faida ya umoja. Njia ya faida ya DC ina mtandao wa kubadili pembejeo (CHOPIN), kipaza sauti cha kwanza cha kupitisha mwendo (Gm1), mtandao wa kubadili pato (CHOPOUT), kipaza sauti cha pili cha kupitisha (Gm2) na fidia za masafa (C1 na C2). CHOP na CHOP 'zinadhibitiwa na jenereta ya saa na inafanya kazi kusahihisha amplifier zisizohitajika DC kukabiliana na voltage (VOS). Kielelezo 2 kinaonyesha mchoro wa majira unaohusishwa na voltage inayotarajiwa ya pato (VOUT). Wakati ishara ya saa ya CHOP iko juu (Awamu), pembejeo na pato tofauti ya amplifier Gm1 imeunganishwa kwenye njia ya ishara bila ubadilishaji. Hii inasababisha voltage nzuri ya pato, VOUT, kwa sababu ya uwepo wa VOS. Wakati ishara ya saa ya CHOP iko juu (B awamu), pembejeo na pato la Gm1 limeunganishwa kwenye njia ya ishara na inversion, na kusababisha voltage hasi ya pato kwa sababu ya VOS. Voltages nzuri na hasi za pato kutoka kwa Gm1 husababisha voltage ya pato sawa na ± VOS. Dhana hii ya kukata katika kikoa cha wakati ni sawa na moduli katika kikoa cha masafa. Kwa maneno mengine, voltage ya kukabiliana ya Gm1 imeinuliwa na CHOPOUT kwa mzunguko wa kukata. Kwa upande mwingine, ishara ya kuingiza hukatwa mara mbili na CHOPIN na CHOPOUT. Hii ni sawa na ishara ya pembejeo iliyobadilishwa na kisha kushushwa chini kwa masafa yake ya asili. Kwa hivyo, ishara ya pembejeo hupitia pato bila ubadilishaji. Voltages chanya na hasi za pato (± VOS) kutoka Gm1 zinaonekana kama viboko vya voltage kwenye VOUT (Kielelezo 2). Kwa kuongezea, saa za CHOP na CHOP zimeunganishwa na pini za kuingiza tofauti kupitia uwezo wa vimelea vinavyohusiana na swichi. Wakati saa zinabadilika, malipo huingizwa kwenye pini za kuingiza tofauti. Sindano hizi za kuchaji hutafsiriwa katika glitches za pato kupitia njia ndogo za kuingiza chanzo. Ukubwa na umbo la glitisi hutegemea kiwango na ulinganifu wa vipingamizi vya chanzo cha kuingiza na sindano za kuchaji kwenye pini za pembejeo tofauti. Ripples hizi za pato na glitches huanzisha mabaki ya kubadilisha ambayo yanaonekana kama kuongezeka kwa wigo wa kelele kwenye masafa ya kukata na masafa yake mengi kamili. Pia, ukubwa na masafa ya mabaki ya kubadilisha hutofautiana kwa kila kipaza sauti cha kuteleza na kutoka kwa kitengo hadi kitengo. Katika kifungu hiki, neno la kukata na kubadilisha masafa hutumiwa kwa kubadilishana. Kielelezo 1. Usanifu wa kukata. Kielelezo 2. Mchoro wa majira ya kukata. Kubadilisha Mabaki kama ilivyoonyeshwa kwenye Karatasi ya Tamaduni Kwa kawaida, viboreshaji vya kuteleza-zero vina kelele kubwa ya mkondoni na masafa ya chini ya kubadili, kutoka kilohertz chache hadi makumi ya kilohertz. Hii inadhibiti utumiaji wao kwa DC na matumizi ya chini ya 100 Hz ili masafa ya kubadilisha ibaki nje ya upelekaji wa ishara ya riba. Kwa programu zinazohitaji usahihi wa hali ya juu na utelezaji wa chini kwa kipimo data cha juu, ni muhimu kutumia kipaza sauti cha kuzunguka-sifuri na masafa ya juu ya kugeuza. Kwa kweli, masafa ya kubadilisha wakati mwingine huonwa kama takwimu ya sifa ya viboreshaji vya sifuri. Na usanifu wa hali ya juu, viboreshaji vipya zaidi vya zero-drift vimeundwa kuwa na mabaki madogo ya kubadili kwa masafa ya juu zaidi. Kwa mfano, pamoja na kukata voltage ya kukadiriwa kwa 4.8 MHz, ADA4522-2, voltage ya juu, mbili, sifuri-drift amplifier, hutumia upeanaji wenye hati miliki na mzunguko wa kitanzi sahihisha kupunguza mabaki ya kubadili. Kitanzi cha kusahihisha hufanya kazi kwa 800 kHz na hufanya kazi kumaliza voltage ya kukabiliana, ± VOS (kama inavyoonyeshwa kwenye Kielelezo 2). Kupunguza ± VOS hadi 1% ya thamani yake ya asili hutoa uboreshaji wa 40 dB katika kifaa cha kubadilisha. Hii inapunguza juhudi za mbuni wa mfumo kufikia usahihi wa kiwango cha mfumo. Njia rahisi ya kugundua mabaki ya kubadilisha ni kwa kuangalia wigo wa wiani wa kelele ya nguvu ya kelele. Kielelezo 3 kinaonyesha mchoro wa wiani wa kelele ya voltage ya ADA4522-2. Kumbuka kuwa Channel B inaonyesha kuongezeka kwa wigo wa kelele kwa masafa yake ya 800 kHz. Ongezeko hili la wigo wa kelele, kama ilivyoelezewa katika sehemu ya mapema ya nakala hii, ndio pato la ubadilishaji wa sindano ya malipo. Kwa kuwa kutokulingana ni sehemu ya sehemu na tegemezi kwa kituo-kwa-kituo, ukubwa wa spikes za kelele ni tofauti na sio vitengo vyote vinaonyesha mwamba wa kelele. Kama mfano, Channel A ya kitengo hicho hicho haionyeshi spiki zozote za kelele kwa masafa ya kubadilisha ya 800 kHz. Masafa ya kugeuza yanaweza pia kutofautiana hadi sababu ya 10% hadi 20% kutoka kwa kitengo hadi kitengo kwa sababu ya tofauti ya mzunguko wa saa ya on-chip. Kielelezo 3. Uzani wa kelele ya voltage ya ADA4522-2. Kelele kulinganisha kati ya Zero-Drift Amplifiers tofauti Kielelezo 4 inaonyesha pembejeo inajulikana voltage kelele wiani wa tatu tofauti kuongoza makali high voltage sifuri-drift amplifiers. Kumbuka kuwa viboreshaji vyote vitatu vya sifuri-vya kupimia vilijaribiwa vinaonyesha aina fulani ya mabaki ya kubadili. Baadhi ya mabaki ya kubadilisha pia hurudia kwa masafa yake mengi kamili. Mabaki haya ya kubadili yanaweza kuwa muhimu na yanaweza kuanzisha makosa katika muundo wa mzunguko. Kwa hivyo, ni muhimu kuelewa athari zao kwenye mzunguko na kutafuta njia za kupunguza athari. Ikiwa kipaza sauti kina mzunguko wa kitanzi kilichofungwa ambacho ni cha juu kuliko mzunguko wa kubadilisha, ongezeko hili la wigo wa kelele litaunganishwa katika bandwidth nzima na itaonyeshwa kwenye pato. Sio hivyo tu, kelele hii ya voltage inayorejeshwa kwa pembejeo itapatikana na faida ya kelele ya amplifier. Kwa mfano, fikiria kwamba kipaza sauti kimeundwa kwa faida ya 100, pato linalofaa linalotokana na wiani wa kelele ya voltage pia itaongezeka kwa sababu ya 100. Kielelezo 4. Uzito wa kelele ya voltage ya viboreshaji tofauti vya sifuri. Kielelezo 5. Jumuishi ya pato la sauti. Jumla ya kelele za rms ambazo zimejumuishwa kwenye pato la kipaza sauti hutegemea bandwidth ya amplifier. Pato la kelele ya pato hutengana na kipimo data kinachopatikana; kwa hivyo, faida inaongezeka au upana wa juu, ndivyo kiwango cha juu cha sauti ya pato la amplifier. Kielelezo 5 kinaonyesha grafu ya kelele ya voltage ya pato iliyojumuishwa dhidi ya mzunguko. Hii ni grafu inayosaidia kuelewa jumla ya kelele iliyojumuishwa kwa heshima na masafa. Kama mfano, ikiwa upelekaji wa kipaza sauti umepunguzwa kwa 100 kHz kwa njia ya kuchuja, jumla ya kelele ya pato kwa sababu ya kelele ya voltage ya amplifier inaweza kusomwa kwenye grafu na itakuwa kama ifuatavyo: Jedwali 1. Pato la Sauti Iliyojumuishwa Pato Kelele ya Pato (µV rms) Kelele ya Pato la Kilele-kwa-Kilele (µV pp) ADA4522-2 1.91 12.61 Amplifier A 3.33 21.98 Amplifier B 6.40 42.24 Kutumia kipatuaji cha kawaida (kinachoitwa kitu cha crest) kubadilisha voltage ya rms kuwa kilele- hadi-kilele cha voltage, makadirio ya kelele-kwa-kilele yanaonyeshwa kwenye safu ya tatu ya Jedwali 1. Katika mfumo wa 5 V, ADA4522-2 ingetoa bits 18.6 za azimio la kilele hadi kilele, wakati Amplifier B hutoa bits 16.8 za azimio la kilele-kwa-kilele. Kuwa na kelele ya jumla ya pato la jumla iliyojumuishwa inahitajika kila wakati kwani inaongeza uwiano wa ishara-kwa-kelele na kuwezesha azimio kubwa kwa mfumo mzima. Jambo lingine la kufurahisha kukumbuka juu ya Kielelezo 5 ni kwamba kelele iliyojumuishwa inaongezeka na kazi kama hatua kwenye masafa ya spike ya kelele. Spikes za kelele (na nguvu za kelele zilizoongezeka), japo ni nyembamba, huongeza sana kwa jumla kelele iliyounganishwa ya pato. Kubadilisha Mabaki katika Kikoa cha Wakati Mara nyingi, mabaki ya kubadilisha yanaweza kuonekana wazi katika wigo wa wiani wa kelele ya voltage katika uwanja wa masafa. Ili kuelewa tabia inayotegemea wakati wa mabaki ya kubadilisha, mtu anaweza kusanidi kipaza sauti katika usanidi wa bafa na pini isiyoinuka iliyo chini na kufuatilia moja kwa moja pato na oscilloscope. Kielelezo 6 kinaonyesha pato la kawaida la viboreshaji viwili vya sifuri. Kumbuka kuwa Amplifier A inaonyesha spikes za voltage ya pato katika anuwai anuwai. Spikes hujirudia kila baada ya 0.66 Hii inalingana na spikes za kelele ambazo zinaonekana katika 1.51 MHz kwenye Kielelezo 4. Kwa upande mwingine, ADA4522-2 haionyeshi mabaki yoyote ya kubadilisha kwenye kikoa cha wakati (grafu ya bluu). Kwa maneno mengine, spikes za kelele ambazo ziko chini ya sakafu ya kelele ya mfumo wa upimaji na haziwezi kugunduliwa. Hii inaruhusu wabunifu kutumia ADA4522-2 katika programu kama vile kuendesha ADC kwa ujasiri kwamba spikes za kelele hazitakuwa shida. Kielelezo 6. Pato la voltage ya pato katika kikoa cha wakati. Vichungi vya Kupunguza Kubadilisha Kielelezo Artifact 7. Zero-drift amplifier na kichujio cha usanidi. Kielelezo 8. Uzito wa kelele ya Voltage ya umoja-kupata sifuri-drift amplifier na chujio cha chapisho. Ili kupunguza athari za mabaki ya kubadilisha, kuna njia kadhaa ambazo zinaweza kutekelezwa. Njia hizi mwishowe husababisha kupunguza kiwango cha upanaji wa kipaza sauti kwa kuwa ni chini ya masafa ya kubadilisha. Kutumia kichungi ni njia bora ya kukandamiza spikes za kelele. Ubunifu rahisi ni kuweka mtandao wa kipinga-capacitor kwenye pato la kipaza sauti ili kuunda kichujio cha kupitisha chini (Kielelezo 7A). Kielelezo 8 kinaonyesha msongamano wa kelele ya voltage ya amplifi ya sifuri-drift na kichujio cha chapisho iliyoundwa kwa miongo moja au miwili chini ya mzunguko wa kubadili. Mwiba wa kelele saa 800 kHz hupunguza kutoka 36 nV / √Hz (hakuna kichujio cha chapisho) hadi 4.1 nV / √Hz (kichujio cha posta saa 80 kHz), ambayo iko chini ya kiwango cha kelele cha mkondoni wa kipaza sauti cha chini. Na kichujio cha posta kimewekwa miongo miwili chini ya mzunguko wa kubadilisha (kichujio cha posta saa 8 kHz), spike ya kelele haionekani tena na ADA4522-2 inaonekana kama kipaza sauti kingine chochote cha jadi. Programu zingine zinaweza kuvumilia kuwa na mtandao wa RC kwenye pato la kipaza sauti. Pato la Amplifier inayotiririka kupitia kontena la kichujio hutengeneza kukabiliana kwa voltage ambayo inaleta hitilafu ya pato. Katika kesi hii, mtu anaweza kuchagua kuchuja spikes za kelele kwa kuweka capacitor ya maoni kwenye kitanzi cha maoni (Kielelezo 7 (b)). Kielelezo 9 kinaonyesha wiani wa kelele ya voltage ya pato la kipaza sauti iliyosanidiwa kwa faida ya 10 bila uchujaji dhidi ya kuwa na kichujio cha chapisho au kichungi cha maoni kimewekwa muongo chini ya masafa ya kubadilisha. Usanidi wa kichungi cha chapisho ni bora zaidi kama kichujio cha kupitisha chini kuliko kipima maoni. Kielelezo 9. Kubadilisha mabaki hupunguza na vichungi. Kutumia Amplifiers ya Zero-Drift katika Usanidi wa Juu wa Faida Husaidia Wabunifu wengi wametumia viboreshaji vya sifuri, lakini hawajaona mabaki yoyote ya kubadili katika mfumo wao. Sababu moja inaweza kuwa kwa sababu ya usanidi wa kipaza sauti. Amplifiers ya sifuri-drift yana drift ya chini na kukabiliana, na mara nyingi hutumiwa kuashiria hali ya ishara ya kiwango cha chini cha amplitude sensor katika usanidi mkubwa wa faida, kwa mfano, faida ya 100 hadi 1000. Kutumia kipaza sauti katika usanidi wa faida kubwa kuna athari sawa na kuweka kichujio cha kupitisha chini kwenye kipaza sauti. Kadri faida inavyoongezeka, kipimo data hupungua. Kielelezo 10 kinaonyesha jinsi kuwa na usanidi wa faida kubwa kunapunguza athari ya ubadilishaji. Kwa faida ya kitanzi iliyofungwa ya 100, mabaki ya kubadili hayawezi kuonekana kwenye viwanja vya kelele. Kielelezo 10. Kuondoa bandwidth ya Amplifier na faida. Faida za ADA4522-2 kama Zero-Drift Amplifier Analog Devices 'kifaa kipya zaidi cha sifuri-drift, ADA4522-2, huajiri topolojia ya hati miliki na ya ubunifu ili kufikia kiwango cha juu cha kubadilisha na kupunguza mabaki ya kubadilisha ikilinganishwa na watangulizi. Pamoja na upeo wa umoja wa faida kwa 3 MHz na masafa ya kubadilisha kwa 800 kHz na 4.8 MHz, usanidi wa faida 40 unatosha kuchuja mabaki ya kubadilisha, na kuondoa hitaji la uchujaji wa chini wa kupita. Upungufu wake wa chini wa voltage ya 22 nV / ° C, kelele ya chini kwa 5.8 nV / √Hz (faida ya usanidi 100), upendeleo wa chini wa pembejeo kwa kiwango cha juu cha 150 pA, kukataliwa kwa hali ya kawaida, na kukataliwa kwa usambazaji wa umeme hufanya iwe chaguo bora kwa matumizi ya usahihi kama vile uzani wa uzito, kuhisi kwa sasa, ncha za sensorer ya joto, mzigo wa transducers za seli na daraja, na matumizi mengi muhimu ya kuteleza. Hitimisho Zero-drift amplifiers zina kiwango cha chini cha kukomesha voltage na kuteleza na ni chaguo bora kwa programu zinazohitaji ukuzaji wa usahihi wa ishara za kiwango cha chini. Hapa kuna ufahamu kadhaa wakati wa kutumia moja. Amplifiers zote za zero-drift zinaonyesha aina ya mabaki ya kubadilisha na hii inaweza kugunduliwa kwa kawaida katika viwanja vya msongamano wa kelele za voltage. Ukubwa wa mabaki ya kubadilisha hutofautiana kutoka kwa kitengo hadi kitengo. Mzunguko wa kubadilisha unaweza kutofautiana kutoka kwa kitengo hadi kitengo hadi sababu ya 20%. Kubadilisha mabaki kunaweza kugunduliwa katika masafa na uwanja wa saa. Kulingana na maombi, wangeweza kuwasilisha makosa. Amplifiers ya sifuri-drift hutumiwa mara nyingi katika usanidi wa faida kubwa, ambapo upanaji wa kipimo hupunguzwa na kwa hivyo mara nyingi, kubadili mabaki sio shida. Ni muhimu kupunguza mabaki ya kubadilisha ili kupunguza kiwango cha kosa la pato. Tumia kichujio cha kupitisha chini (kichujio cha chapisho cha RC au kipima maoni) kuzima upelekaji wa kipaza sauti kabla ya mzunguko wa kubadili kukandamiza mabaki. Mzunguko mkubwa wa kugeuza hurahisisha mahitaji ya vichungi kwa upana wa upana, muhimu, na bandia.

Acha ujumbe 

Orodha ujumbe