Trong quá khứ, thiết kế một hệ thống thu thập dữ liệu có nghĩa là tìm kiếm sự kết hợp phù hợp của các thành phần từ một chồng bảng dữ liệu và khắc phục sự cố của nguyên mẫu lắp ráp.Các nhà thiết kế có thể sử dụng các công cụ thiết kế kỹ thuật số để kéo và thả các mô hình cảm biến, các khối điều kiện tín hiệu tương tự, bộ chuyển đổi từ analog sang kỹ thuật số (ADC) và bộ lọc kỹ thuật số thành chuỗi tín hiệu ảo, tiết kiệm thời gian và giảm các vòng quanh.Phần mềm này có thể mô phỏng đầu ra chuỗi ảo, cho phép các nhà thiết kế hiểu các thành phần được chọn ảnh hưởng đến kết quả như tỷ lệ tín hiệu-gọi tiếng ồn (SNR), sai số tăng và bù và công suất như thế nào.
Bộ thiết kế kỹ thuật số Precision Studio của Analog Devices, Inc. (ADI), bao gồm cả Signal Chain Designer, không được dịch.Mô-đun này có thể giúp các nhà thiết kế mô phỏng các hệ thống thu thập dữ liệu trước khi tạo ra chúngTrong Signal Chain Designer, người dùng có thể chọn một cảm biến, đặt tham số cho mô hình, và sau đó đặt nó vào khối mạch đại diện cho các thành phần chuỗi tín hiệu (Hình 1).
Thiết kế chuỗi tín hiệu trong ADI Precision Studio
Hình 1: Sử dụng thiết kế chuỗi tín hiệu trong ADI Precision Studio,Các nhà thiết kế có thể chọn cảm biến và kéo các khối mạch tương ứng vào chuỗi tín hiệu để mô phỏng thành phần thu thập dữ liệu. (Nguồn hình ảnh: Analog Devices, Inc.)
Trước khi chuyển đổi tín hiệu cảm biến thành dữ liệu đáng tin cậy, chúng cần phải trải qua quá trình xử lý nhiều cấp, với mỗi cấp bao gồm một hoặc nhiều thành phần điện tử hoặc module IC mạch tích hợp,phục vụ như là tín hiệu xử lý trước cho cấp độ tiếp theoGiai đoạn xử lý phổ biến nhất có thể khuếch đại tín hiệu analog, lọc tín hiệu analog, chuyển đổi tín hiệu analog thành tín hiệu kỹ thuật số và lọc tín hiệu kỹ thuật số.
Giai đoạn khuếch đại tín hiệu analog
Các tín hiệu tương tự được tạo ra bởi các cảm biến thường không phù hợp với đầu vào tối ưu của hệ thống thu thập dữ liệu.Bộ khuếch đại hoàn toàn khác biệt, các tham chiếu điện áp, cũng như các thành phần thụ động như điện trở, tụ và cảm ứng để chuyển đổi tín hiệu cảm biến thành hình thức hiệu quả được yêu cầu bởi hệ thống thu thập dữ liệu.
Trong Signal Chain Designer, người dùng có thể thiết lập các loại đầu vào và đầu ra, tăng cần thiết và dịch chuyển cấp độ cần thiết để đạt được đầu vào điện áp chính xác cho các giai đoạn khuếch đại tương tự.phần mềm sử dụng các sản phẩm ADI để xây dựng mạch đáp ứng các thông số đặt và đầu ra sơ đồ sơ đồ.
Ví dụ: đối với cảm biến với trở kháng 1 k Ω, tần số 1 kHz và công suất 100 pF được sử dụng trong hình 1, người dùng có thể đặt tăng lên 2 V/V và mức độ thay đổi lên 2,5 V (Hình 2).
Người dùng có thể thiết lập các tham số như cấu hình, tăng, và dịch chuyển mức độ
Hình 2: Cài đặt của người dùng cho cấu hình giai đoạn khuếch đại tín hiệu analog, tăng, dịch chuyển mức độ và các thông số khác trong Signal Chain Designer. (nguồn hình: Analog Devices, Inc.)
Dựa trên các thông số này, phần mềm đã xây dựng một sơ đồ mạch của giai đoạn khuếch đại tín hiệu tương tự (Hình 3, trên cùng), bao gồm một bộ khuếch đại hoạt động ADA4097-2.Các bộ khuếch đại hoạt động ADA4097-2 chỉ cần 32.5 μ Một dòng trên mỗi kênh để đạt được sản phẩm băng thông tăng (GBP) 130 kHz, và tiếng ồn từ đỉnh đến đỉnh (P-P) giữa 0,1 Hz và 10 Hz là 1000 nV,với tần số góc tiếng ồn 1/f điển hình là 6 Hz.
Phần mềm cũng phát triển một mạch tham chiếu cho giai đoạn khuếch đại, bao gồm một tham chiếu điện áp băng tần chính xác LTC6655B-2.5 và một khuếch đại hoạt động AD8510 (Hình 3, dưới cùng),cả hai đều từ ADI.