La optimización de la cadena de señal es esencial en todas las industrias que requieren especificaciones equilibradas. Este artículo analiza cómo se pueden optimizar las cadenas de señales para mejorar el costo y el rendimiento del diseño, y la importancia de las cadenas de señales efectivas en las industrias intensivas en cadenas de señales.
La optimización de la cadena de señal es esencial en todas las industrias que requieren especificaciones equilibradas. Este artículo analiza cómo se pueden optimizar las cadenas de señales para mejorar el costo y el rendimiento del diseño, y la importancia de las cadenas de señales efectivas en las industrias intensivas en cadenas de señales.
La adquisición eficiente de señales es fundamental para aplicaciones que van desde el control y la medición de procesos industriales hasta comunicaciones e imágenes de alta velocidad. En esta amplia gama de aplicaciones, la capacidad de hacer coincidir los componentes correctos con la tarea es esencial para crear cadenas de señales que puedan cumplir plenamente con los requisitos de rendimiento al menor costo posible. Este equilibrio costo/rendimiento será aún más importante a medida que anticipamos la proliferación de sistemas de sensores profundamente integrados que alimentan el Internet de las cosas (IoT). Dado que se espera que la cantidad de dispositivos IoT alcance decenas de miles de millones, los ahorros logrados en cada etapa de la cadena de señal se suman a ahorros significativos en general.
Para los diseñadores, construir una cadena de señal efectiva significa equilibrar las especificaciones de los componentes individuales dentro de cada etapa para cumplir con un nivel de rendimiento objetivo para la cadena de señal general. Si bien algunas aplicaciones requieren el dispositivo con las especificaciones más altas posibles (Figura 1), los diseñadores a menudo encuentran una forma más rentable de completar la cadena de señales con el nivel requerido de rendimiento y funcionalidad.Puede usar componentes.
En su forma más básica, un circuito de adquisición de señales consta idealmente de un solo componente, un convertidor de analógico a digital (ADC) para digitalizar señales de entrada analógicas de sensores u otras fuentes. Sin embargo, en las aplicaciones del mundo real, las realidades de las características de la señal del mundo real hacen imposible un enfoque tan simple y requieren requisitos adicionales para el acondicionamiento de la señal, incluida la amplificación y el filtrado (Figura 2). Las aplicaciones que utilizan sensores activos requieren componentes adicionales, como convertidores de digital a analógico (DAC), referencias de voltaje de precisión y amplificadores en el extremo frontal para proporcionar la corriente de excitación o los niveles de voltaje necesarios para el sensor.
acondicionamiento de señal
Los sensores y transductores suelen producir señales de pequeña amplitud. Sin amplificación, estas señales solo pueden usar una fracción del rango dinámico completo del ADC, lo que limita la resolución del ADC y potencialmente pierde detalles ya que la cuantificación del convertidor tiene un mayor impacto en el error. Por lo tanto, los diseñadores generalmente requieren una etapa de amplificador frontal analógico (AFE) para extender el alcance de la señal de entrada para que coincida con el rango dinámico completo del ADC. De igual importancia, el amplificador de entrada protege el extremo frontal de los transitorios de carga detectados en la entrada de algunos tipos de ADC durante el muestreo de la señal mientras mantiene los sensores y transductores correctamente cargados.
Los ingenieros pueden encontrar amplificadores con una amplia gama de funciones y rendimiento. Aunque la tendencia natural es encontrar amplificadores con las especificaciones de rendimiento más altas posibles, los ingenieros pueden reducir significativamente los costos de diseño al comparar de cerca las especificaciones del amplificador con las características de la señal de entrada y la resolución de salida requerida. Por ejemplo, un amplificador de instrumentación (IA) con la velocidad de respuesta más rápida posible y el ruido más bajo posible ahorra gastos innecesarios si la señal de interés varía lentamente y está muy por encima del ruido de fondo. Simplemente puede agregar: De manera similar, un amplificador con la especificación de linealidad más alta posible simplemente puede superar a un ADC que proporciona resultados con suficiente precisión, pero aún así el rendimiento general de la cadena de señal indica el error de cuantificación a un nivel que es lo suficientemente bueno para sus requisitos.