¿Cuál es la necesidad de una etapa de amplificación en un hardware de adquisición de datos?

Incluiría un búfer de ganancia unitaria en el lado de entrada del ADC para aumentar la impedancia de entrada, ya que es probable que el ADC tenga una impedancia más baja que un amplificador operacional.

Esto evita que la lectura sea dependiente de la impedancia de la fuente y también permite la adaptación de impedancia en el sumidero si es necesario (es decir, puede agregar una resistencia de terminación y la impedancia de entrada resultante estará cerca del valor de la resistencia).

Esto es especialmente importante para señales de frecuencia más alta, donde la impedancia de entrada del ADC sería dependiente de la frecuencia, mientras que una resistencia de terminación tendrá solo poca capacitancia e inductancia, dando una respuesta de frecuencia plana.

Opcionalmente, puede configurar un factor de ganancia diferente si tiene sentido en la aplicación.

1) Para aislar el ADC y la fuente de la señal. La entrada no inversora del opamp tiene una impedancia de entrada enorme, por lo que no carga la fuente de señal.

2) Hay una retroalimentación negativa para cada etapa de entrada opamp. Esto actúa como un controlador proporcional, la salida de opamp se compara con la señal de entrada y la salida se corrige si difieren con respecto a su amplificación o atenuación.

1) Incluso si la etapa IA no se amplifica, proporciona otras funciones:

• almacena en búfer la señal de entrada para que las perturbaciones presentes en la entrada del ADC no puedan llegar al multiplexor.

• proporciona una impedancia de entrada bien definida para el multiplexor y / o los circuitos conectados al multiplexor.

• proporciona una señal de búfer para el ADC. El ADC puede requerir una corriente de entrada (pequeña), puede tener una impedancia de entrada infinita. Con la IA en su lugar mientras la IA pueda controlar la impedancia de entrada del ADC, no hay problema.

2) La IA consta de opamps con comentarios . Tales circuitos suprimen la no linealidad de los circuitos (en las operaciones) al tener un exceso de negociación.

Digamos que el opamp tiene una ganancia de voltaje de 10000 (10k) a una determinada frecuencia, pero configura la retroalimentación de modo que el opamp con retroalimentación tenga una ganancia de 10, entonces el exceso de ganancia es 10000/10 = 1000, lo que significa Un factor 1000 de supresión de no linealidades. Por lo tanto, la distorsión del 10% se reduciría a una distorsión del 0.01%.

También ese par diferencial no tendrá más de unos pocos mV en sus entradas. Por lo tanto, no necesita trabajar con 10 V o 2.5 V, no puede manejar eso de todos modos. Los opamps funcionan linealmente solo cuando tienen una gran ganancia que hace que la tensión de entrada (del par diferencial) sea bastante pequeña. Por ejemplo: si un opamp necesita una salida de 2 V y tiene una ganancia de 10000, en la entrada el voltaje es de solo 2/10000 = 0.2 mV.

La etapa de entrada de DAQ puede atenuar la señal algo como 2: 1 o 4 :. No muchos ADC modernos aceptarán una señal de +/- 10V directamente. Tendrías que mirar más lejos en el diagrama del circuito para determinar eso. Por lo general, es posible que tenga diferentes configuraciones de rango que cambiarían la ganancia del amplificador, e independientemente del rango que seleccione, el ADC verá una entrada fija como +/- 2.5V o +/- 5V. Entonces, si selecciona +/- 10V, el amplificador de ganancia programable (PGA) tendrá una ganancia de menos de 1.

Q1: un amplificador de instrumentación tiene una impedancia de entrada muy alta (y generalmente una corriente de polarización baja) en ambas entradas. Eso permite una entrada diferencial o de una sola terminación, teniendo la primera entrada ambas entradas altas en Z. Es particularmente importante tener entradas de alta impedancia si se van a multiplexar; de lo contrario, la resistencia del interruptor mux podría afectar las lecturas, pero siempre es bueno ya que no cargará las señales de entrada. La entrada diferencial permite rechazar el ruido de modo común.

Q2: La no linealidad de los pares diferenciales utilizados en dicha aplicación es mínima. La ganancia de bucle abierto de un amplificador operacional de precisión es tan alta que el cambio en el voltaje de entrada del par diferencial (de todos modos en CC) es solo de microvoltios para una oscilación de salida a escala completa. Son muy lineales en ese rango. Incluso si no lo fueran, el efecto es un porcentaje de microvoltios y sus señales son mucho más altas porque la ganancia de bucle cerrado es una pequeña fracción de la ganancia de bucle abierto (en DC).

Menciono "en DC" un par de veces, porque las cosas pueden ser considerablemente peores a altas frecuencias donde la ganancia de bucle abierto del amplificador operacional es menor y los efectos no lineales, como la limitación de la velocidad de giro, pueden entrar en juego.

No hay una respuesta universal. Considere los requisitos para cada entrada individualmente.

1. Si el ADC acepta de -10 a 10V y está usando un rango de 0-2V, entonces está usando solo el 10% del rango de entrada del ADC y está eliminando efectivamente 3 bits de resolución y precisión. Si eso satisface sus necesidades, entonces no necesita amplificación. Si no es así, puede amplificar la señal para hacer un mejor uso del rango de entrada y reducir los errores introducidos por el proceso DAQ.

2. La no linealidad será una función de la velocidad de giro de entrada y el ancho de banda del amplificador. Los amplificadores son más fáciles de hacer que los ADC, por lo que es probable que el propio ADC introduzca mayores problemas de velocidad de giro o de ajuste que el amplificador, y que la frecuencia de muestreo sea lo suficientemente alta como para representar la señal. Parte de su tarea es elegir un ADC y un amplificador que sean lo suficientemente rápidos para cumplir con los requisitos de entrada: O condicione la señal de entrada (reduciendo su ancho de banda y velocidad de respuesta) para evitar problemas con el amplificador y, lo que es más importante, asegúrese de su sistema de muestreo cumple el criterio de Nyquist.

Esto generalmente no es un problema en el esquema anterior, porque:

• Si está manejando señales de alta velocidad, generalmente no estará multiplexando entradas en un solo ADC.
• Usted controla la velocidad de multiplexación: simplemente asegúrese de que no sea demasiado rápido para permitir que el amplificador (si se usa) y las entradas ADC sean estables durante el tiempo de muestreo especificado.

Supone que su placa DAQ usa un ADC de señal delta con Cin de 10 pF, muestreando muestras de 10Miliion por segundo; Algunos sistemas de 24 bits son así.

La corriente de entrada (promedio) es Fsample * Csample * Vsample = 10Million * 10pF * 10 voltios = 10 * 10 * 10 microAmperes = 1 miliAmpere.