Στο παρελθόν, ο σχεδιασμός ενός συστήματος συλλογής δεδομένων σήμαινε να βρεθούν κατάλληλοι συνδυασμοί συστατικών από μια στοίβα πίνακες δεδομένων και την αντιμετώπιση προβλημάτων του συναρμολογημένου πρωτοτύπου.Οι σχεδιαστές μπορούν να χρησιμοποιήσουν ψηφιακά εργαλεία σχεδιασμού για να σύρουν και να αφήνουν μοντέλα αισθητήρων, αναλογικά στοιχεία προετοιμασίας σήματος, μετατροπείς αναλογικού σε ψηφιακό (ADC) και ψηφιακά φίλτρα σε εικονικές αλυσίδες σήματος, εξοικονομώντας χρόνο και μειώνοντας τις περιστροφές.Αυτό το λογισμικό μπορεί να προσομοιώσει την έξοδο της εικονικής αλυσίδας, επιτρέποντας στους σχεδιαστές να κατανοήσουν πώς τα επιλεγμένα συστατικά επηρεάζουν τα αποτελέσματα, όπως η αναλογία σήματος-θόρυβου (SNR), τα λάθη κέρδους και αντιστάθμισης και η ισχύς.
Η σειρά ψηφιακού σχεδιασμού της Analog Devices, Inc. (ADI) Precision Studio, συμπεριλαμβανομένου του Signal Chain Designer, δεν μεταφράζεται.Η ενότητα αυτή μπορεί να βοηθήσει τους σχεδιαστές να προσομοιώσουν συστήματα απόκτησης δεδομένων πριν τις δημιουργήσουνΣτο Signal Chain Designer, οι χρήστες μπορούν να επιλέξουν έναν αισθητήρα, να ορίσουν παραμέτρους για το μοντέλο και στη συνέχεια να τον τοποθετήσουν στο μπλοκ κυκλώματος που αντιπροσωπεύει τα συστατικά της αλυσίδας σήματος (Σχήμα 1).
Σχεδιαστής αλυσίδας σήματος στο ADI Precision Studio
Σχήμα 1: Χρησιμοποιώντας τον σχεδιαστή αλυσίδας σήματος στο ADI Precision Studio,Οι σχεδιαστές μπορούν να επιλέξουν αισθητήρες και να σύρουν τα αντίστοιχα τεμάχια κυκλώματος στην αλυσίδα σήματος για προσομοίωση στοιχείων απόκτησης δεδομένων. (Πηγή εικόνας: Analog Devices, Inc.)
Προτού μετατραπούν τα σήματα των αισθητήρων σε αξιόπιστα δεδομένα, πρέπει να υποβληθούν σε επεξεργασία πολλαπλών επιπέδων, με κάθε επίπεδο να αποτελείται από ένα ή περισσότερα ηλεκτρονικά εξαρτήματα ή ενσωματωμένα κυκλώματα IC,που χρησιμεύουν ως σήμα προεπεξεργασίας για το επόμενο επίπεδοΤο πιο κοινό στάδιο επεξεργασίας μπορεί να ενισχύσει τα αναλογικά σήματα, να φιλτράρει τα αναλογικά σήματα, να μετατρέψει τα αναλογικά σήματα σε ψηφιακά σήματα και να φιλτράρει τα ψηφιακά σήματα.
Στάδιο ενίσχυσης αναλογικού σήματος
Τα αναλογικά σήματα που παράγονται από τους αισθητήρες συχνά δεν αντιστοιχούν στην βέλτιστη είσοδο του συστήματος απόκτησης δεδομένων.Πλήρως διαφορικοί ενισχυτές, αναφορές τάσης, καθώς και παθητικά εξαρτήματα όπως αντίστοιχα, πυκνότεροι και επαγωγείς για τη μετατροπή των σημάτων των αισθητήρων στην αποτελεσματική μορφή που απαιτείται από το σύστημα απόκτησης δεδομένων.
Στον σχεδιαστή αλυσίδας σήματος, οι χρήστες μπορούν να ορίσουν τους τύπους εισόδου και εξόδου, την απαιτούμενη αύξηση και τη μετατόπιση επιπέδου που απαιτούνται για την επίτευξη της σωστής εισόδου τάσης για τα στάδια αναλογικής ενίσχυσης.το λογισμικό χρησιμοποιεί προϊόντα ADI για την κατασκευή κυκλωμάτων που πληρούν τις καθορισμένες παραμέτρους και τα έξοδα σχηματικά διαγράμματα.
Για παράδειγμα, για τον αισθητήρα με αντίσταση 1 k Ω, συχνότητα 1 kHz και χωρητικότητα 100 pF που χρησιμοποιείται στο σχήμα 1, ο χρήστης μπορεί να ορίσει την αύξηση σε 2 V/V και το επίπεδο σε 2,5 V (σχήμα 2).
Οι χρήστες μπορούν να ορίσουν παραμέτρους όπως διαμόρφωση, κέρδος και μετατόπιση επιπέδου
Σχήμα 2: Ρυθμίσεις χρήστη για τη διαμόρφωση σταδίου ενίσχυσης αναλογικού σήματος, κέρδος, μετατόπιση επιπέδου και άλλες παραμέτρους στον σχεδιαστή αλυσίδας σήματος (πηγή εικόνας: Analog Devices, Inc.)
Με βάση αυτές τις παραμέτρους, το λογισμικό κατασκεύασε ένα σχήμα κυκλώματος του σταδίου ενίσχυσης αναλογικού σήματος (Σχήμα 3, επάνω), το οποίο περιλαμβάνει λειτουργικό ενισχυτή ADA4097-2.Ο λειτουργικός ενισχυτής της σειράς ADA4097-2 απαιτεί μόνο 32.5 μ ρεύμα ανά κανάλι για την επίτευξη προϊόντος εύρους ζώνης κέρδους (GBP) 130 kHz, και ο θόρυβος από κορυφή σε κορυφή (P-P) μεταξύ 0,1 Hz και 10 Hz είναι 1000 nV,με τυπική γωνιακή συχνότητα θορύβου 1/f 6 Hz.
Το λογισμικό ανέπτυξε επίσης ένα κύκλωμα αναφοράς για το στάδιο του ενισχυτή, το οποίο περιλαμβάνει μια αναφορά τάσης εύρους ζώνης ακριβείας LTC6655B-2.5 και έναν λειτουργικό ενισχυτή AD8510 (Σχήμα 3, κάτω),και τα δύο προέρχονται από την ΑΔΙ.