Разработка системы сбора и обработки информации

 

Общее описание.

     Одноканальный MAX4091 операционный усилитель (ОУ) объединяет в себе прецизионную точность передачи DC уровней с размахом входных/выходных уровней сигналов от шины до шины питания. Так как, напряжение синфазного сигнала может находится в диапазоне от VCC до V EE, устройство может питаться либо от однополярного (от 2.7 В до 6 В), либо от двуполярного (от ±1.35 В до ±3 В) источников питания. Каждый канал ОУ имеет потребляемый ток не более 130 мкА. Даже при таком малом потребляемом токе, ОУ способен управлять нагрузкой 1 кОм, и ее напряжение шумов, приведенных ко входу, составляет всего 12 нВ/Гц.

     Прецизионные  рабочие параметры ОУ MAX4091, в сочетании с его входным и выходным динамическими диапазонами, низким напряжением питания, питанием от однополярного источника, весьма малым потребляемым током, делают его идеальным выбором для приборов с автономным питанием, технологического оборудования, оборудования сбора данных и контрольного- измерительного оборудования. ОУ MAX4091 выпускается в малогабаритных корпусах типа 5-pin SOT23, 8-pin µMAX, и 8-pin SO. 

Отличительные особенности:

• Низковольтное, однополярнрое питание от 2.7 В до 6 В
• Уровни входных сигналов могут выходить за предел диапазона напряжений питания (Beyond-the-Rails™)
• Напряжение смещения 30 мкВ
• Размах выходных сигналов от шины (+) питания – до (-) шины питания, выходное сопротивление 1 кОм
• Стабильный коэффициент усиления с емкостной нагрузкой до 2000 пф
• Потребляемый ток покоя 165 мкА (макс)
• Полоса усиления 500 кГц
• Высокий коэффициент усиления по напряжению (115 дБ)
• Высокий уровень подавления синфазного сигнала (90 дБ) и коэффициент подавления наводки по питанию (100 дБ)
• Диапазон рабочих температур от -40°C до +125°C

Области применения:

• Приборы с автономным питанием
• Портативное оборудование
• Системы сбора и управления данными
• Низковольтные формирователи сигналов

Расчет  операционного усилителя:

Известные данные:

Номинальное сопротивление

• Ток мА (номинальный измерительный ток для ТС с номинальным сопротивлением (R0) 50 и 100 Ом по ГОСТ Р 8.625-2006).
• Номинальное сопротивление Ом.
• Напряжение питания датчика (термометра сопротивления) В.
• Минимальное напряжение срабатывания АЦП В.

 

Для понижения  выходного напряжения с датчика  поставим последовательно в цепь с термометром сопротивления  дополнительное сопротивление  . 

Расчет  выходного напряжения датчика :

В;

Расчет  дополнительного  сопротивления  :

;

кОм.

Расчет  коэффициента усиления ОУ:

Резисторы ,

Для обеспечения  симметрии по дифференциальному  сигналу выбираем резисторы: Ом

Резисторы обратной связи  ,

кОм.

2.3 Аналогово-цифровой  преобразователь.

     Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) являются устройствами, которые принимают входные аналоговые сигналы и генерируют соответствующие им цифровые сигналы, пригодные для обработки микропроцессорами и другими цифровыми устройствами.

     Принципиально не исключена возможность непосредственного  преобразования различных физических величин в цифровую форму, однако эту задачу удается решить лишь в редких случаях из-за сложности таких преобразователей. Поэтому в настоящее время наиболее рациональным признается способ преобразования различных по физической природе величин сначала в функционально связанные с ними электрические, а затем уже с помощью преобразователей напряжение-код - в цифровые. Именно эти преобразователи имеют обычно в виду, когда говорят об АЦП.

     Аналогово-цифровой преобразователь  MAX1109. Это экономичный, 8-ми разрядный, двухканальный, последовательный АЦП с однополярным питанием.

     Блок  – схема:

     

     Расположение  выводов:

     

VDD – положительное напряжение питания.

CH0, CH1- Выборка аналоговых входов.

GND – земля.

REF - Опорное напряжение для аналого-цифрового преобразования.

COM - Общий провод для аналоговых входов. Устанавливает нулевой код напряжения в режиме одного добавления. (Должен быть устойчив к 
± 0.5LSB во время преобразования.)

CS - сигнал выбора кристалла. Данные не показаны в DIN, если CS низок.

DIN - Последовательный Ввод данных. (Цифровой вход).

DOUT - цифровой выход.

SCLK - ножка синхронизации.

Графики работы:

     Временной график работы АЦП. 
 

     

     Зависимость кода от входного напряжения. 

Отличительные особенности:

• Однополярное питание: 
      От +4.5 В до + 5.5 В (MAX1109)
• Низкий потребляемый ток:
• 105 мкА при +3 В и 50 К выборок/с
• 0.5 мкА в режиме отключения (Power-Down Mode)
• Программируемая, с помощью выводов, конфигурация (однополярный/биполярный режим работы входов)
• Диапазон напряжения входных сигналов от 0 В до VDD
• Встроенная система выборки/фиксации
• Встроенный источник опорного напряжения: 
      +4.096 В (MAX1109)
• Диапазон входного напряжения ИОН от 1 В до VDD
• SPI/QSPI/MICROWIRE- совместимый последовательный интерфейс
• Режим мониторинга напряжения VDD
• Малогабаритный корпус типа 10-pin µMAX

Области применения:

• Портативные системы регистрации данных
• Измерительные приборы ручного применения
• Медицинское оборудование
• Диагностические системы
• Автономные системы с питанием от солнечной энергии
• Системы с автономным питанием 4-20 мА
• Индикаторы уровня принимаемого сигнала (RSSI)

     Описание:

     Экономичные, 8-ми разрядные, двухканальные, аналого- цифровые преобразователи (АЦП) MAX1108/MAX1109 имеют встроенную систему выборки/фиксации (T/H), источник опорного напряжения (ИОН), тактовый генератор и последовательный интерфейс. ИС MAX1108 предназначена для питания напряжением в диапазоне от +2.7 В до +3.6 В и потребляет ток всего 105 мкА. ИС MAX1109 предназначена для питания напряжением в диапазоне от +4.5 В до +5.5 В и потребляет ток всего 130 мкА. Аналоговые входы имеют возможность конфигурации выводами ИС, для реализации униполярного/ биполярного и одиночного/ дифференциального режимов работы. ИС имеет встроенную функцию мониторинга напряжения батареи.

     Максимальный  диапазон амплитуды входного сигнала  определяется +2.048 В ИОН (MAX1108), или +4.096 В (MAX1109), или, с помощью, подачи внешнего сигнала ИОН, в диапазоне от 1 В до VDD. ИС MAX1108/MAX1109, также, имеют вход управления режимом пониженного энергопотребления, который снижает потребляемый ток до 0.5 мкА, когда не требуется использование ИС. Четырех- проводной, последовательный интерфейс непосредственно стыкуется с устройствами стандартов SPI™, QSPI™, MICROWIRE™, без необходимости применения внешней логики. Преобразования со скоростями до 50 К выборок/с производятся с применением встроенного тактового генератора, или с использованием внешнего генератора с последовательным интерфейсом.

     ИС MAX1108/MAX1109 выпускается в корпусе 10-Pin µMAX, с занимаемой площадью, составляющей 20% от корпуса типа 8-pin plastic DIP.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.4 Гальваническая развязка

     Гальваническая развязка выполняется на оптопаре. Оптопара  -  это  электронный  компонент,   содержащий комбинацию светоизлучающих и светочувствительных элементов помещенных в один корпус. Принцип работы такого устройства заключается в преобразовании электрического сигнала в свет, его передаче по оптическому каналу и последующему преобразованию обратно в электрический сигнал. Оптопары широко используются в различных радиотехнических устройствах, где требуется гальваническая развязка между отдельными узлами. Оптопары позволяют осуществлять бесконтактное управление электрическими цепями. Оптопары выпускаются как в стандартных DIP корпусах, так и в корпусах  SOIC  для поверхностного монтажа. Выбираем транзисторную оптопару марки АОТ174В фирмы Протон.

     1 – Анод 2 – Катод 3 – Эмиттер 4 – Коллектор

     Оптопара  состоит из  кристаллов инфракрасного AsGaAl светодиода и кремниевого n-p-n фототранзистора.  Кристаллы расположены в одной  плоскости, оптически связаны полусферическим световодом.Такая конструкция обеспечивает отсутствие полевых утечек при длительном приложении Uиз. Внутренние межсоединения выполнены золотой проволокой. 

     Поставляется  в корпусах DIP4 и DIP4SMD. 
 
 

Предельно-допустимые режимы эксплуатации: