Samokorygująca architektura zastosowana we wzmacniaczach operacyjnych MCP6V0X idealnie nadaje się do urządzeń rzenośnych z zasilaniem bateryjnym i zastosowań przemysłowych, takich jak precyzyjny odczyt temperatury i korekta offsetu prądu stałego.
Przenośne. Zasilane z baterii. Bezprzewodowe. Podczas gdy określenia takie dotyczą zazwyczaj najnowszych wyrobów konsumenckich, tego typu technologie umożliwiają zastosowanie sprzętu laboratoryjnego w fabrykach.
Ludzie pragną mieć większą kontrolę nad procesami – twierdzi Art Eck, starszy kierownik ds. marketingu produktów w Microchip Technology. Dzięki zastosowaniu technologii umożliwiającej łatwe przyłączenie, przyrządy w coraz większym stopniu stają się przenośne, zatrudnieni w zakładach produkcyjnych inżynierowie mogą dokonywać pomiarów wartości, których wcześniej nie dało się zmierzyć. Eck obserwuje, jak jego klienci przeprowadzają więcej pomiarów temperatury, ciśnienia, przyspieszenia, sterowania ruchem, a nawet więcej pomiarów chemicznych. Gdy tylko zacznie się to robić, otwierają się możliwości niezwykłego sterowania procesem, wzrasta wydajność i jest to wspaniała inwestycja – dodaje.
„Wiele firm produkujących przyrządy modyfikuje swoje urządzenia tak, by były one lepiej przystosowane do zastosowań uniwersalnych typu przemysłowego, co idzie w parze z możliwością przyłączenia – stwierdza Trent Butcher, kierownik ds. marketingu produktu w firmie Microchip Technology.
Przemiana ta napędza rozwój kilku nowych produktów z analogowym układem scalonym. Wzmacniacze operacyjne z opcją korekcji automatycznej MCP6V0X firmy Microchip, wyposażone w wejście/ wyjście rail-to-rail zostały specjalnie zaprojektowane w taki sposób, by ułatwić „przeprowadzkę” z laboratorium do fabryki.
Postrzegamy opcję korekcji automatycznej jako silny atut na rynku instrumentów i rynku przemysłowym – twierdzi Eck. Jedną z przyczyn jest zwiększony stopień wykorzystywania technologii przez pracowników, którzy z urządzeniami obchodzą się mniej delikatnie, niż miało to miejsce w laboratorium.
Kosztowne sondy nie sprawdzają się w rękach osób mniej obytych ze sprzętem – dodaje Eck. Potrzebna jest bardziej wytrzymała sonda. Przed obwodami wejściowymi przyrządu należy postawić większe wymagania związane z eliminowaniem błędów, aby można było uniknąć instalacji wzmacniacza w sondzie. Wzmocnienie na poziomie sondy pociąga za sobą większe wydatki, a wymiana uszkodzonej sondy także jest kosztowna. Staje się to poważnym problemem w miarę, jak sprzęt ten jest coraz powszechniej wykorzystywany – stwierdza Eck.
Tańsze sondy wymagają przetworników analogowo-cyfrowych o większej rozdzielczości i wzmacniaczy o mniejszym offsecie. Oprócz wzmacniacza MCP6V0X, Microchip oferuje MCP3551 – jednokanałowy, 22-bitowy przetwornik analogowo-cyfrowy delta-sigma o małej mocy, eliminujący potrzebę wzmacniania na poziomie sondy.
Jeśli zastosuje się tańszą sondę, wystąpi więcej szumów, trudniej będzie wyodrębnić pożądany sygnał i z tego powodu uzyskanie mniejszego offsetu zyskuje na znaczeniu – nadmienia Eck. Na skutek tego, o wiele ważniejsze staje się poprawione tłumienie sygnału wspólnego po wejściowej stronie pomiaru – do tego właśnie celu stworzono MPCV0X. Dysponując sygnałem, w przypadku którego nie jest potrzebna wysoka rozdzielczość, można teraz umieścić funkcję korekcji automatycznej po stronie wejściowej i w ten sposób wyeliminować dużą część zakłóceń. Pozwala to uniknąć wprowadzania dużych błędów offsetu.
Możliwość przyłączenia to kolejny aspekt przyrządów w zakładzie produkcyjnym. Czasem widzimy, że w branży przemysłowej wykorzystywane jest wiele interesujących architektur magistralowych, takich jak CANbus – stwierdza Eck. Faktycznie, popularność sieci USB i CAN z bezprzewodowymi węzłami RF rośnie i stawia przed obwodami analogowymi nowe problemy do rozwiązania. Przy wielu lokalizacjach sieci rozproszonych i obwodach zasilanych prądem o napięciu 5,5 V lub mniejszym, zakres dynamiki staje się poważnym problemem. Jesteś ograniczony wartością napięć wejściowych, więc napięcie offsetu jest istotne – stwierdza Butcher. To przyczynia się do wzrostu zapotrzebowania na wzmacniacz wysokiej klasy. Eck dodaje – Potrzeba wzmacniacza operacyjnego rail-to-rail, ponieważ zakres dynamiki jest o tyle mniejszy.
Nawet mimo tego, że zakres zastosowań sond rozszerza się, zaś sondy stają się stosowane coraz powszechniej, nie znaczy to, że proces ten następuje kosztem osiągów. Faktycznie poprawiają się one – stwierdza Eck. Nowe sondy są odporniejsze i tańsze, ale ogólne ograniczenia systemu są faktycznie wyższe.
Dzięki zastosowaniu przetworników analogowo-cyfrowych o wyższej rozdzielczości i wzmacniaczy o niższym offsecie, wzmacniacz można teraz przenieść z sondy do wnętrza urządzenia, dzięki czemu można stworzyć tanią sondę.
Udoskonalone obwody analogowe także mają coś do zaoferowania w dziedzinie urządzeń laboratoryjnych. Zastosowania związane z wykorzystaniem kosztownych sond nadal istnieją, jako że doświadczeni pracownicy laboratoryjni ciągle podnoszą poprzeczkę, jeśli chodzi o dokładność pomiarów. Stosowanie w sondzie wzmacniaczy wyższej jakości może poprawić wartość przyrządów.
Szeroki zakres temperatur roboczych
Skoro urządzenia wychodzą z kontrolowanego środowiska laboratoryjnego, temperatura jest kolejnym aspektem, który wymaga specjalnej uwagi, jeśli chodzi o produkty analogowe. Produkty takie jak Linear Technology LT6107, wzmacniacz z czujnikiem prądowym, umieszczonym od strony zasilania, są odpowiedzią na to zapotrzebowanie. Wyposażone są one w obudowę z tworzywa sztucznego dopuszczonego do użytku w wojsku i pracują w zakresie temperatur od -55° do +150° C.
W zakresie temperatur umożliwiających zastosowanie w zakładach produkcyjnych, dwa zewnętrzne rezystory określają współczynnik wzmocnienia, kontrolując dokładność i dryf wzmocnienia, pobór mocy, czas reakcji i impedancję wejściową/wyjściową wzmacniacza LT6107 firmy Linear Technology.
LT6107 oferuje proste rozwiązanie z czujnikiem prądowym, umieszczonym od strony zasilania dla niezwykle trudnych środowisk – twierdzi Mike Kultgen, szef projektu pracujący w Linear Technology.
Działający ze składową wspólną napięcia o wartości do 36V wzmacniacz ma gwarancję, że napięcie offsetowe będzie wynosić mniej niż 400 μV powyżej temperatury i może przyjmować wejście różnicowe w pełnej skali rzędu 500 mV, co daje minimalny zakres dynamiki wynoszący 1250:1. Osiągi i zakres temperatur roboczych sprawiają, że wzmacniacz z czujnikiem prądowym dobrze nadaje się do zastosowań przemysłowych wiążących się z małą mocą i zasilaniem bateryjnym.
Zabezpieczenie
W przypadku architektur USB i CAN, przesyłanie danych i zasilania tym samym przewodem wymaga specjalnych rozwiązań projektowych, zapobiegających powstawaniu problemów. Aby możliwe było wprowadzenie takiej zwiększonej możliwości przyłączania, MAX13448E firmy Maxim Integrated Products oferuje pełnodupleksowy nadajnik- odbiornik, który posiada wbudowane zabezpieczenie na wtykach interfejsu RS-485, co umożliwia mu powrót do normalnego stanu po zwarciach o wartości do ± 80 V. To wbudowane zabezpieczenie eliminuje potrzebę stosowania zewnętrznych obwodów zabezpieczających, takich jak ograniczniki dodatniego współczynnika temperaturowego i diody Zenera. Wewnętrzne obwody zabezpieczające zapobiegają transmisji danych podczas awarii i umożliwiają normalną pracę po jej usunięciu.
W pełnodupleksowym nadajniku-odbiorniku MAX 13448E firmy Maxim, sterownik przyjmuje pojedynczy, logiczny sygnał wejściowy i przekształca go na różnicowe wyjście z poziomu RS-485/RS-422. Odbiornik przyjmuje różnicowe wyjście z poziomu RS-485/RS-422 i przekształca go na pojedynczy, logiczny sygnał wyjściowy.
Aby uniknąć problemów, jakie spowodować może wysoki poziom wypromieniowywanych zakłóceń, obwody ograniczające szybkość narastania napięcia wyjściowego zmniejszają interferencję elektromagnetyczną i odbicia na szynie danych. W przypadku zasilania o wartości 5V, może to oznaczać do 500 kb/s transmisji wolnych od błędów danych lub do 250 kb/s przy zasilaniu 3,3 V.
Nadajnik-odbiornik, który może pracować w zakresie temperatur od -40° do +85° C, rozwiązuje nie tylko problemy występujące w branży przemysłowej, ale także w ogrzewnictwie, wentylacji i klimatyzacji i systemach sterowania napędem mechanicznym.
