听ADI资深同事分享会后整理——常见的几块ADI传感器及信号调理电路

最近小编听咱们的信号调理资深同事分享的讲座,里面有大量传感器及信号调理的总结,先帮大家梳理下(ADI的传感器和信号调理电路太丰富了,这里小编只能囫囵吞枣以管窥豹……,更多的传感器及信号调理资料,以后陆续奉上哦)。详细PDF资料请点击:https://ezchina.analog.com/docs/DOC-1542 下载。

真实世界与电信号的世界,需要模拟电子技术去扮演桥梁哦,so,一个关于如何使用传感器信号链的宏大工程开启。对于一个擅长驯服“魔电”的高手,你需要考虑各种不同类型的传感器,以及配合其使用的放大器。

叮叮叮——提醒,每当此时你应该想起模电大神——ADI,哈哈

下图这些是一些常用传感器以及输出特点,用过至少的一个的童靴举举手?

 

    •  Analog Employees 
    on Nov 1, 2017 5:38 AM over 2 years ago

    温度传感器

    温度是到目前为止被检测最多的物理变量,因此其检测方式之多也就不足为奇。最常见的是热电偶,其温度检测范围非常宽,而且相当容易构建。热电偶精度高,使用时间长。

    RTD或电阻温度器件更容易使用,安装简单,具有良好的温度范围和线性度。热敏电阻可以做得极其小,因此灵敏度非常高。它是一种指数型器件,线性度很差,但对许多应用而言是相当不错的。我们还会讨论半导体器件,它具有标准半导体的温度范围,相当精确,而且很容易用在硅电路中。

    墙裂推荐几款主流的模拟温度传感器,电流输出传感器:AD590、AD592、TMP17

    • 1µA/K比例因子
    • 标称输出电流@+25°C:298.2µA
    • 工作电压范围:4V至30V
    • ±0.5°C最大误差(25°C时),±1.0°C误差(整个温度范围),±0.1°C典型非线性(AD592CN)
    • ±2.5°C最大误差(25°C时),±3.5°C误差(整个温度范围),±0.5°C典型非线性(TMP17F)
    • AD590额定温度范围:–55°C至+150°C
    • AD592额定温度范围:–25°C至+105°C
    • TMP17额定温度范围:–40°C至+105°

    最早的AD590已有将近40年的历史,现在它仍然是非常受欢迎的产品。

    哇,必须为ADI打call

    AD590其输出比例系数约为每K 1μA,标称总范围大概是-55至+150。它们在很宽的范围内具有良好的性能。我们曾将它丢进液氮中,在外壳破裂之前,它仍然给出了正确的数值。太太太太强大了! 我们开发了一系列模拟温度传感器,同样是获取电流,把它转换为电压,对某些系统来说,电压比电流更容易处理,尽管AD590及其后续产品的双端电流功能相当受欢迎。

    数字温度传感器——全面产品组合,带精度选项


    热电偶——热电偶的几点特性,你必须掌握

    • 电平极低(µV/ºC)
    • 非线性
    • 难以处理
    • 导线需要绝缘
    • 易受噪声影响
    • 易损坏
    • 最高温度范围,对于接触传感器

    热电偶可能是最常用的温度检测器件,它实际上是一种相当简单的器件。它只是几根导线,导线由两种不同金属制成,将它们连接在一起便形成一个小电池,该电池的输出会随温度而变化。 其输出电平非常低,每摄氏度仅几微伏,线性度不是那么好,有点难以处理,因为您得小心对待导线,但其温度范围非常宽。热电偶是温度范围最高的接触式传感器。现在虽然可以使用非接触式红外传感器,但热电偶的温度范围更高。 此类器件有许多类型,已经存在相当长时间,可提供不同的温度范围或输出电平。最常用的是J型和K型器件,其温度范围很宽,具有非常好的输出电平,最高达到每摄氏度50μV。如果需要更宽的温度范围,可以选用B型或S型,但输出范围会降低,每摄氏度只有8到10 μV。

    热电偶放大器AD849x

    为啥必懂涅?这些要点感受下——

    • 针对J和K型热电偶进行了工厂调整
    • 通过校准实现高精度
    • 冷结补偿(CJC)
    • IC温度为25°C和60°C
    • 输出电压为5mV/°C
    • 有源下拉电阻
    • 轨到轨输出摆幅
    • 宽电源范围:+2.7V至+/-15V
    • 低功耗< 1mW(典型值)
    • 封装——节省空间型MSOP-8无铅封装
    • 低成本< 1美元/片(批量采购)
    • 可在单电源供电时测量负温度

    ADI公司开发了一系列热电偶放大器,即AD849x系列,它通过跟踪输入端温度来提供冷结补偿,另外还集成了仪表放大器来放大热电偶输入。利用这类器件可以测量超高温度,精度在几度范围内,而且其输出要好用得多。

    我们的电路笔记271说明了一个温度测量系统的完整设计,您可以在网上找到此类设计。我们有一系列称为参考电路或CFTL的设计,它们是完整构建的应用,我们已在实验室中进行测试。我们提供了测量结果和完整的物料清单,大家很容易就能构建自己的应用。

    温度测量RTD传感器

    图:推荐个集成冷结补偿的K型热电偶测量系统 

    温度测量RTD传感器的应用


    • 主要应用优势
      • 三线式RTD
        • 2个匹配激励电流
        • 40 nV RMS(增益= 64)
        • 比率式配置
        • 50 Hz和60 Hz抑制(75 dB)

    还有一类器件是RTD或电阻温度传感器,它利用的是电阻随温度的变化,线性度在某种程度上高于热电偶,具有合理的测量范围,尺寸往往较小,因此更容易使用。但是,必须通过某种方式来精确测量电阻值。这里显示的四点或四线电桥可以测量阻值,另外还能提供激励。

    图中还有配合此类器件使用的放大器兼补偿器AD7793,我们还有其他针对不同类型传感器的专门放大器。大致上可以说,每类传感器都有配套的放大器。

    •  Analog Employees 
    on Nov 1, 2017 5:39 AM over 2 years ago

    位置和运动传感器

    多年来,此类传感器是利用各种机械装置实现的,但我们也能在硅片上制造大量此类传感器。人们关注很多不同的事情,比如线性位置、接近程度等,这就要用到传感器,电机、雷达等使用旋转传感器,汽车要使用加速度和倾斜传感器,飞机导航等需要陀螺仪,诸如此类。下面我们会看看这些传感器的很多不同使用方法。

    几种常见的位置与运动传感器

    • 线性位置:线性可变差分变压器(LVDT)
    • 霍尔效应传感器
    • 近程检测器
    • 旋转位置:
    • 光学旋转编码器
    • 自整角机和旋变器
    • 感应式传感器(线性和旋转位置)
    • AMR磁角度传感器
    • 加速和倾斜:加速度计
    • 陀螺仪

    LVDT或线性可变差分变压器本质上是一块磁铁,把它放在几个激励线圈或磁性线圈之间,当磁铁移动时,线圈中的磁场会随着中间电枢的移动而改变。

    图:AD698 LVDT信号调理器简图

    我们为此开发了一款放大器AD698,它提供激励以产生磁场,然后在另一侧拾取并放大信号,然后解码信号,提供输出。市售各类LVDT中,精度可以达到高于1 微米的水平,这是非常精确的器件。它们用于精密测量,也用于各类CNC工具。

    霍尔效应传感器

    现在,霍尔传感器已被用作磁场传感器或近距离传感器,其磁场沿某个方向穿过导体或半导体,我们使用的是半导体。当磁场改变时,另一方向的电流也会改变。

    ADI公司的AD22151集成了霍尔传感器和所有相关电路,能够提供很好的单一输出,精度约为0.1%。其最常见用途之一是近距离检测,也就是机器何时到达一个挡块,另外也用于检测旋转器件何时经过某一点。输出相当低,但对某些应用是有用的。

    AMR精密磁传感器

    一种较新型且更引入注目的磁传感器是AMR或各向异性磁阻传感器,这种传感器的阻值随穿过此器件的磁场角度而变化。与霍尔型器件相比,其精度和速度性能更高,而且更易于使用。它非常适合以非接触方式检测电机旋转,人们为解决这个问题曾努力了很长时间。

    高精度AMR角度传感器——ADA4571

    我们的ADA4571包括AMR桥式传感器以及所有相关驱动和解码电路,通过一个封装便能获得完整的信号。其精度约为半度,最高可检测50,000 RPM,功耗低,是非常受欢迎的器件,而且还会推出更多此类产品。

    •  Analog Employees 
    on Nov 1, 2017 5:40 AM over 2 years ago

    高阻抗传感器

    光电二极管应用

    其许多应用当然是光学方面。在CAT扫描器中用于X射线探测,汽车应用,通信中的光纤接收器需要超高速光电二极管,还有各种工业应用。

    对于此类应用,我们有全系列放大器可供使用。它们全都是在fA范围内工作。最新的一款是ADA4530-1,它在25C时的最大输入偏置电流为20 fA,而典型输入电流在1 fA左右,大约每秒6,000个电子。因此,器件输入电流的噪声基本上是在计数电子。许多应用都可以使用光电二极管来实现非常精密的测量。

    电阻传感器应用

    电阻传感器,它通常用在桥式电路中,比如应变计和电子秤,压力传感器也是如此。还有其他类型的阻性响应传感器,例如之前讨论的响应温度变化的RTD和热敏电阻,但最简单的使用方法是配合电桥使用。

    多数情况下,为了拾取电阻桥的信号,我们要使用放大器,即所谓仪表放大器,其输入偏置电流非常低,并且具有平衡输入,因此不会干扰电桥上的电压,只会相当精确地拾取信号,再予以放大;仪表放大器还具有非常好的共模抑制性能。AD8422就是一款非常受欢迎而且性能出色的仪表放大器。