Dans le passé, concevoir un système de collecte de données impliquait de trouver des combinaisons appropriées de composants à partir d'une pile de tableaux de données et de dépanner le prototype assemblé. Désormais, les concepteurs peuvent utiliser des outils de conception numérique pour glisser-déposer des modèles de capteurs, de blocs de conditionnement de signaux analogiques, de convertisseurs analogique-numérique (CAN) et de filtres numériques dans des chaînes de signaux virtuelles, permettant ainsi de gagner du temps et de réduire les détours. Ce logiciel peut simuler la sortie d'une chaîne virtuelle, permettant aux concepteurs de comprendre comment les composants sélectionnés affectent les résultats, tels que le rapport signal/bruit (SNR), les erreurs de gain et de décalage et la puissance.
La suite de conception numérique Precision Studio d'Analog Devices, Inc. (ADI), comprenant Signal Chain Designer, n'est pas traduite. Ce module peut aider les concepteurs à simuler des systèmes d'acquisition de données avant de les créer. Dans Signal Chain Designer, les utilisateurs peuvent sélectionner un capteur, définir les paramètres du modèle, puis le placer dans le bloc de circuit représentant les composants de la chaîne de signal (Figure 1).
Concepteur de chaîne de signaux dans ADI Precision Studio
Figure 1 : À l'aide de Signal Chain Designer dans ADI Precision Studio, les concepteurs peuvent sélectionner des capteurs et faire glisser les blocs de circuit correspondants dans la chaîne de signaux pour la simulation des composants d'acquisition de données. (Source de l'image : Analog Devices, Inc.)
Avant de convertir les signaux des capteurs en données fiables, ils doivent subir un traitement à plusieurs niveaux, chaque niveau étant constitué d'un ou plusieurs composants électroniques ou modules IC de circuits intégrés, qui servent de signal de prétraitement pour le niveau suivant. L'étape de traitement la plus courante peut amplifier les signaux analogiques, filtrer les signaux analogiques, convertir les signaux analogiques en signaux numériques et filtrer les signaux numériques.
Étage d'amplification du signal analogique
Les signaux analogiques générés par les capteurs ne correspondent souvent pas à l'entrée optimale du système d'acquisition de données. L'étage d'amplification du signal analogique utilise des amplificateurs opérationnels (amplis opérationnels), des amplificateurs entièrement différentiels, des références de tension, ainsi que des composants passifs tels que des résistances, des condensateurs et des inductances pour convertir les signaux des capteurs sous la forme efficace requise par le système d'acquisition de données.
Dans Signal Chain Designer, les utilisateurs peuvent définir les types d'entrée et de sortie, le gain requis et le décalage de niveau requis pour obtenir une entrée de tension correcte pour les étages d'amplification analogiques. Ensuite, le logiciel utilise les produits ADI pour créer des circuits qui répondent aux paramètres définis et génère des diagrammes schématiques.
Par exemple, pour le capteur avec une impédance de 1 k Ω, une fréquence de 1 kHz et une capacité de 100 pF utilisé dans la figure 1, l'utilisateur peut régler le gain sur 2 V/V et le décalage de niveau sur 2,5 V (Figure 2).
Les utilisateurs peuvent définir des paramètres tels que la configuration, le gain et le changement de niveau
Figure 2 : Paramètres utilisateur pour la configuration de l'étage d'amplification du signal analogique, le gain, le décalage de niveau et d'autres paramètres dans Signal Chain Designer. (Source de l'image : Analog Devices, Inc.)
Sur la base de ces paramètres, le logiciel a construit un schéma de circuit de l'étage d'amplification du signal analogique (Figure 3, en haut), qui comprend un amplificateur opérationnel ADA4097-2. L'amplificateur opérationnel de la série ADA4097-2 ne nécessite qu'un courant de 32,5 µA par canal pour obtenir un produit de gain et de bande passante (GBP) de 130 kHz, et le bruit crête à crête (PP) entre 0,1 Hz et 10 Hz est de 1 000 nV, avec une fréquence angulaire de bruit 1/f typique de 6 Hz.
Le logiciel a également développé un circuit de référence pour l'étage amplificateur, qui comprend une référence de tension de bande interdite de précision LTC6655B-2.5 et un amplificateur opérationnel AD8510 (Figure 3, en bas), tous deux provenant d'ADI.