في الماضي، كان تصميم نظام جمع البيانات يعني العثور على مجموعات مناسبة من المكونات من مجموعة من جداول البيانات واستكشاف أخطاء النموذج الأولي المجمع وإصلاحها. الآن، يمكن للمصممين استخدام أدوات التصميم الرقمي لسحب وإسقاط نماذج أجهزة الاستشعار، وكتل تكييف الإشارة التناظرية، والمحولات التناظرية إلى الرقمية (ADCs)، والمرشحات الرقمية في سلاسل الإشارات الافتراضية، مما يوفر الوقت ويقلل من الانعطافات. يمكن لهذا البرنامج محاكاة مخرجات السلسلة الافتراضية، مما يسمح للمصممين بفهم كيفية تأثير المكونات المحددة على النتائج، مثل نسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR)، وأخطاء الكسب والإزاحة، والطاقة.
لم تتم ترجمة مجموعة التصميم الرقمي Precision Studio الخاصة بشركة Analog Devices, Inc. (ADI)، بما في ذلك Signal Chain Designer. يمكن لهذه الوحدة أن تساعد المصممين على محاكاة أنظمة الحصول على البيانات قبل إنشائها. في Signal Chain Designer، يمكن للمستخدمين تحديد جهاز استشعار، وتعيين المعلمات للنموذج، ثم وضعه في كتلة الدائرة التي تمثل مكونات سلسلة الإشارة (الشكل 1).
مصمم سلسلة الإشارة في ADI Precision Studio
الشكل 1: باستخدام مصمم سلسلة الإشارة في ADI Precision Studio، يمكن للمصممين تحديد أجهزة الاستشعار وسحب كتل الدوائر المقابلة إلى سلسلة الإشارة لمحاكاة مكونات الحصول على البيانات. (مصدر الصورة: شركة Analog Devices, Inc.)
قبل تحويل إشارات الاستشعار إلى بيانات موثوقة، فإنها تحتاج إلى الخضوع لمعالجة متعددة المستويات، حيث يتكون كل مستوى من واحد أو أكثر من المكونات الإلكترونية أو وحدات الدائرة المتكاملة، والتي تعمل بمثابة إشارة المعالجة المسبقة للمستوى التالي. يمكن لمرحلة المعالجة الأكثر شيوعًا تضخيم الإشارات التناظرية، وتصفية الإشارات التناظرية، وتحويل الإشارات التناظرية إلى إشارات رقمية، وتصفية الإشارات الرقمية.
مرحلة تضخيم الإشارة التناظرية
غالبًا ما لا تتطابق الإشارات التناظرية التي تولدها أجهزة الاستشعار مع الإدخال الأمثل لنظام الحصول على البيانات. تستخدم مرحلة تضخيم الإشارة التناظرية مكبرات الصوت التشغيلية (op amps)، ومكبرات الصوت التفاضلية الكاملة، ومراجع الجهد، بالإضافة إلى المكونات السلبية مثل المقاومات والمكثفات والمحاثات لتحويل إشارات الاستشعار إلى الشكل الفعال الذي يتطلبه نظام الحصول على البيانات.
في Signal Chain Designer، يمكن للمستخدمين ضبط أنواع الإدخال والإخراج، والكسب المطلوب، وتحول المستوى المطلوب لتحقيق إدخال الجهد الصحيح لمراحل التضخيم التناظرية. بعد ذلك، يستخدم البرنامج منتجات ADI لبناء دوائر تلبي المعلمات المحددة وتخرج المخططات التخطيطية.
على سبيل المثال، بالنسبة للمستشعر بممانعة 1 كيلو أوم، وتردد 1 كيلو هرتز، وسعة 100 pF المستخدمة في الشكل 1، يمكن للمستخدم ضبط الكسب على 2 فولت/فولت ومستوى الإزاحة إلى 2.5 فولت (الشكل 2).
يمكن للمستخدمين تعيين معلمات مثل التكوين والكسب وتغيير المستوى
الشكل 2: إعدادات المستخدم لتكوين مرحلة تضخيم الإشارة التناظرية، والكسب، وتحول المستوى، والمعلمات الأخرى في Signal Chain Designer. (مصدر الصورة: شركة Analog Devices, Inc.)
استناداً إلى هذه المعلمات، قام البرنامج ببناء مخطط دائرة لمرحلة تضخيم الإشارة التناظرية (الشكل 3، أعلى)، والذي يتضمن مكبر للصوت التشغيلي ADA4097-2. يتطلب مكبر الصوت التشغيلي من سلسلة ADA4097-2 فقط 32.5 ميكرو أمبير لكل قناة لتحقيق منتج عرض النطاق الترددي (GBP) يبلغ 130 كيلو هرتز، وضوضاء الذروة إلى الذروة (PP) بين 0.1 هرتز و10 هرتز هي 1000 نيوتن فولت، مع تردد زاوي للضوضاء 1/f نموذجي يبلغ 6 هرتز.
قام البرنامج أيضًا بتطوير دائرة مرجعية لمرحلة مكبر الصوت، والتي تشتمل على مرجع جهد فجوة نطاق الدقة LTC6655B-2.5 ومضخم تشغيلي AD8510 (الشكل 3، أسفل)، وكلاهما من ADI.