Усилитель сигналов датчика становится программируемым

Схема усилителя датчика давления на Рисунке 1 имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционным подходом, использующим классический инструментальный усилитель с тремя операционными усилителями. Схема может работать от одного источника питания, и в ней используются только два операционных усилителя и 1-процентные резисторы. Если опорное напряжение V_REF равно 0 В, коэффициент передачи преобразователя для схемы равен

Рисунок 1.	Эта схема является хорошим усилителем сигнала датчика, но ей недостает вариативности.

Чтобы обеспечить равенство коэффициентов усиления для двух привязанных к земле напряжений, составляющих дифференциальное напряжение датчика, необходимо выполнить следующее условие:

Это ограничение усложняет конструкцию и затрудняет внесение изменений в схему. Схема на Рисунке 2 сохраняет преимущества исходной схемы, но добавляет вариативности и программируемости коэффициенту усиления, упрощает расчетные выражения и уменьшает количество компонентов. Два объединенных по линиям управления цифровых потенциометра заменяют резисторы R₁ - R₄. Сопротивления движков потенциометров относительно выводов L и H определяют коэффициенты усиления по напряжению усилителей IC₁ и IC₂. Поскольку потенциометры идентичны, сквозные сопротивления между концами потенциометра (L-H) одинаковы, что соответствует требованию (R₁ + R₂) = (R₃ + R₄). Если поменять местами сопротивления (W-L) и (W-H) для усилителей IC₁ и IC₂, значения сопротивлений R₁ и R₄ будут равными. Если математически смоделировать сопротивления движка относительно выводов L и H как (1–p₁)R и (p₁)R, выражение для коэффициента усиления примет вид

Рисунок 2.	Улучшенная схема отличается программируемостью и меньшим количеством компонентов.

Коэффициент p₁ моделирует относительное положение движка при его перемещении от одного конца (p₁ = 0) потенциометра к другому концу (p₁ = 1). Количество значений, которые может принимать p₁, зависит от количества отводов потенциометра. Коэффициент усиления сигнала датчика, обратно пропорциональный (1–p₁), является псевдологарифмическим и изменяется от значения менее единицы до 31 для потенциометра с 32 отводами, такого как CAT5114, и до 99 для потенциометра со 100 отводами, такого как CAT5113. Напряжение V_REF представляет собой программируемое напряжение смещения для схемы преобразования сигналов. Опорное напряжение можно легко получить с помощью программируемого цифрового потенциометра, сконфигурированного как делитель напряжения.

Материалы по теме

1. Datasheet ON Semiconductor CAT5113
2. Datasheet ON Semiconductor CAT5114