СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №2/2013

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ мостовой схемы, в плечах которой включены чувствительные резистив ные или ёмкостные элементы. По пере даточнойфункции можно определить [10, 11]: ● постоянный уровень выходного сиг нала (Offset); ● диапазон выходных значений (Full Span Output, FSO) – разность между электрическими выходными сигна лами, измеренными при максималь ном и минимальном внешнем воз действии; ● полный диапазон выходных значе ний (Full Scale, FS), FS = Offset + FSO; ● диапазон измеряемых значений ( s max ) – максимально возможное значение входного сигнала, которое датчик может преобразовать в элек трический сигнал, не выходя за пре делы допустимой погрешности. В большинстве радиоэлектронных систем (см. рис. 2) сигналы датчиков оцифровывают с помощью аналого цифровых преобразователей (analog digital converter, ADC). Однако между датчиком и аналого цифровым преоб разователем (АЦП) всегда включают специальную схему, т.н. аналоговый интерфейс, к которой предъявляют ряд требований [10, 12]: ● осуществление защиты входа от пе регрузки; ● обнаружение неисправности дат чика; ● выполнение усиления (amplifica tion) и сдвига постоянного уровня выходного напряжения для согласо вания диапазона выходных значе ний датчика FSO с диапазоном вход ного напряжения АЦП; ● линеаризация (linearization) переда точной характеристики датчика, т.е. обеспечение постоянной чувстви тельности системы датчик – интер фейс в требуемом диапазоне вход ных воздействий; ● компенсация (compensation) темпе ратурного изменения основных ха рактеристик системы датчик – ин терфейс, в том числе, постоянного уровня выходногонапряжения, чувст вительности и диапазона выходных значений; ● ограничение полосы пропускания (bandwidth limiting) с помощью фильтра нижних частот (low pass fil ter, LPF). Ограничение полосы пропускания применяется, с одной стороны, чтобы улучшить отношение сигнал/шум, а с другой стороны, чтобы уменьшить ис кажения сигнала в том случае, когда частота выходного сигнала интерфей са превышает половину частоты дис кретизации АЦП. Заметим, что линеаризацию переда точнойфункциидатчикачастоосущест вляют после преобразования сигнала в цифровую форму, хотя её выполне ние затрудняет наличие у некоторых датчиков гистерезиса (различия значе ний выходного сигнала для одного и тогоже входного сигнала, полученного при его возрастании и убывании) и технологического разброса парамет ров. Температурнуюкомпенсациютак же можно выполнять при цифровой обработке, однако её реализация воз можна и за счёт изменения сигнала возбуждения или подстройки выход ного сигнала датчика. О СОБЕННОСТИ ПОДКЛЮЧЕНИЯ ИНТЕРФЕЙСОВ К УДАЛЁННЫМ ДАТЧИКАМ Обычно при работе с удалёнными датчиками основное внимание уделя ют уменьшению влияния синфазных помех, для чего интерфейс выполня ют с дифференциальным входоми вы соким коэффициентом ослабления синфазного сигнала (КОСС). В то же время, крайне необходимы правиль ная топология шин нулевого потенци ала (заземления) и обеспечение защи ты входа от перегрузки напряжением, возникающей при электростатичес ком разряде (Electro Static Discharge, ESD), электромагнитных помехах (Electromagnetic Interference, EMI) и/или повреждении датчика [13]. На рисунке 3 показаны предпочти тельные схемы включения удалённо го датчика, обозначенного как источ ник сигнала V S , в случае заземлённого (отрицательный вывод источника сиг нала соединён с «землёй» датчика на рисунке 3а) и «плавающего» (оба выво да источника сигнала не соединены с его «землёй» на рисунке 3б) источника сигнала [13]. Эти схемы подключения, совместно с дифференциальными или инструментальными усилителями, 45 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2013 Датчик Аналого-цифровой преобразователь Блок усиления Блок линеаризации Блок ограничения полосы пропускания Рис. 2. Структурная схема канала обработки сигналов датчиков Реклама