Vstupné a výstupné charakteristiky

   Prispôsobovacie obvody prevádzajú výstupný signál senzora do formátu, ktorý je kompatibilný so záťažou. Slúžia teda tak senzoru ako aj záťaži. Ich vstupná charakteristika $Z_{2IN}$ musí byť prispôsobená výstupnej charakteristike senzora $Z_{1OUT}$ a výstup $Z_{2OUT}$ musí byť prispôsobený záťaži $Z_{3IN}$.


Vstupná časť prispôsobovacieho elektronického obvodu môže byť vyšpecifikovaná pomocou niekoľkých štandardných údajov:
  • vstupná impedancia,
  • vstupný kľudový prúd,
  • zvodový prúd.

    •



Vstupná impedancia

   Vstupná impedancia ukazuje, ako veľmi je snímač zaťažovaný pripojeným obvodom.

\[ \mathbf{\dot{Z}}_{in}=\frac{\mathbf{\dot{U}}_{in}}{\mathbf{\dot{I}}_{in}} \;\;\; \;\;\;\;\;\;\;\;\; \mathbf{\dot{Z}}_{in}=\frac{R}{R+j\omega RC} \;\;\; \;\;\;\;\;\;\;\;\;
\mathbf{\dot{Z}}_{in}=\frac{\mathbf{\dot{Z}}_{in}}{\mathbf{\dot{Z}}_{0}+\mathbf{\dot{Z}}_{in}}\mathbf{\dot{U}}_{0}
\]



Vstupný kľudový prúd

   Na nasledujúcom obrázku je uvedený ekvivalentný obvod vstupných vlastností elektronických obvodov rozhrania snímača. Ekvivalnetný obvod je charakterizovaný vstupnou impedanciou a niekoľkými zdrojmi.
Zdroje predstavujú napätia a prúdy, ktoré sú generované samotným obvodom. Sú to vlastne rušivé signály.
    $e_0$ - offsetové napätie - pôsobí v sérii so vstupom,
    $i_0$ - vstupný kľudový (bias) prúd - je generovaný elektronickým obvodom,
    $e_n, i_n$ - šumové napätie a prúd - sú dané interným teplotným šumom a interferenciou.

Vstupný kľudový prúd je veľký u bipolárnych tranzistorov, menší u CMOS obvodov. Môže spôsobovať vážny problém, keď senzor elebo obvod obsahujú vysokoimpedančné zložky. Napríklad keď piezoelektrický senzor je pripojený na obvod so vstupným odporom 1 GΩ (10+9 Ω) a vstupný kľudový prúd je 1 nA (10-9 A), úbytok napätia bude 1 V, čo je naozaj veľká hodnota. Chyba vyvolaná vstupným kľudovým prúdom je zanedbateľne malá u snímačov s malým výstupným odporom.



Zvodový prúd

   Doska plošných spojov (PCB), pokiaľ pracuje s vysokoimpedančnými obvodmi, môže byť zdrojom chýb. Spôsobuje to zvodový prúd tečúci cez nižší povrchový odpor dosky plošných spojov.
   Ak je snímač kapacitný, jeho kapacita $C$ spolu s povrchovým odporom $R_L$ dosky plošných spojov môže spôsobiť povrchový zvodový prúd $i_L$ cez výstupnú impedanciu snímača a kondenzátor môže byť rýchlo nabitý. To nielenže spôsobí chybu, ale môže viesť aj k deštrukcii snímača.

Na minimalizáciu uvedeného efektu sa používa niekoľko techník. Spoje s vysokým napätím je potrebné na doske PCB umiestniť ďalej od vysokoimpedančných prvkov (najmä u viacvrstvých PCB by to nemalo byť prehliadnuté). Vysokoimpedančné interfejsové obvody je potrebné umiestniť čo najbližšie ku senzorom. Ak je nevyhnutné použiť spojovacie vedenie, je odporúčaný koaxiálny kábel s dobrou izoláciou. Taktiež je potrebné vyhnúť sa pripojeniu na vstup OZ takých prvkov, ktoré potenciálne môžu spôsobovať problémy (keramický kondenzátor).

  • prečítané 5853x