Lekce 1Výpočet pásma a stability: uzavřené smyčkové pásmo z GBW operačního zesilovače, úvahy o fázi a techniky kompenzaceOdvozujeme uzavřené smyčkové pásmo z GBW operačního zesilovače a faktoru zpětné vazby, poté spojujeme fázi s stabilitou a přechodní odezvou. Úvod do kompenzačních možností pro kapacitivní zátěže a vysoké zesílení s návrhovými pokyny.
Spojení GBW, faktoru zpětné vazby a pásmaInterpretace Bodeových diagramů a cílů fázeIdentifikace známek marginálních nebo nestabilních smyčekNávrh kompenzace pro kapacitivní zátěžKontrola stability napříč procesem a teplotouLekce 2Praktický výběr komponent: hledání a interpretace datasheetů operačních zesilovačů (příklady zesilovačů pro senzory)Tato sekce učí, jak číst a porovnávat datasheety operačních zesilovačů pro podmínkování senzorů. Zaměříte se na šum, posun, vstupní rozsah, napájecí možnosti a balení a naučíte se rychle filtrovat díly podle požadavků systému.
Identifikace rodin zesilovačů pro senzoryInterpretace specifikací vstupního posunu a driftuHodnocení parametrů šumu, CMRR a PSRRKontrola vstupních a výstupních napěťových rozsahůHodnocení omezení balení, výkonu a nákladůLekce 3Plán SPICE simulace pro zesilovací blok: zdroje podnětů (diferenciální sínus, společný mód, zdroje šumu), AC analýza, přechodní, šumová analýza a měření posunu/chybTato sekce vyvíjí strukturovaný SPICE plán pro zesilovací blok, definuje podněty, analýzy a měření. Naučíte se ověřovat zesílení, pásmo, šum, posun a chování společného módu před přechodem k PCB rozložení.
Definice cílů simulace a klíčových metrikNastavení diferenciálních a společných zdrojůPlánování AC, přechodních a šumových analýzMěření zesílení, posunu a lineárnosti v SPICEOrganizace testbenchů pro opětovné použití a kontroluLekce 4Návrh pro vstupní impedanci: techniky pro dosažení vysoké diferenciální a společné vstupní impedanceZkoumáme, jak dosáhnout vysoké vstupní impedance pro diferenciální a společné signály pomocí vstupních struktur operačních zesilovačů, bufferových stupňů a volby rezistorů, při kontrole proudů založení, únikových cest a omezení pásma.
Definice diferenciální a společné impedancePoužití bufferových stupňů k izolaci zátěže senzoruKontrola proudů založení a únikových cestOchrana a PCB techniky pro vysokou ZTrade-offy mezi impedancí a pásmemLekce 5Checklist dokumentace návrhu: výpis výpočtů, předpokladů, čísel dílů a analýzy rezerv pro předání PCBTato sekce definuje rigorózní dokumentační balíček pro návrhy zesilovačů a senzorových front-endů, zachycuje výpočty, předpoklady, volby dílů a rezervy, aby týmy PCB, rozložení a testů mohly obvod sebevědomě implementovat a zkontrolovat.
Výpis předpokladů návrhu a provozních podmínekZáznam klíčových rovnic a mezi výpočtůDokumentace čísel dílů a kritických parametrůZachycení analýzy rezerv a volby deratinguDefinice požadovaných testů a kritérií přijetíLekce 6Klíčové parametry operačních zesilovačů a proces výběru: hustota vstupního šumu, proud založení, vstupní posun, GBW, slew rate, CMRR, PSRR a rozsah napájeníPřezkoumáváme kritické parametry operačních zesilovačů pro rozhraní malých senzorových signálů a vytváříme opakovatelný proces výběru. Důraz je kladen na hustotu šumu, proud založení, GBW, slew rate, CMRR, PSRR a rozsah napájení oproti potřebám aplikace.
Spojení GBW a slew rate se šířkou pásma signáluPorozumění vstupní hustotě šumu a filtrůmInterakce proudu založení a zdrojové impedancePotřeby CMRR, PSRR a potlačení napájeníPostupový checklist výběru operačních zesilovačůLekce 7Síť rezistorů a výpočet zesílení pro diferenciální zesilovače a instrumentační zesilovače: odvození rovnic zesílení a efektů zátěžeOdvozujeme rovnice zesílení pro klasické diferenciální a instrumentační zesilovačové topologie, včetně omezení rezistorových sítí a zátěže. Důraz je na shodě, CMRR a jak impedance senzoru a ADC mění efektivní zesílení.
Rovnice zesílení pro základní diferenciální stupněNávrh zesílení třístupňového instrumentačního zesilovačeDopad shody rezistorů na CMRR a zesíleníZátěž ze senzoru a vstupní impedance ADCVýběr hodnot rezistorů a výkonových hodnoceníLekce 8Nastavení cílových specifikací zesilovače: zesílení, pásmo, vstupní impedance, posun, drift a rozpočet šumuTato sekce ukazuje, jak převést požadavky senzorů na úrovni systému na cíle zesilovače pro zesílení, pásmo, vstupní impedanci, posun, drift a šum. Vytvoříte stručnou tabulku specifikací pro vedení volby topologie a dílů.
Převod požadavků senzoru a ADCDefinice zesílení, pásma a limitů rezervyNastavení omezení vstupní impedance a zátěžeRozdělení cílů výkonu posunu a driftuVytvoření formální tabulky specifikací zesilovačeLekce 9Porozumění diferenciálním senzorovým signálům: zdrojová impedance, společný mód a koncepty diferenciálního móduTato sekce vysvětluje chování diferenciálních senzorů, včetně zdrojové impedance, úrovně společného módu a rozsahu diferenciálního signálu. Naučíte se, jak tyto parametry ovlivňují šum, zátěž a volbu topologie zesilovače a schématu reference.
Definice diferenciálních a společných komponentCharakterizace zdrojové impedance senzoru vs frekvenceUrčení povoleného rozsahu napětí společného móduSpojení specifikací senzoru s limity vstupu zesilovačePlánování kabeláže, stínění a směrování referenceLekce 10Výběr topologie pro malé diferenciální signály: instrumentační zesilovač, diferenciální zesilovač a rozdílový stupeň s front-end bufferem — trade-offy a použitíTato sekce porovnává instrumentační zesilovače, klasické diferenciální zesilovače a bufferované rozdílové stupně pro malé diferenciální signály. Naučíte se trade-offy v CMRR, šumu, vstupním rozsahu, nákladech a složitosti rozložení pro každou topologii.
Přezkum klasického diferenciálního zesilovacího stupněPoužití třístupňového instrumentačního zesilovačeBufferovaný rozdílový stupeň s předzesílenímPorovnání CMRR, šumu a vstupního rozsahuPokyny pro výběr topologie podle senzoruLekce 11Rozpočtování posunu a driftu: výpočet očekyvané DC chyby z vstupního posunu, proudů založení, tolerancí rezistorů a termických efektůZde vytváříme kvantitativní rozpočet DC chyb, kombinujeme posun operačního zesilovače, proudy založení, neshodu rezistorů a teplotní drift. Naučíte se rozdělovat limity chyb, počítat nejhorší případy a RSS součty a spojovat je s přesností senzoru.
Definice DC přesnosti a povoleného rozpočtu chybModelování efektů vstupního posunu a proudů založeníZahrnutí tolerancí a neshod rezistorůZohlednění teplotních koeficientů a driftuPorovnání metod nejhoršího případu vs RSS chybLekce 12Zdroje šumu v signálech nízké úrovně: Johnsonův šum, zesilovačem přenášený vstupní šum a environmentální rušeníIdentifikujeme a kvantifikujeme zdroje šumu v signálech senzorů nízké úrovně, včetně termického šumu rezistorů, vstupního šumu zesilovače a environmentálního rušení. Úvod do technik modelování, rozpočtování a snižování celkového šumu.
Johnsonův šum rezistorů a senzorůModely napěťového a proudového šumu operačních zesilovačůKoncepty šumu přenášeného na vstup vs výstupCesty spojení environmentálního a rušivého rušeníStrategie rozpočtování a snižování šumuLekce 13Očekávané simulační grafy a měření: zesílení vs frekvence, fáze, šum přenášený na vstup, spektrum výstupního šumu, přechodní odezva na 1 kHz sínus a scénáře posunu nejhoršího případuTato sekce definuje klíčové grafy a měření očekávaná ze simulace a laboratorních prací. Spojíte Bodeovy diagramy, spektra šumu, přechodní odezvy a posunové průběhy s původními specifikacemi a rozpočty chyb návrhu.
Bodeovy diagram zesílení a fáze vs frekvenceSpektra šumu přenášeného na vstup a výstupuPřechodní odezva na sínusové a stupňové vstupyPosun vs společný mód a teplotaPorovnání simulovaného a měřeného výkonu