Lección 1Cálculo de ancho de banda y estabilidad: ancho de banda en lazo cerrado desde GBW del amplificador operacional, consideraciones de margen de fase y técnicas de compensaciónDerivamos el ancho de banda en lazo cerrado desde el producto ganancia-ancho de banda del amplificador operacional y el factor de realimentación, luego relacionamos el margen de fase con la estabilidad y la respuesta transitoria. Se introducen opciones de compensación para cargas capacitivas y altas ganancias con guías de diseño.
Relacionar GBW, factor de realimentación y ancho de bandaInterpretar gráficos de Bode y objetivos de margen de faseIdentificar signos de lazos marginales o inestablesDiseñar compensación para carga capacitivaVerificar estabilidad ante proceso y temperaturaLección 2Selección práctica de componentes: búsqueda e interpretación de datasheets de amplificadores operacionales (ejemplos de amplificadores para sensores)Esta sección enseña cómo leer y comparar datasheets de amplificadores operacionales para condicionamiento de sensores. Te enfocarás en ruido, offset, rango de entrada, opciones de alimentación y encapsulado, y aprenderás a filtrar partes rápidamente contra los requisitos del sistema.
Identificar familias de amplificadores para sensoresInterpretar especificaciones de offset de entrada y derivaEvaluar parámetros de ruido, CMRR y PSRRVerificar rangos de voltaje de entrada y salidaEvaluar restricciones de encapsulado, potencia y costoLección 3Plan de simulación SPICE para bloque amplificador: fuentes de estímulo (seno diferencial, modo común, fuentes de ruido), análisis AC, transitorio, análisis de ruido y mediciones de offset/errorEsta sección desarrolla un plan estructurado de simulación SPICE para el bloque amplificador, definiendo estímulos, análisis y mediciones. Aprenderás a verificar ganancia, ancho de banda, ruido, offset y comportamiento en modo común antes de comprometerte con el layout del PCB.
Definir objetivos de simulación y métricas claveConfigurar fuentes diferencial y modo comúnPlanificar análisis AC, transitorio y de ruidoMedir ganancia, offset y linealidad en SPICEOrganizar bancos de prueba para reutilización y revisiónLección 4Diseño para impedancia de entrada: técnicas para lograr alta impedancia diferencial y de modo comúnExaminamos cómo lograr alta impedancia de entrada para señales diferenciales y de modo común usando estructuras de entrada de amplificadores operacionales, etapas buffer y elección de resistencias, mientras controlamos corrientes de bias, caminos de fuga y limitaciones de ancho de banda.
Definir impedancia diferencial y de modo comúnUsar etapas buffer para aislar carga del sensorControlar corrientes de bias y caminos de fugaTécnicas de guarda y PCB para alta ZTrade-offs entre impedancia y ancho de bandaLección 5Lista de verificación de documentación de diseño: listar cálculos, suposiciones, números de parte y análisis de margen para entrega al PCBEsta sección define un paquete riguroso de documentación para diseños de amplificadores y front-end de sensores, capturando cálculos, suposiciones, elecciones de partes y márgenes para que los equipos de PCB, layout y pruebas puedan implementar y revisar el circuito con confianza.
Listar suposiciones de diseño y condiciones operativasRegistrar ecuaciones clave y cálculos intermediosDocumentar números de parte y parámetros críticosCapturar análisis de margen y elecciones de deratingDefinir pruebas requeridas y criterios de aceptaciónLección 6Parámetros clave de amplificadores operacionales y proceso de selección: densidad de ruido de entrada, corriente de bias de entrada, offset de entrada, GBW, slew rate, CMRR, PSRR y rango de alimentaciónRepasamos parámetros críticos de amplificadores operacionales para interfaces de sensores de pequeña señal y construimos un proceso de selección repetible. Se enfatiza la densidad de ruido, corriente de bias, GBW, slew rate, CMRR, PSRR y rango de alimentación versus necesidades de la aplicación.
Relacionar GBW y slew rate con ancho de banda de señalEntender densidad de ruido de entrada y filtrosInteracción corriente de bias e impedancia fuenteNecesidades de CMRR, PSRR y rechazo de alimentaciónLista de verificación paso a paso para selección de amplificador operacionalLección 7Redes de resistencias y cálculo de ganancia para amplificadores diferenciales e instrumentación: derivación de ecuaciones de ganancia y efectos de cargaDerivamos ecuaciones de ganancia para topologías clásicas de amplificadores diferenciales e instrumentación, incluyendo restricciones de redes de resistencias y carga. Se enfatiza el matching, CMRR y cómo las impedancias del sensor y ADC alteran la ganancia efectiva.
Ecuaciones de ganancia para etapas diferenciales básicasDiseño de ganancia de amplificador de instrumentación de tres amplificadores operacionalesImpacto del matching de resistencias en CMRR y gananciaCarga desde impedancia de entrada del sensor y ADCSelección de valores de resistencias y potencia nominalLección 8Definición de especificaciones objetivo para amplificador: ganancia, ancho de banda, impedancia de entrada, offset, deriva y presupuesto de ruidoEsta sección muestra cómo traducir requisitos de sensores a nivel de sistema en objetivos de amplificador para ganancia, ancho de banda, impedancia de entrada, offset, deriva y ruido. Crearás una tabla de especificaciones concisa para guiar elecciones de topología y partes.
Traducir requisitos de sensor y ADCDefinir ganancia, ancho de banda y límites de headroomEstablecer restricciones de impedancia de entrada y cargaAsignar objetivos de rendimiento de offset y derivaCrear tabla formal de especificaciones de amplificadorLección 9Entendiendo señales de sensores diferenciales: impedancia fuente, modo común y conceptos diferencial-modo comúnEsta sección explica el comportamiento de sensores diferenciales, incluyendo impedancia fuente, nivel de modo común y rango de señal diferencial. Aprenderás cómo estos parámetros afectan ruido, carga y la elección de topología de amplificador y esquema de referencia.
Definir componentes diferencial y modo comúnCaracterizar impedancia fuente del sensor vs frecuenciaDeterminar rango de voltaje de modo común permitidoRelacionar especificaciones del sensor con límites de entrada del amplificadorPlanificar cableado, blindaje y enrutamiento de referenciaLección 10Selección de topología para señales diferenciales pequeñas: amplificador de instrumentación, amplificador diferencial y etapa de diferencia con buffer front-end — trade-offs y casos de usoEsta sección compara amplificadores de instrumentación, amplificadores diferenciales clásicos y etapas de diferencia bufferizadas para señales diferenciales pequeñas. Aprenderás trade-offs en CMRR, ruido, rango de entrada, costo y complejidad de layout para cada topología.
Repasar etapa de amplificador diferencial clásicoUso de amplificador de instrumentación de tres amplificadores operacionalesEtapa de diferencia bufferizada con ganancia front-endComparar CMRR, ruido y rango de entradaGuías para selección de topología por sensorLección 11Presupuesto de offset y deriva: calculando error DC esperado desde offset de entrada, corrientes de bias, tolerancias de resistencias y efectos térmicosAquí construimos un presupuesto cuantitativo de error DC, combinando offset del amplificador operacional, corrientes de bias, mismatch de resistencias y deriva por temperatura. Aprenderás a asignar límites de error, calcular totales worst-case y RSS, y relacionarlos con la precisión del sensor.
Definir precisión DC y presupuesto de error permitidoModelar efectos de offset de entrada y corriente de biasIncluir términos de tolerancia y mismatch de resistenciasConsiderar coeficientes de temperatura y derivaComparar métodos de error worst-case versus RSSLección 12Fuentes de ruido en señales de bajo nivel: ruido Johnson, ruido referido a la entrada del amplificador e interferencia ambientalIdentificamos y cuantificamos fuentes de ruido en señales de sensores de bajo nivel, incluyendo ruido térmico de resistencias, ruido de entrada del amplificador e interferencia ambiental. Se introducen técnicas para modelar, presupuestar y reducir el ruido total.
Ruido Johnson de resistencias y sensoresModelos de ruido de voltaje y corriente del amplificador operacionalConceptos de ruido referido a la entrada versus ruido de salidaCaminos de acoplamiento ambiental e interferenciaEstrategias de presupuestación y reducción de ruidoLección 13Gráficos y mediciones esperados de simulación: ganancia vs frecuencia, fase, ruido referido a la entrada, espectro de ruido de salida, respuesta transitoria a seno de 1 kHz y escenarios de offset worst-caseEsta sección define los gráficos y mediciones clave esperados de simulación y trabajo de banco. Conectarás gráficos de Bode, espectros de ruido, respuestas transitorias y barridos de offset con las especificaciones originales y presupuestos de error del diseño.
Gráficos de Bode de ganancia y fase versus frecuenciaEspectros de ruido referido a la entrada y de salidaRespuesta transitoria a entradas seno y escalónOffset versus modo común y temperaturaComparar rendimiento simulado y medido
