Leson 1Calcul de la bande passante et de la stabilité : bande passante en boucle fermée à partir du GBW de l'amplificateur opérationnel, considérations sur la marge de phase et techniques de compensationNous dérivons la bande passante en boucle fermée à partir du produit gain-bande passante de l'amplificateur opérationnel et du facteur de rétroaction, puis relions la marge de phase à la stabilité et à la réponse transitoire. Les options de compensation pour charges capacitives et gains élevés sont introduites avec des directives de conception.
Relier GBW, facteur de rétroaction et bande passanteInterpréter les diagrammes de Bode et objectifs de marge de phaseIdentifier les signes de boucles marginales ou instablesConcevoir une compensation pour charge capacitiveVérifier la stabilité sur processus et températureLeson 2Sélection pratique des composants : recherche et interprétation des fiches techniques des amplificateurs opérationnels (exemples d'amplificateurs de qualité capteur)Cette section enseigne comment lire et comparer les fiches techniques des amplificateurs opérationnels pour le conditionnement des capteurs. Vous vous concentrerez sur le bruit, le décalage, la plage d'entrée, les options d'alimentation et l'encapsulation, et apprendrez à filtrer rapidement les composants selon les exigences du système.
Identifier les familles d'amplificateurs de qualité capteurInterpréter les spécifications de décalage d'entrée et dériveÉvaluer les paramètres bruit, CMRR et PSRRVérifier les plages de tension d'entrée et de sortieÉvaluer les contraintes d'encapsulation, puissance et coûtLeson 3Plan de simulation SPICE pour le bloc amplificateur : sources de stimulus (sinusoïdale différentielle, mode commun, sources de bruit), analyse AC, transitoire, bruit et mesures de décalage/erreurCette section développe un plan SPICE structuré pour le bloc amplificateur, définissant les stimuli, analyses et mesures. Vous apprendrez à vérifier le gain, la bande passante, le bruit, le décalage et le comportement en mode commun avant de passer à la réalisation du PCB.
Définir les objectifs de simulation et métriques clésConfigurer les sources différentielle et mode communPlanifier les analyses AC, transitoire et bruitMesurer gain, décalage et linéarité en SPICEOrganiser les bancs de test pour réutilisation et revueLeson 4Conception pour impédance d'entrée : techniques pour atteindre une haute impédance différentielle et en mode communNous examinons comment obtenir une haute impédance d'entrée pour les signaux différentiels et en mode commun en utilisant les structures d'entrée des amplificateurs opérationnels, les étages tampons et les choix de résistances, tout en contrôlant les courants de polarisation, les chemins de fuite et les limitations de bande passante.
Définir impédance différentielle et mode communUtiliser des étages tampons pour isoler la charge capteurContrôler les courants de polarisation et chemins de fuiteTechniques de garde et PCB pour haute impédanceCompromis entre impédance et bande passanteLeson 5Liste de vérification de documentation de conception : listing des calculs, hypothèses, numéros de pièces et analyse des marges pour remise PCBCette section définit un package de documentation rigoureux pour les conceptions d'amplificateurs et de préamplificateurs capteurs, capturant les calculs, hypothèses, choix de composants et marges afin que les équipes PCB, placement et test puissent implémenter et revoir le circuit en toute confiance.
Lister les hypothèses de conception et conditions opératoiresEnregistrer les équations clés et calculs intermédiairesDocumenter les numéros de pièces et paramètres critiquesCapturer l'analyse des marges et choix de déclassementDéfinir les tests requis et critères d'acceptationLeson 6Paramètres clés des amplificateurs opérationnels et processus de sélection : densité de bruit d'entrée, courant de polarisation d'entrée, décalage d'entrée, GBW, taux de balayage, CMRR, PSRR et plage d'alimentationNous passons en revue les paramètres critiques des amplificateurs opérationnels pour les interfaces capteurs à petit signal et construisons un processus de sélection répétable. L'accent est mis sur la densité de bruit, le courant de polarisation, GBW, taux de balayage, CMRR, PSRR et plage d'alimentation par rapport aux besoins de l'application.
Relier GBW et taux de balayage à la bande passante du signalComprendre la densité de bruit d'entrée et filtresInteraction courant de polarisation et impédance sourceBesoins CMRR, PSRR et rejet d'alimentationListe de vérification étape par étape pour sélection amplificateur opérationnelLeson 7Réseaux de résistances et calcul de gain pour amplificateurs différentiels et amplificateurs d'instrumentation : dérivation des équations de gain et effets de chargeNous dérivons les équations de gain pour les topologies classiques d'amplificateurs différentiels et d'instrumentation, incluant les contraintes des réseaux de résistances et la charge. L'accent est mis sur l'appariement, CMRR et comment les impédances capteur et ADC modifient le gain effectif.
Équations de gain pour étages différentiels de baseConception de gain amplificateur d'instrumentation 3 op-ampsImpact de l'appariement des résistances sur CMRR et gainCharge depuis impédance d'entrée capteur et ADCSélection des valeurs de résistances et puissances nominalesLeson 8Définition des spécifications cibles pour amplificateur : gain, bande passante, impédance d'entrée, décalage, dérive et budget bruitCette section montre comment traduire les exigences capteur au niveau système en cibles amplificateur pour gain, bande passante, impédance d'entrée, décalage, dérive et bruit. Vous créerez un tableau de spécifications concis pour guider les choix de topologie et de composants.
Traduire les exigences capteur et ADCDéfinir gain, bande passante et limites de margeFixer contraintes impédance d'entrée et chargeAllouer objectifs performance décalage et dériveCréer un tableau formel de spécifications amplificateurLeson 9Comprendre les signaux différentiels des capteurs : impédance source, mode commun et concepts différentielCette section explique le comportement des capteurs différentiels, incluant impédance source, niveau mode commun et plage signal différentiel. Vous apprendrez comment ces paramètres affectent bruit, charge et choix de topologie amplificateur et schéma de référence.
Définir composants différentiel et mode communCaractériser impédance source capteur vs fréquenceDéterminer plage tension mode commun admissibleRelier spécifications capteur aux limites entrée amplificateurPlanifier câblage, blindage et routage référenceLeson 10Sélection de topologie pour petits signaux différentiels : amplificateur d'instrumentation, amplificateur différentiel et étage différentiel avec tampon frontal — compromis et cas d'usageCette section compare les amplificateurs d'instrumentation, amplificateurs différentiels classiques et étages différentiels tamponnés pour petits signaux différentiels. Vous apprendrez les compromis en CMRR, bruit, plage d'entrée, coût et complexité placement pour chaque topologie.
Revoir étage amplificateur différentiel classiqueUtilisation amplificateur d'instrumentation 3 op-ampsÉtape différentielle tamponnée avec gain frontalComparer CMRR, bruit et plage d'entréeDirectives sélection topologie par capteurLeson 11Budgétisation décalage et dérive : calcul de l'erreur DC attendue depuis décalage d'entrée, courants de polarisation, tolérances résistances et effets thermiquesIci nous construisons un budget d'erreur DC quantitatif, combinant décalage amplificateur opérationnel, courants de polarisation, désappariement résistances et dérive température. Vous apprendrez à allouer les limites d'erreur, calculer pires cas et RSS totaux, et les relier à la précision capteur.
Définir précision DC et budget erreur admissibleModéliser effets décalage d'entrée et courant polarisationInclure tolérance et désappariement résistancesComptabiliser coefficients température et dériveComparer méthodes erreur pire cas vs RSSLeson 12Sources de bruit dans signaux faible niveau : bruit Johnson, bruit référé à l'entrée amplificateur et interférences environnementalesNous identifions et quantifions les sources de bruit dans les signaux capteurs faible niveau, incluant bruit thermique résistance, bruit entrée amplificateur et interférences environnementales. Les techniques de modélisation, budgétisation et réduction du bruit total sont introduites.
Bruit Johnson des résistances et capteursModèles bruit tension et courant amplificateur opérationnelConcepts bruit référé entrée vs sortieChemins couplage environnemental et interférencesStratégies budgétisation et réduction bruitLeson 13Graphiques et mesures de simulation attendus : gain vs fréquence, phase, bruit référé entrée, spectre bruit sortie, réponse transitoire à sinusoïde 1 kHz et scénarios décalage pire casCette section définit les graphiques et mesures clés attendus de la simulation et du banc d'essai. Vous relierez diagrammes de Bode, spectres bruit, réponses transitoires et balayages décalage aux spécifications originales et budgets d'erreur de la conception.
Diagrammes de Bode gain et phase vs fréquenceSpectres bruit référé entrée et sortieRéponse transitoire à sinusoïde et échelonDécalage vs mode commun et températureComparer performances simulées et mesurées
