آشکارساز همزمان

آموزش اجرای آنالوگ و دیجیتالی یک آشکارساز همزمان

آموزش اجرای آنالوگ و دیجیتالی یک آشکارساز همزمان

 

آشکارسازی همزمان مبنی بر موج مربعی:

نمودار بلوکی آشکارسازی همزمان مبنی بر موج مربعی، در شکل ۱ نشان داده شده است.

آشکارساز همزمان

( شکل ۱. آشکارسازی همزمان مبنی بر موج مربع )

دو بلوکی که در این آموزش مورد بررسی قرار می گیرد: آشکارساز عبور از صفر و دستگاه تقویت کننده است.

آموزش آشکارساز عبور از صفر:

آشکارساز عبور از صفر، موج سینوسی ورودی را به موج مربعی تبدیل کرده که موجب هدایت سوئیچ SW (موج کوتاه) می شود. این کار را می توان با استفاده از مدار شکل ۲ انجام داد.

آشکارساز همزمان

( شکل ۲. بلوک آشکارساز عبور از صفر در یک آشکارساز ساز همزمان. نموداری که از فناوری خطی استفاده می کند )

LT1011 یک قیاسگر ولتاژ است که موج سینوسی ورودی را با سطح زمین(پایه) مقایسه می کند. از پتانسیل سنج( توان سنج ولتاژ برق) برای تنظیم فاز موج مربعی تولید شده استفاده می شود به گونه ای که با فاز موج سینوسی در گره B، شکل ۱ مطابقت داشته باشد.

به این صورت، می توانیم یک موج مربع داشته باشیم که زمان عبور موج سینوسی از ۰ ولت، تغییر می کند. به یاد بیاورید که دامنه سیگنال در خروجی دستگاه تقویت کننده، تابع اختلاف فاز، بین دو ورودی دستگاه تقویت کننده است. زمانی که موج مربع با موج سینوسی هم فاز است، رابطه فاز بین دو سیگنال معین است و می توانیم به راحتی ولتاژی که در خروجی فیلتر پایین گذر ظاهر می شود را تفسیر کنیم.

آموزش دستگاه تقویت کننده (افزاینده):

یک اجرای مشترک برای بلوک دستگاه تقویت کننده، در شکل ۳ نشان داده شده است:

آشکارساز همزمان

( شکل ۳. بلوک دستگاه تقویت کننده، مثالی از آشکارسازی همزمان. نموداری که از فناوری خطی استفاده می کند )

در این شکل، LM301A یک تقویت کننده موثر با اهدف کلی محسوب می گردد. LTC1043، اجزاء سازنده ای است که در ابتدا برای اجرای مدارهای خازن کلیدی گسسته، طراحی شده اند. شکل ۴، نشان دهنده ی نمودار بلوکی ساده ای از بخش مدار داخلی LTC1043 است.

آشکارساز همزمان

( شکل ۴. نمودار LTC1043. )

همانطوری که در شکل نشان داده شده است، ورودی تفاضلی مدار در مرحله نمونه برداری به یک خازن خارجی متصل می شود. در مرحله بعدی آموزش، خازن شارژ شده به درگاه یا مدخل خروجی وصل می شود و ساعت سوئیچ ها را می توان در داخل یا از طریق یک ساعت خارجی CMOS ایجاد کرد.

این عملکردی که ساده به نظر می رسد به ما امکان می دهد که تا از LTC1043 در برنامه های مختلفی مانند:  تقویت کننده ی ابزار گزینی دقیق و فیلتر خازنی کلید زنی شده، استفاده کنیم. هر چند که، با نموداری که در شکل ۳ نشان داده شده است، LTC1043 به عنوان یک سوئیچ ساده در این آموزش مورد استفاده قرار می گیرد.

چگونه این مدار می تواند ورودی را با یک موج مربع افزایش دهد؟ هنگامی که سوئیچ، پایانه های ۱۲ و ۱۴ را به هم متصل می کند، نمودار زیر را در این آموزش داریم.

آشکارساز همزمان

( شکل ۵ این آموزش را می بینید )

در این مرحله از آموزش، یک تقویت کننده وارونگر با بهره ی  ۱- =VIN /VOUT  داریم. از طرفی، زمانی که پایانه های ۱۲ و ۱۳ LTC1043 به هم متصل می شوند، به نمودار زیر در این آموزش می رسیم:

آشکارساز همزمان

( شکل ۶. اتصال پایانه های ۱۲ و ۱۳ LTC1043 را نشان می دهد )

می دانیم که به دلیل مسیر بازخورد منفی و بهره ی بالای op-amp، دو ورودی Op-amp داریم که از نظر ولتاژ تقریبا یکسان هستند: V− = V +. بنابراین،  V V1 = 0 و هیچ جریانی از طریق مقاومت ۱۰ kΩ  در سمت چپ جریان پیدا نمی کند.

در این آموزش فرض بر این است که، جریان جذب شده توسط ورودی های op-amp ناچیز است، جریان از طریق مقاومت ۱۰ kΩ  در مسیر بازخورد نیز صفر خواهد بود و ما V2 = 0V داریم. بنابراین، طبق این مرحله از آموزش، ما بهره ی ۱+ = VIN /VOUT  را به دست می آوریم. به عبارت دیگر، ورودی با یک موج مربع افزایش می یابد که بین ۱ ± می چرخد.

آموزش اجرای دیجیتالی آشکارساز همزمان:

به جای استفاده از بلوک های سازنده ی آنالوگی، ما می توانیم از مدارهای دیجیتالی برای اجرای یک آشکارساز همزمان استفاده کنیم که ایده اصلی این آموزش در شکل ۷ نشان داده شده است.

آشکارساز همزمان

( شکل ۷. مدار آشکارساز همزمان دیجیتالی )

از دو مبدل A / D (ADC)، برای دیجیتالی کردن سیگنال ورودی ( گره B در شکل ۱ آموزش ) و حسگر تحریکی(القاء) موج سینوسی استفاده می شود. همانطور که در شکل مشخص است، بلوک های دیگر دیجیتالی هستند و توسط FPGA قابل اجرا می باشند.

مؤلفه تربیعی(مولفه با فاز ربعی) و هم فاز:

در شکل ۷، ورودی دیجیتالی شده توسط امواج سینوسی و کسینوسی تولید شده توسط یک حلقه قفل شده فاز دیجیتالی (PLL) افزایش پیدا می کند. چرا ما نیاز داریم که ورودی را هم توسط امواج سینوسی و هم کسینوسی افزایش دهیم؟ در قسمت اول، افزایش یک موج سینوسی را بررسی کردیم. اگر ما از طریق  Asin (2πfint)، افزایش دهیم  vB (t) = Bsin (2πfint + ϕ) ، به دست می آوریم:

FPGA

اولین عبارت، DC است. با این حال، دوره دوم، دو برابر فرکانس ورودی است. از این رو، یک فیلتر پایین گذر محدود (LPF) می تواند عبارت دوم را حذف کند و ما در این آموزش خواهیم داشت:

FPGA

خروجی، تابعی از اختلاف فاز بین دو ورودی است. معادله ی این آموزش نشان می دهد که اختلاف فاز بین سیگنال اندازه گیری شده و ورودی مرجع، می تواند دامنه ی سیگنال را در خروجی LPF کاهش دهد. از طرف دیگر، ما باید تفاوت فاز را بدانیم تا بتوانیم دامنه ی سیگنال اندازه گیری شده را برآورد کنیم. (به یاد داشته باشید راه حل های آنالوگی که در بالا مورد بحث قرار گرفته، از مدار فاز trim استفاده کرده تا اختلاف فاز برابر ۰ باشد). برای این دو مشکل، ما یک مرحله ضرب مجدد را ترکیب می کنیم که ورودی  با یک موج کسینوسی ضرب می شود:

FPGA

بعد از LPF، داریم:

FPGA

می توانیم با در نظر گرفتن ریشه مربع از مجموع مربع های هم فاز و مؤلفه تربیعی، مقدار ورودی را محاسبه کنیم:

FPGA

همانطور که در این آموزش مشاهده می کنید، نتیجه تابعی از اختلاف فاز نیست.

آموزش دیجیتال PLL:

ذکر این نکته بسیارمهم است که، دیجیتال PLL در شکل ۷ باید نمونه هایی به فرم موج های سینوسی و کسینوسی تولید کند. ما می توانیم این کار را با PLL انجام دهیم که یک سنتز کننده دیجیتالی مستقیم (DDS) به عنوان نوسان ساز کنترل شونده دیجیتالی (DCO) دارد.

FPGA

( شکل ۸. یک PLL با یک سنتز کننده دیجیتالی مستقیم )

در اینجا می توانید اطلاعات بیشتری در مورد اجرای FPGA از آشکارسازی همزمان  پیدا کنید.

نتیجه این آموزش:

در آموزش این مقاله، ما هر دو اجرای آنالوگ و دیجیتال روش آشکارسازی همزمان را مورد بررسی قرار دادیم:

برای اجرای آنالوگ، به آشکارساز عبور از صفر و دستگاه تقویت کننده( افزاینده) نیاز داشتیم.

برای نسخه دیجیتالی، می توانیم از دو ADC استفاده کنیم تا سیگنال اندازه گیری شده و فرم موج تحریک (القاء) سنسوری را دیجیتالی کنیم.

بلوک های دیگر را می توان در یک FPGA اجرا کرد. با اجرای هر دو مسیر فاز و تربیع، می توانیم اندازه گیری را مستقل از اختلاف فاز بین ورودی های افزاینده یا دستگاه تقویت کننده، ایجاد کنیم. برای اجرای دیجیتالی، نیازمند به PLL هستیم که نمونه هایی از فرم های موج سینوسی و کسینوسی تولید می کند. چنین چیزی می تواند توسط یک PLL حاصل شود که از DDS به عنوان یک نوسان ساز قابل برنامه ریزی استفاده می نماید.

 

پاسخی را بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *