Blog dell'azienda Scheda di valutazione degli amplificatori ADI riciclata: filtro attivo, amplificatore operazionale, amplificatore a transimpedenza

Scheda di valutazione per amplificatori ADI: filtro attivo, amplificatore operazionale, amplificatore di transimpedenza

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Processo di riciclo:

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I. Schede di valutazione per amplificatori operazionali: piattaforme di verifica fondamentali per l'amplificazione di segnali di precisione

Gli amplificatori operazionali costituiscono il nucleo fondamentale dei circuiti analogici. Le schede di valutazione per amplificatori operazionali di ADI si concentrano su amplificatori operazionali ad alte prestazioni, con layout PCB ottimizzati, design di interfacce completi e opzioni di configurazione flessibili per consentire agli ingegneri di convalidare rapidamente le prestazioni dei dispositivi in diversi scenari. Tra questi, EVAL-ADA4620-2ARZ e EVAL-ADA4625-1 rappresentano due schede di valutazione altamente rappresentative, ottimizzate rispettivamente per applicazioni di precisione a basso rumore e ad alta velocità.

La scheda di valutazione EVAL-ADA4620-2ARZ è progettata specificamente per l'amplificatore operazionale dual JFET ADA4620-2. Questo amplificatore operazionale presenta una tipica tensione di offset bassa di ±30μV e una bassa deriva di ±0,32μV/°C. In combinazione con un prodotto guadagno-larghezza di banda di 16,5 MHz e una velocità di variazione di 32 V/μs, raggiunge un equilibrio tra alta precisione e alta velocità. La scheda di valutazione utilizza un design PCB a quattro strati con connettori SMA montati sui bordi per ingressi e uscite, consentendo una rapida connessione a apparecchiature di test e misurazione. Il suo piano di massa, il posizionamento dei componenti e il design di disaccoppiamento dell'alimentazione sono ottimizzati per ridurre al minimo le interferenze di rumore e la perdita di segnale. La scheda fornisce ampi pad per resistenze e condensatori non popolati, consentendo una configurazione utente flessibile in varie topologie come follower a guadagno unitario e amplificatori differenziali. Questo supporta applicazioni tra cui l'amplificazione front-end per sistemi di acquisizione dati (DAQ) e il condizionamento del segnale ad alta impedenza di ingresso.

Per requisiti di alta velocità e basso rumore, la scheda di valutazione EVAL-ADA4625-1 incorpora l'amplificatore operazionale JFET a canale singolo ADA4625-1. Con un prodotto guadagno-larghezza di banda di 18 MHz, una velocità di variazione di 48 V/μs e una densità di rumore di tensione bassa di 3,3 nV/√Hz (1 kHz), offre prestazioni eccezionali in applicazioni ad alta frequenza come anelli ad aggancio di fase (PLL) e oscillatori controllati in tensione (VCO). Utilizzando un design PCB a doppio strato, il pad nudo dell'amplificatore operazionale è collegato direttamente al piano di massa, migliorando significativamente le prestazioni termiche e la soppressione del rumore. Supporta il funzionamento a singola alimentazione da 5 V a 36 V o il funzionamento a doppia alimentazione da ±2,5 V a ±18 V, adattandosi ad ampie applicazioni di tensione. Sono inoltre previsti design di pad flessibili per facilitare varie configurazioni di circuito, come filtri attivi e amplificatori di carica, mentre i connettori SMA consentono una trasmissione e un test efficienti del segnale.

Il vantaggio principale di questa scheda di valutazione risiede nella sua praticità plug-and-play e nella fedeltà delle prestazioni, riproducendo accuratamente le caratteristiche di funzionamento effettive dell'amplificatore operazionale. Ciò consente agli ingegneri di convalidare rapidamente parametri critici come la tensione di offset, il livello di rumore, la larghezza di banda del guadagno e la velocità di variazione, riducendo così il ciclo di sviluppo dalla selezione dei componenti all'implementazione della soluzione.

II. Scheda di valutazione per filtri attivi: uno strumento flessibile per il filtraggio di segnali ad alta precisione

I filtri attivi, costruiti con amplificatori operazionali e componenti passivi (resistenze, condensatori), offrono vantaggi tra cui guadagno regolabile, caratteristiche di filtraggio stabili e robusta capacità di carico. Sono ampiamente utilizzati in scenari come la denoising del segnale e la selezione della frequenza. Le schede di valutazione per filtri attivi di ADI sfruttano nuclei di amplificatori operazionali ad alte prestazioni, combinati con topologie di filtro standardizzate e componenti configurabili, per fornire agli ingegneri soluzioni di convalida complete che coprono il filtraggio passa-basso, passa-alto e passa-banda.

La filosofia di progettazione delle schede di valutazione per filtri attivi di ADI privilegia sia la flessibilità che la stabilità delle prestazioni. Prendendo come esempio la scheda di valutazione basata su ADA4625-1, i suoi pad per resistenze e condensatori riservati consentono agli utenti di regolare i parametri in base alle esigenze di filtraggio. Configurando i componenti RC con valori diversi, è possibile ottenere una precisa sintonizzazione della frequenza di taglio (fc) e del guadagno (Acl), soddisfacendo le esigenze di filtraggio su diverse bande di frequenza. Seguendo le linee guida di progettazione nella nota applicativa ADI AN-732, tali schede di valutazione possono essere configurate come semplici filtri passa-basso. La frequenza di taglio viene calcolata come fc = 1/(2π × R7 × C7), con guadagno ad anello chiuso Acl = -(R7/R2). Impostando R6 uguale alla combinazione parallela di R7 e R2 si riducono efficacemente gli errori causati dalla corrente di polarizzazione, migliorando la precisione del filtraggio.

Per applicazioni di filtraggio di precisione, la scheda di valutazione utilizza strategie di messa a terra ottimizzate e design di disaccoppiamento dell'alimentazione per ridurre al minimo gli impatti delle interferenze esterne sulle caratteristiche di filtraggio. Ad esempio: - I condensatori di disaccoppiamento ad alta frequenza sono montati ai terminali di alimentazione dell'amplificatore operazionale per ridurre l'accoppiamento del rumore dell'alimentazione; mentre un design del piano di massa suddiviso impedisce le interferenze del segnale digitale-analogico, garantendo che il filtro mantenga prestazioni a basso rumore nell'intervallo di bassa frequenza (da 0,1 Hz a 10 Hz). Inoltre, la scheda di valutazione supporta l'integrazione con lo strumento Analog Filter Wizard di ADI. Gli ingegneri possono calcolare rapidamente i parametri dei componenti utilizzando lo strumento, quindi convalidare le effettive prestazioni di filtraggio tramite la scheda di valutazione, ottenendo un flusso di lavoro chiuso di simulazione-misurazione efficiente.

Tali schede di valutazione trovano ampia applicazione nel condizionamento del segnale del sensore, nella purificazione del segnale del sistema di comunicazione e nel filtraggio a basso rumore per apparecchiature mediche, dimostrandosi particolarmente adatte per sistemi elettronici di precisione che richiedono un'elevata precisione di filtraggio e capacità di soppressione del rumore.

III. Scheda di valutazione per amplificatore di transimpedenza: soluzione di verifica dedicata per il rilevamento di segnali di corrente deboli

In qualità di dispositivi fondamentali di conversione corrente-tensione, gli amplificatori di transimpedenza (TIA) convertono principalmente segnali di corrente deboli provenienti da sensori come fotodiodi e fotomoltiplicatori in segnali di tensione misurabili. Trovano ampia applicazione nelle comunicazioni ottiche, nel rilevamento optoelettronico e nell'imaging medico. Le schede di valutazione per amplificatori di transimpedenza di ADI sono specificamente ottimizzate per le esigenze uniche del rilevamento di segnali deboli, privilegiando il basso rumore, la bassa corrente di polarizzazione e le capacità di risposta ad alta velocità per fornire una piattaforma di prototipazione affidabile per tali scenari.

Sia le schede di valutazione EVAL-ADA4620-2ARZ che EVAL-ADA4625-1 offrono complete capacità di configurazione dell'amplificatore di transimpedenza. Il loro vantaggio principale deriva dalle basse caratteristiche di corrente di polarizzazione in ingresso degli amplificatori operazionali JFET integrati: l'ADA4620-2 presenta una tipica corrente di polarizzazione in ingresso di soli ±0,8 pA, mentre l'ADA4625-1 presenta un valore tipico di ±15 pA. Ciò riduce significativamente le interferenze della corrente di polarizzazione con segnali di corrente deboli, migliorando la precisione della conversione. Le schede di valutazione presentano posizioni di montaggio dei fotodiodi dedicate per una rapida implementazione del sistema di fotodetezione. La regolazione del guadagno della resistenza incrociata si ottiene configurando le resistenze di feedback, adattandosi a diverse esigenze di sensibilità nelle applicazioni di rilevamento.

Nel design hardware, la scheda di valutazione dell'amplificatore di transimpedenza utilizza un piano di massa PCB multistrato, l'adattamento dell'impedenza del segnale ad alta frequenza e il layout ottimizzato dei componenti per sopprimere l'impatto della capacità e dell'induttanza parassite sui segnali, garantendo prestazioni stabili su un'ampia larghezza di banda. Ad esempio, le resistenze di feedback sono posizionate vicino agli ingressi dell'amplificatore operazionale per ridurre al minimo l'attenuazione della larghezza di banda causata dalla capacità parassita. I connettori SMA integrati e i punti di test consentono la misurazione precisa della corrente di ingresso e della tensione di uscita, facilitando i test quantitativi di parametri come il guadagno di transimpedenza, la larghezza di banda e il rumore. Per i requisiti di amplificazione di transimpedenza ad alta frequenza, ADI ha anche introdotto la scheda di valutazione della serie EVAL-ADL8120. Supportando un'ampia larghezza di banda da 30 kHz a 20 GHz, utilizza un design a guida d'onda planare con impedenza caratteristica di 50Ω e presenta connettori RF da 2,9 mm, rendendolo adatto per applicazioni ad alta frequenza come comunicazioni ottiche ad alta velocità e rilevamento del segnale RF.

Inoltre, lo strumento Analog Photodiode Wizard di ADI si integra con la scheda di valutazione. Gli ingegneri possono inserire i parametri dei fotodiodi per ottimizzare rapidamente le impostazioni del circuito dell'amplificatore di transimpedenza, quindi convalidare la risposta all'impulso, la risposta in frequenza e le prestazioni del rapporto segnale-rumore (SNR) tramite la scheda di valutazione, migliorando significativamente l'efficienza della progettazione.

IV. Vantaggi comuni e valore applicativo delle schede di valutazione per amplificatori ADI

Sia per i filtri attivi, gli amplificatori operazionali o le schede di valutazione per amplificatori di transimpedenza, ADI aderisce alla filosofia di progettazione di ‘ripristino delle prestazioni, configurazione flessibile e test convenienti,’, producendo tre vantaggi chiave: In primo luogo, il design hardware ottimizzato attraverso il layout PCB razionale, le strategie di messa a terra e il disaccoppiamento dell'alimentazione massimizza le prestazioni del dispositivo principale riducendo al minimo gli impatti delle interferenze esterne sui risultati dei test; In secondo luogo, eccezionale flessibilità di configurazione: i pad dei componenti riservati e le strutture di topologia commutabili consentono agli utenti di regolare i parametri in base a requisiti specifici, adattandosi a diversi scenari di test. In terzo luogo, strumenti completi dell'ecosistema: l'integrazione perfetta con gli strumenti di simulazione ADI come ADIsimPLL, Signal Chain Designer e Analog Filter Wizard consente un ciclo di ricerca e sviluppo completo di ‘progettazione di simulazione – verifica fisica – iterazione dei parametri’.

Nelle applicazioni pratiche, queste schede di valutazione coprono ampiamente più domini tra cui controllo industriale, elettronica medica, comunicazioni ottiche e test e misurazioni. Ad esempio, nei sistemi di acquisizione dati di precisione, le schede di valutazione per amplificatori operazionali convalidano le prestazioni del circuito di amplificazione front-end; nelle apparecchiature di rilevamento optoelettronico, le schede di valutazione per amplificatori di transimpedenza stabiliscono rapidamente soluzioni di conversione di corrente debole; mentre nell'elaborazione del segnale di comunicazione, le schede di valutazione per filtri attivi raggiungono la soppressione del rumore e la purificazione del segnale. Attraverso queste schede di valutazione, gli ingegneri possono bypassare complesse fasi di progettazione e debug PCB, convalidare rapidamente la razionalità della selezione dei componenti, abbreviare i cicli di sviluppo dei prodotti e ridurre i costi di ricerca e sviluppo.