logo elektroda
logo elektroda
X
logo elektroda
Adblock/uBlockOrigin/AdGuard mogą powodować znikanie niektórych postów z powodu nowej reguły.

Sensory indukcyjne: ograniczenia częstotliwości

ghost666 07 Gru 2014 23:56 1848 0
  • Konfiguracja konwerterów indukcyjność-na-wartość-cyfrową (LDC) wydawać może się z początku dosyć sporym wyzwaniem, jednakże wykorzystując wykres zamieszczony w poniższym artykule, znacznie można uprościć procedurę.

    Z punktu widzenia konwertera LDC sensor jest zazwyczaj prostym induktorem, takim jak zwój, odpowiedni kształt ścieżek na PCB itp, połączonym równolegle z kondensatorem. Jednym z głównych parametrów sensora jest jego częstotliwość działania, zatem rozpocznijmy artykuł od zapisania prostego równania, które opisuje częstotliwość oscylacji w sensorze:

    Sensory indukcyjne: ograniczenia częstotliwości


    Gdzie:

    fSENSOR to częstotliwośćpracy sensora
    L to indukcyjność uzwojenia sensora
    C to pojemność kondensatora włączonego równolegle do uzwojenia

    Korzystając z układu LDC1000 jako przykładowego układu, charakteryzującego się zakresem częstotliwości pracy sensorów od 5 kHz do 5 MHz, narysować możemy następujący wykres:

    Sensory indukcyjne: ograniczenia częstotliwości
    Wykres pokazujący linie równej częstości


    Przykładowo - mając sensor w postaci uzwojenia o indukcyjności 100 µH, jeśli chcemy, aby częstotliwość oscylacji w sensorze wynosiła 600 kHz, musimy zastosować kondensator o pojemności 704 pF, a jeśli częstotliwość ta ma wynieść 5 MHz, to pojemność musi wynosić 10,1 pF.

    Sensory indukcyjne: ograniczenia częstotliwości
    Sensory pracujące przy częstości 5 MHz i 600 kHz


    Jednakże istnieją pewne ograniczenia co do wartości pojemności, poza tymi wynikającymi z wybranej częstotliwości oscylacji. Jednym z tych ograniczeń jest pojemność pasożytnicza w układzie, która zazwyczaj nie ma stałej wartości, jednakże oscyluje na poziomie kilku pikofaradów. Może to mieć istotny wpływ na ustrój pomiarowy, do pomiaru induktancji. Jeżeli nasz sensor przy indukcyjności 100 µH dołączony ma równolegle kondensator 10,1 pF, aby osiągnąć częstotliwość 5 MHz, to pojemność pasożytnicza wynosząca zaledwie 0,5 pF może zmienić wartość częstotliwości oscylacji z 5 MHz na 4,88 MHz. Jest to równoznaczne zmianie indukcyjności aż o 5%!

    Jeśli zmienimy pojemność na 704 pF, nasz sensor pracować będzie przy częstości 600 kHz. Teraz, ta sama wartość pojemności pasożytniczej, równa 0,5 pF powoduje zmianę częstotliwości oscylacji o 0,2 kHz, co odpowiada zmianie indukcyjności o zaledwie 0,07%.

    Biorąc pod uwagę te ograniczenia, ograniczmy wartości pojemności układu do tych, dla których nie dominuje pojemność pasożytnicza.

    Sensory indukcyjne: ograniczenia częstotliwości
    Wykres z zaznaczonym rejonem, w którym dominuje pojemność pasożytnicza


    W aplikacjach z konwerterami LDC rekomenduje się korzystnie z kondensatorów z dielektrykiem typu C0G (zwanym także NP0). Kondensatory takie charakteryzują się dobrymi parametrami: są stabilne, niewielkie i relatywnie tanie. Oferują one powolne starzenie, dobrą stabilność termiczną, szeroki zakres temperatur pracy, niski opór zastępczy (ESR), niewielki dC/dV i doskonałe parametry szumowe.

    Jednakże kondensatory te charakteryzują się niską pojemnością na jednostkę objętości, co oznacza, iż trudno nabyć kondensatory takie o pojemności większej niż 470 nF (a i te są całkiem duże, z rozmiarem 5 mm x 5,7 mm).

    Maksymalna pojemność tych kondensatorów tworzy kolejne ograniczenie, tym razem z góry, jak pokazano na poniższym wykresie.

    Sensory indukcyjne: ograniczenia częstotliwości
    Maksymalne dostępne kondensatory


    Finalnie musimy rozważyć wpływ oporu Rp sensora na układ. Konwertery takie jak LDC1000, LD 1041 i LDC1051 mogą sterować sensorem z Rp już od 798 Ω.

    Wartość Rp może być wyliczona z dobroci Q sensora, korzystając z następującego równania:

    Sensory indukcyjne: ograniczenia częstotliwości


    Wybierzmy zatem, dla przykładu, dwa sensory. Dla jednego Q = 5, a dla drugiego Q = 25. Wyrysujmy teraz wykres dla tych sensorów na wykresie w zakresie od 5 kHz do 5 MHz i wyrysujmy linię dla Rp równego 798 Ω, dla układu LDC1000. Warto zauważyć, iż sensory o wyższym Q mają szerszy zakres pojemności i oporów, z którymi mogą współpracować.

    Sensory indukcyjne: ograniczenia częstotliwości
    Ograniczenia Rp.


    Jeśli teraz pokolorujemy wykres, otrzymamy następującą 'pomoc naukową'.

    Sensory indukcyjne: ograniczenia częstotliwości
    Rejon pracy (zakolorowany na zielono),


    Jasnozielony obszar odpowiada sensorowi o Q = 5, a drugi z sensorów o Q = 25 pracować może w szerszym zakresie, oznaczonym dodatkowo kolorem ciemnozielonym.

    Dzięki temu możemy prosto zwizualizować dostępny rejon pracy sensorów. Następujące warunki muszą być spełnione:

    * Pojemność przy sensorze może wynosić nawet 10 pF, jednak rekomenduje się pojemności 100 pF lub większe.
    * Pojemności większe niż 470 nF mogą być trudne do zdobycia, co ogranicza dobór elementów.
    * Jakkolwiek układy takie jak LDC1000 mogą działać z indukcyjnościami powyżej 1 µH, rekomenduje się, iż 5 µH jest wartością minimalną z uwagi na Rp sensora.
    * Sensory o wyższej dobroci Q oferują większą elastyczność podczas konfiguracji.

    Źródło:

    http://e2e.ti.com/blogs_/b/analogwire/archive...ive-sensing-sensor-frequency-constraints.aspx

    Fajne? Ranking DIY
    O autorze
    ghost666
    Tłumacz Redaktor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    https://twitter.com/Moonstreet_Labs
    ghost666 napisał 11960 postów o ocenie 10197, pomógł 157 razy. Mieszka w mieście Warszawa. Jest z nami od 2003 roku.
REKLAMA