Аналогови интегрални схеми в промишлената верига за обработка на сигнали

Анализ на приложни сценарии, логика за избор и тенденции в набавките на операционни усилватели и компаратори в промишлени системи за събиране на данни.

I. Защо аналоговите ИС определят точността на данните

Във всеки промишлен или интелигентен системен сигнален път сензор → аналогов преден край → МКУ / АЦП определя цялостта на данните.
Ако сигнала е изкривен преди да достигне МКУ, никаква цифрова обработка не може да възстанови точността.

Операционните усилватели и компараторите са сред най-пренебрегваните — но най-критичните — ИС за промишлена надеждност.

II. Основни категории и инженерни аспекти

Тип	Основна функция	Ключови фактори
Операционен усилвател	Усилване, филтриране, буферизиране	Шум, отместване, диапазон на захранващото напрежение
Компаратор	Определяне на прага	Време на разпространение, джитър
Измервателен усилвател	Високоточна диференциална усилвателна схема	Коефициент на подавяне на синфазното напрежение (CMRR), дрейф
Усилвател за АЦП	Управляване на входа на АЦП	Честотна лента, стабилност

Инженерите обикновено оценяват аналоговите ИС според: Плътност на шума Входен отместване и дрейф, Обхват на захранващото напрежение. Температурна стабилност, Дългосрочна наличност.

III. Операционни усилватели в промишлени входни вериги

Операционните усилватели се използват широко за:

Усилване на сигнали от сензори

Активно филтриране

Буферизиране на входа на АЦП

TI LM358DR: Двойни операционни усилватели, широк обхват на захранващото напрежение, универсална модел за промишлени и битови приложения.

TI TLV9002IDR: Ниско енергопотребление, нисък шум, често използван в модули за промишлено събиране на данни.

ADI AD8606ARZ: Прецисионен операционен усилвател с ниско напрежение на изместване, често използван в медицински и промишлени измервателни приложения.

ST TSX321ILT: Операционен усилвател с ниско енергопотребление и единична конфигурация, подходящ за системи с батерийно захранване.

Тези операционни усилватели са широко разпространени в Германия, Италия и Югоизточна Азия, особено в сензорни модули и промишлени входно-изходни платки.

IV. Компараторни ИС: Първият слой за вземане на решения

Компараторите решават:

Кога се активира защитата

Когато се активират алармите

Дали е разрешено на системата да стартира

TI LM393DR: Двойен компаратор, изключително често срещан в промишлени и енергийни системи

ADI LTC1440CMS8: Компаратор с ултраниско енергопотребление, често използван в преносими и батерийни системи

ON Semiconductor LMV358: Ниско напрежение, ниско енергопотребление, подходящ за компактни проекти

V. Казусно проучване: Промишлен модул за измерване на температурата

Промишленият модул за измерване на температурата трябва да: усилват слабите сигнали от термокупли, потискат промишлен шум и активират защита при аномални температури.

Архитектура на решението: AD8606 за прециозно усилване на сигнали, LM393 за сравнение при прекомерна температура, а микроконтролерът получава само „обработени“ стабилни сигнали.

Резултати: Точността на измерването беше значително подобрена, честотата на фалшиви тревоги намаля, а системата издържа промишлените изпитания по електромагнитна съвместимост (EMC).

VI. Реалността при набавяне на аналогови ИС

Пазарът на аналогови интегрални схеми (ИС) се характеризира с много ясни особености: дълги жизнени цикли (10–20 години), ниски колебания в цените и в промишлените проекти рядко се изисква честа смяна на моделите.

На пазарите в Германия, Индия и Виетнам клиентите обръщат по-голямо внимание на последователността на партидите, канали за доставка от производители на оригинално оборудване (OEM) и способността за дългосрочно осигуряване на доставки.