Di masa lalu, merancang sistem pengumpulan data berarti menemukan kombinasi komponen yang sesuai dari tumpukan tabel data dan memecahkan masalah prototipe yang telah dirakit. Kini, desainer dapat menggunakan alat desain digital untuk menarik dan melepas model sensor, blok pengkondisi sinyal analog, konverter analog-ke-digital (ADC), dan filter digital ke dalam rantai sinyal virtual, sehingga menghemat waktu dan mengurangi jalan memutar. Perangkat lunak ini dapat mensimulasikan keluaran rantai virtual, memungkinkan perancang memahami bagaimana komponen yang dipilih memengaruhi hasil, seperti rasio signal-to-noise (SNR), kesalahan penguatan dan offset, serta daya.
Rangkaian desain digital Analog Devices, Inc. (ADI) Precision Studio, termasuk Signal Chain Designer, tidak diterjemahkan. Modul ini dapat membantu desainer mensimulasikan sistem akuisisi data sebelum membuatnya. Di Signal Chain Designer, pengguna dapat memilih sensor, mengatur parameter untuk model, dan kemudian menempatkannya ke dalam blok sirkuit yang mewakili komponen rantai sinyal (Gambar 1).
Desainer Rantai Sinyal di ADI Precision Studio
Gambar 1: Menggunakan Perancang Rantai Sinyal di ADI Precision Studio, perancang dapat memilih sensor dan menyeret blok sirkuit yang sesuai ke dalam rantai sinyal untuk simulasi komponen akuisisi data. (Sumber gambar: Analog Devices, Inc.)
Sebelum mengubah sinyal sensor menjadi data yang andal, sinyal tersebut perlu menjalani pemrosesan multi-level, dengan setiap level terdiri dari satu atau lebih komponen elektronik atau modul IC sirkuit terintegrasi, yang berfungsi sebagai sinyal pra-pemrosesan untuk level berikutnya. Tahap pemrosesan yang paling umum dapat memperkuat sinyal analog, menyaring sinyal analog, mengubah sinyal analog menjadi sinyal digital, dan menyaring sinyal digital.
Tahap penguatan sinyal analog
Sinyal analog yang dihasilkan oleh sensor seringkali tidak sesuai dengan input optimal sistem akuisisi data. Tahap amplifikasi sinyal analog menggunakan penguat operasional (op amp), penguat diferensial penuh, referensi tegangan, serta komponen pasif seperti resistor, kapasitor, dan induktor untuk mengubah sinyal sensor menjadi bentuk efektif yang dibutuhkan oleh sistem akuisisi data.
Dalam Perancang Rantai Sinyal, pengguna dapat mengatur jenis input dan output, penguatan yang diperlukan, dan pergeseran level yang diperlukan untuk mencapai input tegangan yang benar untuk tahap amplifikasi analog. Kemudian, perangkat lunak menggunakan produk ADI untuk membangun sirkuit yang memenuhi parameter yang ditetapkan dan menghasilkan diagram skematik.
Misalnya, untuk sensor dengan impedansi 1 k Ω, frekuensi 1 kHz, dan kapasitansi 100 pF yang digunakan pada Gambar 1, pengguna dapat mengatur penguatan menjadi 2 V/V dan level offset menjadi 2,5 V (Gambar 2).
Pengguna dapat mengatur parameter seperti konfigurasi, penguatan, dan pergeseran level
Gambar 2: Pengaturan pengguna untuk konfigurasi tahap amplifikasi sinyal analog, penguatan, pergeseran level, dan parameter lainnya di Signal Chain Designer. (Sumber gambar: Analog Devices, Inc.)
Berdasarkan parameter ini, perangkat lunak membuat skema rangkaian tahap amplifikasi sinyal analog (Gambar 3, atas), yang mencakup penguat operasional ADA4097-2. Penguat operasional seri ADA4097-2 hanya membutuhkan arus 32,5 µ A per saluran untuk mencapai produk bandwidth gain (GBP) sebesar 130 kHz, dan kebisingan puncak ke puncak (PP) antara 0,1 Hz dan 10 Hz adalah 1000 nV, dengan frekuensi sudut kebisingan 1/f khas 6 Hz.
Perangkat lunak ini juga mengembangkan rangkaian referensi untuk tahap penguat, yang mencakup referensi tegangan celah pita presisi LTC6655B-2.5 dan penguat operasional AD8510 (Gambar 3, bawah), keduanya berasal dari ADI.