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ANALOG/MIXED SIGNAL AFE CIRCUIT 26 - ELETTRONICA OGGI 475 - GENNAIO/FEBBRAIO 2019 front-end analogici (AFE) sono impiegati ovunque si- ano presenti segnali analogici molto sensibili prove- nienti da sensori analogici, che vengono amplificati e in seguito convertiti in segnali digitali. L’AFE presentato in questo articolo abbina diverse funzioni in un unico di- spositivo: si tratta di un amplificatore per strumentazione programmabile con due ingressi completamente diffe- renziali, un convertitore A/D (ADC) di tipo Sigma-Delta, un’interfaccia digitale di comunicazione con la MCU e un registro per le configurazioni di base. Grazie a un’elevata linearità differenziale e integrale, l’AFE elabora pressoché qualsiasi segnale analogico dell’ordine dei µV fino ai mV, con un rapporto segnale/ rumore (SNR) ottimale e con una ridotta distorsione armonica, e di conseguenza è ideale in applicazioni embedded e nel campo dell’IoT, come ad esempio nei sensori di pressione o nella diagnostica delle batterie. I requisiti relativi alla topologia dell’AFE Gli amplificatori operazionali (Op-Amp) usati nei front-end analogici dovrebbe- ro sempre garantire le seguenti carat- teristiche: Ridotta tensione di off-set. Poiché l’off- set e la deriva dell’off-set aumentano la non linearità della tensione in uscita dell’amplificatore, distorcono di conseguenza il segnale amplificato. Basso rumore di tensione. La tensione di rumore al va- riare della frequenza dipende dalla larghezza di banda del segnale (nV/ Hz); essa è inoltre amplificata dal segnale. Elevata reiezione di modo comune (CMRR, Common Mode Rejection Ratio), per sopprimere il segnale di distur- bo elettrico su entrambi gli ingressi di segnale dell’ampli- ficatore, in modo da non influire sul segnale di misura. Ingresso e uscita rail-to-rail (RRIO - Rail to Rail Input and Output), soprattutto nei circuiti con bassa tensione di ali- mentazione, per ottenere il massimo isolamento della ten- sione di rumore e per trasmettere così senza errori i se- gnali d’ingresso fino all’alimentazione positiva o negativa. Esistono principalmente tre topologie di amplificatori operazionali: L’amplificatore non invertente è la forma più semplice di Op-Amp. La sua struttura semplice è abbinata a un nu- mero ridotto di componenti esterni ne- cessari e a un basso consumo energeti- co. Lo svantaggio dell’amplificatore non invertente risiede nel fatto che esso am- plifica contemporaneamente il segnale e il rumore all’ingresso dell’Op-Amp. In campo industriale, disturbi e rumore possono essere talmente elevati da so- vrapporsi al segnale. Pertanto, si consi- glia di utilizzare un filtro per sopprimere la componente di modo comune su en- trambi gli ingressi dell’Op-Amp. L’amplificatore differenziale amplifi- ca solo l’ingresso di segnale e blocca – diversamente dall’amplificatore non invertente – i segnali di modo comune. Con l’elabora- zione del segnale differenziale è possibile garantire una migliore soppressione del rumore, ma la reiezione del- le interferenze di modo comune ad alta frequenza non è soddisfacente. Il circuito richiede inoltre dei resistori Come aggiungere flessibilità alla conversione analogico/digitale Thomas Bolz Product sales manager analog & sensors Rutronik Anche se le topologie comuni di front-end analogici sono poco flessibili, alcuni nuovi modelli con amplificatori integrati programmabili e interfacce MCU, offrono un grado maggiore di versatilità. Un esempio è la soluzione di JRC può anche essere utilizzata in combinazione con una MCU, come alternativa dell’oscilloscopio per segnali a bassa frequenza I