신호 조건화

Signal conditioning

전자공학에서 신호 조절은 추가 처리를 위한 다음 단계의 요건을 충족시키는 방식으로 아날로그 신호를 조작하는 것이다.

아날로그-디지털 변환기 애플리케이션에서 신호 조절은 전압 또는 전류 제한과 안티앨리어싱 필터링을 포함한다.

제어 엔지니어링 애플리케이션에서는 감지 단계(센서로 구성됨), 신호 조절 단계(대개 신호 증폭이 수행됨) 및 처리 단계(종종 ADC 및 마이크로 컨트롤러에 의해 수행됨)가 있는 것이 일반적이다. 신호 조절 단계에서 신호 증폭을 수행하기 위해 일반적으로 작동 증폭기(op-amps)를 사용한다. 일부 변환기에서 신호 조절은 예를 들어 홀 효과 센서와 같이 센서와 통합된다.

전력 전자장치에서, 전압 센서와 전류 센서와 같은 센서에 의해 감지된 신호를 처리하기 전에, 신호 조절은 마이크로프로세서가 수용할 수 있는 수준으로 신호를 스케일링한다.

입력

신호 조절기가 허용하는 신호 입력은 DC 전압과 전류, AC 전압과 전류, 주파수 및 전하를 포함한다. 센서 입력은 가속도계, 열전대, 서미스터, 저항온도계, 스트레인 게이지 또는 브리지, LVDT 또는 RVDT가 될 수 있다. 전문 입력에는 인코더, 카운터 또는 타코미터, 타이머 또는 시계, 릴레이 또는 스위치, 기타 전문 입력 등이 포함된다. 신호 조절 장비의 출력은 전압, 전류, 주파수, 타이머 또는 카운터, 릴레이, 저항 또는 전위차계 및 기타 특수 출력이 될 수 있다.

과정

신호 조절에는 증폭, 필터링, 변환, 범위 일치, 격리 및 센서 출력을 조절 후 처리에 적합하게 만드는 데 필요한 기타 프로세스가 포함될 수 있다.

필터링

필터링은 가장 일반적인 신호 조절 기능이며, 일반적으로 모든 신호 주파수 스펙트럼이 유효한 데이터를 포함하지는 않는다. 예를 들어 대부분의 환경에 존재하는 50 또는 60Hz AC 전원 라인은 증폭될 경우 간섭을 일으킬 수 있는 신호에 노이즈를 유발한다.

증폭

신호 증폭은 입력 신호의 분해능을 높이고 신호 대 잡음 비를 증가시키는 두 가지 중요한 기능을 수행한다.[citation needed] 예를 들어, 아마도 밀리볼트 범위에 있는 전자 온도 센서의 출력은 아날로그-디지털 변환기(ADC)가 직접 처리하기에는 너무 낮을 것이다.[citation needed] 이 경우 전압 레벨을 ADC에서 요구하는 수준까지 끌어올릴 필요가 있다.

신호 조절에 일반적으로 사용되는 앰프에는 샘플 및 홀드 앰프, 피크 검출기, 로그 앰프, 안티로그 앰프, 계측 증폭기 및 프로그램 가능한 게인 증폭기가 포함된다.[1]

감쇠

증폭의 반대인 감쇠는 디지털화할 전압이 ADC 범위를 벗어날 때 필요하다. 이 형태의 신호 조절은 입력 신호 진폭을 감소시켜 조건화된 신호가 ADC 범위 내에 있게 한다. 감쇠는 일반적으로 10V 이상의 전압을 측정할 때 필요하다.

흥분

수동형 센서의 작동에는 외부 전원이 필요하다. (예: 서미스터 & RTD와 같은 온도 센서, 압력 센서(피조 저항성 및 용량성) 등). 흥분 신호의 안정성과 정밀도는 센서 정확도 및 안정성과 직접 관련이 있다.

선형화

센서가 물리적 측정과 선형 관계가 없는 전압 신호를 생성할 때 선형화가 필요하다. 선형화는 센서로부터의 신호를 해석하는 과정이며, 신호 조절이나 소프트웨어를 통해 할 수 있다.

전기 절연

신호 격리는 물리적 연결 없이 소스에서 측정 장치로 신호를 전달하는 데 사용될 수 있다. 그것은 종종 센서에서 처리 회로까지의 전기 경로를 따라갈 수 있는 신호 섭동의 가능한 원천을 분리하는 데 사용된다. 어떤 상황에서는 센서에서 컨디셔닝한 후 신호를 처리하는 데 잠재적으로 비용이 많이 드는 장비를 분리하는 것이 중요할 수 있다.

자석 또는 광학 격리를 사용할 수 있다. 자석격리는 신호를 전압에서 자기장으로 변환하여 물리적 연결 없이 신호를 전송할 수 있게 한다(예: 변압기 사용). 광학 격리는 전자 신호를 사용하여 광전송(광학 인코딩)으로 인코딩된 신호를 변조하는 방식으로 작동한다. 그런 다음 디코딩된 광 전송은 다음 처리 단계를 위한 입력에 사용된다.

서지 보호

서지 보호기는 전압 스파이크를 흡수하여 다음 단계를 손상으로부터 보호한다.

참조

  1. ^ "PC를 이용한 데이터 수집 기술" Academic-Press - 44-47페이지