مدونة الشركة حول TI LMH32401IRGTR مكبر ضغط التضخم التفاضلي للخروج

إيه تيLMH32401IRGTRمضخم الناتج التفاضلي ذو النهاية الواحدة قابل للبرمجة

شركة شينزين مينغجيادا الإلكترونية المحدودةالإمدادات/إعادة التدوير TILMH32401IRGTRمكبر مكاسب عالية الأداء قابل للبرمجة (PGA) مصمم لتحويل المدخلات من نهاية واحدة إلى مخرجات متباينة.مصممة خصيصاً للاستكشاف البصري عالي السرعة وتطبيقات معالجة الإشارات، فإنه يستفيد من مكاسب قابلة للبرمجة، وعرض النطاق الترددي الواسع، وانخفاض الضوضاء، والتكامل العالي لتقديم أداء استثنائي. اعتمدت على نطاق واسع في مجالات متطلبة مثل الليدار، أنظمة تحديد المدى الليزر،والاتصالات البصرية عالية السرعة حيث دقة الإشارة وسرعة الاستجابة حاسمة، فإنه بمثابة حل مكبر الأمامية المثالي لأنظمة المستقبلات الالكترونية العصرية الحديثة.

نظرة عامة أساسية علىLMH32401IRGTRالجهاز

LMH32401IRGTR هو أساسا مكبر ترانسيمبيدانس قناة واحدة.وظيفتها الأساسية هي تحويل إشارات التيار الضعيفة التي تولدها أجهزة الاستشعار ذات الإخراج الحالي مثل ثنائيات الضوء إلى إشارات الجهد بسرعة عالية وتشويه منخفض.تعزز هيكل الإخراج التفاضلي مقاومة التداخل، مع دعم تبديل مكاسب قابل للبرمجة للتكيف مع التطبيقات ذات كثافة الضوء المختلفة أو نطاقات الإشارة.في حزمة صغيرة من 3mm × 3mm 16pin VQFN، يسهل الجهاز تخطيط أقراص PCB عالية الكثافة.تلبية المتطلبات البيئية للتطبيقات الصناعية ومختارة للسيارات.

كمنتج رئيسي في سلسلة المضخات عالية السرعة من TI،LMH32401IRGTRيعطي الأولوية للاستجابة عالية التردد المثلى، وأداء الضوضاء، والتكامل. وهو يتضمن وحدات وظيفية عملية متعددة، مما يتيح التشغيل المستقر دون دوائر محيطية معقدة.هذا يقلل بشكل كبير من تعقيد تصميم النظام وتكاليفه مع الحفاظ على التحكم في الطاقة المنخفضة ، مما يجعله مناسبًا لتطبيقات الأجهزة المحمولة والمنخفضة الطاقة.

المعلمات التقنية الأساسية ومزايا الأداءLMH32401IRGTR

(1) المعلمات التقنية الأساسية

تدور معايير أداء LMH32401IRGTR حول ثلاث قدرات أساسية: السرعة العالية ، وانخفاض الضوضاء ، والكسب القابل للبرمجة. المواصفات الرئيسية في ظل ظروف تشغيل نموذجية (VDD = 3.3V ،CPD = 1pF، RL=100Ω، TA=25°C) تتوافق بدقة مع متطلبات التطبيقات في العالم الحقيقي:

- مكاسب ترانسيمبيدانس قابلة للبرمجة: تدعم 2kΩ و 20kΩ زيادة التبديل مع مكاسب افتراضية من 2kΩ.يمكن للمستخدمين تكوين زيادة مرنة من خلال دبوس GAIN الخارجي لاستيعاب إشارات التيار المدخل من مختلف الأبعاد.

- أداء النطاق الترددي: عند زيادة 2kΩ ، يصل عرض النطاق الترددي في الحلقة المغلقة إلى 450MHz ؛ عند زيادة 20kΩ ، يصل عرض النطاق الترددي إلى 275MHz ، وكلاهما يوفر قدرة الاستجابة عالية التردد استثنائية.

- أداء الضوضاء: عند زيادة 2kΩ ، يكون ضوضاء الإشارة المدخلة 250nARMS فقط ؛ عند زيادة 20kΩ ، ينخفض ضوضاء الإشارة المدخلة إلى 49nARMS ، مما يحسن بشكل كبير دقة الكشف عن الإشارات الضعيفة ؛

- سرعة التبديل: عند زيادة 2kΩ ، وقت الارتفاع / الانخفاض يقل من 0.8ns ؛ عند زيادة 20kΩ ، وقت الارتفاع / الانخفاض هو 1.3ns ، مما يتيح التقاط إشارات عابرة عالية السرعة ؛

- خصائص الإخراج: يصل التأرجح الإخراج إلى 1.5VPP ، قادر على قيادة حمولات 100Ω مباشرة. يدعم هيكل الإخراج التفاضلي الاتصال المباشر مع ADCs (المحولات التناظرية إلى الرقمية) ،تبسيط تصميم سلسلة الإشارات;

- إمدادات الطاقة واستهلاك الطاقة: تشغيل إمدادات واحدة مع نطاق الجهد من 3 فولت إلى 3.45 فولت، وجهد إمدادات نموذجي من 3.3 فولت، وتيار ساكن من حوالي 30mA. يدعم وضع طاقة منخفضة.يمكن تعطيلها عبر دبوس EN أثناء التشغيل العاطل لتوفير الطاقة.

- معايير إضافية: مجموعة التيار المباشر المدخل تصل إلى 60 ~ 72μA ، وتيار محرك خطي نموذجي للخروج (غوص / مصدر) من 26.6mA ، عائق الخروج التفاضلي حوالي 21Ω ،ونسبة رفض الوضع المشترك الممتازة (CMRR).

(د) المزايا الأساسية للأداء

1مكاسب قابلة للبرمجة للتكيف مع العديد من السيناريوهات

الـLMH32401IRGTRيتضمن وحدة تحكم مكاسب قابلة للبرمجة. من خلال تكوين مستوى دبوس GAIN،يمكنه التبديل السريع بين إعدادات مكاسب 2kΩ و 20kΩ دون الحاجة إلى استبدال المقاومة الخارجية أو إعادة تصميم الدائرةهذه المرونة تمكن من التكيف مع سيناريوهات الكشف الضوئي في ظل كثافة ضوئية مختلفة:وضع 2kΩ منخفض المكاسب يمنع تشبع الإشارة- في ظل الإضاءة الضعيفة مع إشارات الدخول الضعيفة ، فإن التبديل إلى وضع 20kΩ عالية المكاسب يعزز نطاق الإشارة.- أداء منخفض الضوضاء يضمن دقة الكشف عن إشارات ضعيفة تبقى سليمة.

2تصميم عالي السرعة منخفض الضوضاء لمعالجة إشارات عالية التردد

الـLMH32401IRGTRتم تحسينه خصيصاً لمعالجة الإشارات الضوئية الإلكترونية عالية السرعة. مع عرض النطاق الترددي الأقصى 450 ميغا هرتز وسرعة التبديل السريعة 0.8ns،يلتقط بسهولة إشارات التيار العابر عالية التردد في تطبيقات مثل الليدار والاتصالات البصرية عالية السرعة دون تشويه كبير للإشارةفي الوقت نفسه، ضجيجها المرجعي الدخول منخفضة للغاية (منخفضة تصل إلى 49 nARMS) قمع فعالة الضوضاء البيئية والتداخلات الناجمة عن الجهاز،تحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR) بشكل كبيرهذا يحل تحديات الضوضاء أثناء تضخيم الإشارات الضعيفة ، مما يجعلها مناسبة بشكل خاص لتطبيقات الكشف عالية الدقة في بيئات الضوء الضعيف.

3. مدخل متفرق إلى بنية مخرجات متباينة مع رفض ضوضاء متميزة

الـLMH32401IRGTRيستخدم مدخلًا واحدًا في بنية الإخراج التفاضلي. مدخله ذو الطرف الواحد يتواصل مباشرة مع أجهزة استشعار التيار مثل ثنائيات الضوء ،إزالة الحاجة إلى دوائر تحويل إشارات إضافيةيمنع الناتج التفاضلي بشكل فعال الضوضاء في الوضع المشترك والتداخلات الكهرومغناطيسية (EMI) ، مما يعزز استقرار نقل الإشارة.هذا يجعلها مناسبة بشكل خاص لنقل الإشارات على مسافات طويلة والتطبيقات في البيئات الكهرومغناطيسية المعقدةبالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يؤدي مخرج التفاضل مباشرة إلى منفذ مدخل التفاضل من ADC دون الحاجة إلى دوائر تحويل التفاضل الإضافية ،تبسيط تصميم سلسلة الإشارة مع تحسين دقة أخذ العينات في ADC.

4التكامل العالي يقلل من تكاليف تصميم النظام

الـLMH32401IRGTRيحتوي على وحدات وظيفية عملية متعددة، مما يتيح التشغيل المستقر دون مكونات خارجية معقدة:

- دائرة مشبك حماية متكاملة 100mA تمنع تلف الجهاز من التيار الزائد العابر أو الإفراط في الإدخال مع السماح بالانتعاش السريع من ظروف الإفراط ، مما يعزز صلابة النظام.الدوائر المتكاملة لإلغاء الضوء المحيطي (ALC) تحل محل مكثفات الارتباط التيار المتردد بين ثنائيات الضوء والمضخات، توفير مساحة تخطيط PCB وخفض تكاليف النظام. يمكن تعطيل هذه الدائرة عبر دبوس IDC_EN لاستيعاب متطلبات التواصل المستمر.وظيفة متعددة الخروج المتكاملة تمكن العديد من أجهزة LMH32401IRGTR من التعدد إلى ADC واحد عن طريق التحكم في طاقة منخفضة من دبوس ENلتسهيل تقسيم الإشارات المتعددة القنوات في الوقت المناسب لتخفيض تكلفة النظام والبصمة.

5تحكم طاقة منخفضة للتطبيقات المحمولة

الـLMH32401IRGTRيدعم وضع طاقة منخفضة. عندما لا يتم استخدام المضخم ، يمكن أن يضع دبوس EN الجهاز في حالة طاقة منخفضة. خلال هذه الحالة ، تدخل دبوس الإخراج إلى حالة عائق عالية ،تقليل التيار الساكن بشكل كبير والحفاظ على الطاقة بشكل فعالهذه الميزة تمكن من التوافق مع أجهزة منخفضة الطاقة مثل مقاييس المسافة الليزر المحمولة وأنظمة LiDAR المحمولة ، مما يمدد وقت تشغيل الجهاز. بالإضافة إلى ذلك ،حالة الخروج عالية العائق تسهل الترتيبات مع أجهزة متعددة، تعزيز تكامل النظام.

III. الوحدات الوظيفية الرئيسيةLMH32401IRGTR

(1) وحدة تحكم مكاسب قابلة للبرمجة

وحدة التحكم في زيادة البرمجة هي واحدة من الوحدات الأساسية من LMH32401IRGTR. يدير دبوس GAIN التبديل زيادة: عندما يتم سحب دبوس GAIN منخفضة،يعمل الجهاز في وضع مكاسب 2kΩ الافتراضيعندما يتم سحب دبوس GAIN عاليا، فإنه يتحول إلى وضع 20kΩ زيادة. عملية تبديل زيادة سريعة وخالية من خلل،ضمان نقل الإشارة دون انقطاع وتلبية متطلبات تكييف الإشارة في ظروف الضوء المتغيرة ديناميكياًهذا التصميم المتكامل يزيل الحاجة إلى رقائق إضافية لتحكم المكاسب أو شبكات المقاومة الخارجية،تبسيط تصميم الدوائر مع ضمان دقة زيادة ثابتة وتقليل تأثيرات الانحراف الحراري على زيادة.

(د) وحدة إلغاء الضوء المحيطي (ALC)

وحدة إلغاء الضوء المحيطي هي تحسين متخصص لسيناريوهات الكشف الإلكتروني الضوئي. إنها تعوض ديناميكيا عن مكونات التيار المباشر الناتجة عن الضوء المحيطي الخلفي (على سبيل المثال،ضوء الشمس، الإضاءة الداخلية) ، مما يمنع تشبع مخرج المضخم الناجم عن الضوء المحيطي المكثف وتعزيز النطاق الديناميكي للنظام.هذه الوحدة يمكن أن تستبدل مباشرة مكثف التيار المتردد المرفق تقليديا بين ثنائي الأضواء الضوئية والمضخم، مما يوفر مساحة تخطيط للوحات المنسقة ويقلل من تكاليف المكونات. عندما يكون هناك حاجة إلى ربط DC في تطبيق ، يمكن تعطيل الوحدة عبر دبوس IDC_EN ،توفير التكيف المرن لاحتياجات تصميم الدوائر المختلفةتعمل وحدة ALC على نطاق نطاق واسع دون التأثير على نقل الإشارة عالية التردد ، مما يضمن سلامة الإشارة الضوئية.

(3) عقدة الحماية ووحدة التحكم منخفضة الطاقة

الحلقة المدمجة للضغط الحماية 100mA تحد من نطاق التيار الحالي أثناء الإفراط في الإدخال ، مما يحمي مراحل إدخال وإخراج مكبر الصوت من التلف.يسمح بالانتعاش السريع إلى التشغيل الطبيعي في ظل ظروف الإفراط، مما يعزز موثوقية النظام واستقراره، وهو مناسب بشكل خاص للتطبيقات مثل الليدار حيث قد تحدث إشارات دخول قوية مفاجئة. يتم إدارة وحدة التحكم منخفضة الطاقة عن طريق دبوس EN.عندما يتم سحب دبوس EN عالياًعندما يتم سحب دبوس EN منخفض ، يعمل الجهاز بشكل طبيعي.هذه الميزة لا تمكن فقط السيطرة على استهلاك الطاقة ولكن أيضا يسهل اكتساب إشارة متعددة القنواتمن خلال التحكم في تقسيم وقت دبوس EN ، يمكن تضخيم مضاعفات متعددة ، مما يقلل من تكاليف أجهزة النظام واستهلاك الطاقة.

(IV) وحدة محرك الإخراج التفاضلي

تستخدم وحدة محرك الإخراج التفاضلي تصميمًا عالي التأرجح عالية السرعة مع تأرجح الإخراج من 1.5Vpp ، قادرة على قيادة حمولة 100Ω مباشرة دون الحاجة إلى مكبرات بوفر إضافية.تظهر الوحدة نسبة الرفض المشتركة الممتازة (CMRR)، مما يمنع بشكل فعال ضوضاء الوضع المشترك لتعزيز استقرار نقل الإشارة. في الوقت نفسه يطابق الإخراج التفاضلي مباشرة مع المدخل التفاضلي لـ ADCs ،تقليل التشوهات والتداخلات الضوضائية أثناء تحويل الإشارة لتحسين دقة أخذ العينات من ADCمع انخفاض عائق الإخراج والقدرة القوية على قيادة الحمل ، توفر وحدة السائق مرونة عالية للتكيف مع مختلف تصاميم الدوائر التالية.

IV.LMH32401IRGTRدائرة تطبيق نموذجية

يستخدم LMH32401IRGTR عادةً لتضخيم الإشارات الضوئية الإلكترونية في مستقبلات LiDAR وأجهزة قياس المدى بالليزر. تصميم الدائرة التطبيقية النموذجي بسيط ،مركز حول ثنائي الصور,LMH32401IRGTR، وعدد قليل من المكونات الطرفية النهج التصميم المحدد هو كما يلي:

1. دائرة الدخول: يتم تعبئة أيود الديود الضوئي ، في حين يتم توصيل كاثودها بعلامة IN + من LMH32401IRGTR. يتم توصيل علامة IN- إلى مستوى مرجعية (على سبيل المثال ، GND أو جهد تحيز ثابت) ،تشكل بنية مدخل من نهاية واحدة. يتم توصيل مكثف صغير بالتوازي عبر الديود الضوئي لقمع الضوضاء عالية التردد.

2التحكم في المكاسب: يتم توصيل دبوس GAIN إلى VDD (3.3V) أو GND عبر مقاومة لتحقيق تكوينات مكاسب ثابتة من 20kΩ أو 2kΩ. للتبديل الديناميكي للمكاسب ،يمكن توصيل دبوس GAIN بدبوس MCU GPIO للتحكم في البرنامج.

3تمكين الوظيفة: يتم توصيل دبوس EN بدبوس MCU GPIO للتحكم في وضع الجهاز النشط / منخفض الطاقة بناءً على متطلبات النظام.يجب سحب دبوس IDC_EN عالياً لتمكين قمع الضوء المحيطي ومنع التداخل من الضوء المحيطي.

4. الطاقة والأرض: يتم توصيل VDD1 و VDD2 إلى مصدر طاقة 3.3V. يتم توصيل مكثف فصل 0.1μF و 10μF بالتوازي بالقرب من دبوس الطاقة لقمع ضوضاء إمدادات الطاقة.يستخدم دبوس GND التربة نقطة واحدة ويتم توصيله بمحطة التربة للديود الضوئي للحد من ضوضاء الحلقة الأرضية.

5. دائرة الإخراج: OUT + و OUT- توصيل مباشرة إلى دبوس المدخلات التفاضلية لـ ADC. يتم تكوين فولتاج المرجعية لـ ADC لمطابقة دبوس VOCM لـ LMH32401IRGTR لضمان توافق الإشارة.إذا كان ADC يستخدم مدخل واحد، يمكن استخدام دائرة تحويل من التفاضل إلى نهاية واحدة للاتصال.

(في)LMH32401IRGTRسيناريوهات التطبيق

الاستفادة من سرعة عالية، ضوضاء منخفضة، مكاسب قابلة للبرمجة، والتكامل العالي،LMH32401IRGTRتستهدف أساساً تطبيقات الكشف الالكتروني الضوئي عالية السرعة ومعالجة الإشارات، بما في ذلك:

- LiDAR: بمثابة مكبر أرضي للمستقبلات ، مما يعزز إشارات التيار الضعيف من أجهزة الكشف الضوئي. مناسبة لتطبيقات LiDAR للسيارات و LiDAR الصناعية ،تتيح الكشف عن المسافة بسرعة عالية.

- أنظمة تحديد المدى بالليزر: متوافقة مع أجهزة تحديد المدى بالليزر المحمولة و معدات تحديد المدى بالليزر الصناعيةتضخيم الإشارات الضوئية الضعيفة المنعكسة من الليزر لتعزيز دقة النطاق وسرعة الاستجابة.

- الاتصالات البصرية عالية السرعة: بمثابة مكبر في الطرف الأمامي لوحدات استقبال الألياف البصرية (ROSAs) ، مما يعزز إشارات التيار الضعيف من ثنائيات الضوء.مناسبة للوحدات البصرية عالية السرعة، أجهزة إرسال و استقبال بالألياف الضوئية والمعدات المماثلة؛

- الكشف الكهروضوئي للأتمتة الصناعية: يعزز إشارات أجهزة الاستشعار الصناعية (مثل المفاتيح الكهروضوئية، المشفرات الكهروضوئية) ، والتي تلبي متطلبات السرعة العالية،سيناريوهات التفتيش الصناعي عالية الدقة;

- المعدات الطبية والعلمية: متوافقة مع ماسحات PET، التصوير المقطعي بالتماسك البصري (OCT) ، مقاييس الطيف عالية السرعة،وأجهزة مماثلة لتضخيم وتكييف الإشارات الضعيفة الإلكترونية;

- الاستشعار ثلاثي الأبعاد ومسح الباركود: يعالج الإشارات الإلكترونية للكاميرات ثلاثية الأبعاد ومسحات الباركود، مما يحسن من دقة الكشف وسرعة الاستجابة.

الثامنLMH32401IRGTRملخص

إن TI LMH32401IRGTR هو مكبر ترانسيمبيدانس قابل للبرمجة تم تصميمه خصيصًا لسيناريوهات الكشف الإلكتروني الضوئي عالية السرعة. تقع نقاط قوته الأساسية في:التكامل العالي، ومرونة عالية. يدعم تحويل مكاسب قابلة للبرمجة بين 2kΩ و 20kΩ ، يحول المدخلات ذات الطرف الواحد إلى مخرجات تفاضلية ،ويتضمن وحدات عملية مثل إلغاء الضوء المحيطي، وقيادة الحماية، وتحكم طاقة منخفضة. يحقق عملية مستقرة دون دوائر الطرفية المعقدة. مع عرض النطاق الترددي الأقصى 450 ميغا هرتز، الحد الأدنى للضوضاء المرجعية المدخلة من 49nARMS،وسرعة التبديل الأسرع 0.8ns، وهو مناسب تماماً لتطبيقات متوسطة إلى متقدمة مثل الليدار، ومدى الليزر، والاتصالات البصرية عالية السرعة، والكشف الصناعي للطاقة الضوئية.يُعتبر الحل المفضل للتضخيم الأمامي لأنظمة الاستقبال الالكترونية العصرية.