एनालॉग फ्रंट एंड सर्किट (एएफई): वह सब कुछ जो आपको जानना आवश्यक है

एनालॉग फ्रंट-एंड सर्किट, जिसे एएफई के रूप में भी जाना जाता है, डेटा अधिग्रहण प्रणालियों और अन्य प्रकार के माप अनुप्रयोगों में प्रमुख घटक हैं जिन्हें एनालॉग सिग्नल को डिजिटल में बदलने की आवश्यकता होती है। ये एएफई एम्पलीफायरों, फिल्टर और एनालॉग-टू-डिजिटल कन्वर्टर्स (एडीसी) जैसे विभिन्न तत्वों को एकीकृत करते हैं, जो उन्हें चिकित्सा उपकरण से लेकर औद्योगिक सेंसर सिस्टम तक कई अनुप्रयोगों में उपयोगी बनाते हैं। आगे, हम विस्तार से जांच करेंगे कि ये एएफई क्या हैं, वे कैसे काम करते हैं और आमतौर पर किन अनुप्रयोगों में उनका उपयोग किया जाता है।

यदि आप इलेक्ट्रॉनिक माप या सेंसर सिस्टम से परिचित हैं, तो आपको पता होगा कि एएफई का एक मुख्य कार्य सेंसर से प्राप्त सिग्नल को डिजिटल सिग्नल में परिवर्तित करने से पहले उसे कंडीशन करना है। कम आयाम वाले संकेतों के साथ काम करते समय यह विशेष रूप से महत्वपूर्ण है, जिन्हें डिजिटल प्रसंस्करण से पहले प्रवर्धन और फ़िल्टरिंग की आवश्यकता होती है। इन सर्किटों के बिना, परिणामी जानकारी सटीक या उपयोगी नहीं होगी।

एनालॉग फ्रंट-एंड सर्किट (एएफई) क्या हैं?

एएफई सर्किट ब्लॉकों का एक सेट है जो डिजिटल सिग्नल में परिवर्तित होने से पहले एनालॉग सिग्नल को संसाधित करता है। सरल शब्दों में, एएफई एनालॉग दुनिया और डिजिटल दुनिया के बीच एक प्रकार का 'पुल' है। इसका मुख्य कार्य ध्वनि, तापमान या प्रकाश जैसे 'वास्तविक दुनिया' संकेतों को पकड़ना, उन्हें फ़िल्टरिंग या प्रवर्धन जैसी प्रक्रियाओं के माध्यम से व्यवस्थित करना और फिर उन्हें डिजिटल सिग्नल में परिवर्तित करना है ताकि उन्हें माइक्रोप्रोसेसर या एम्बेडेड सिस्टम द्वारा संसाधित किया जा सके।

एनालॉग फ्रंट-एंड सर्किट का एक सामान्य उदाहरण डिजिटल एक्स-रे डिटेक्टर जैसे मेडिकल इमेजिंग सिस्टम में पाया जाता है। इस प्रकार की प्रणालियों में, एएफई को उत्पन्न होने वाले डेटा की बड़ी मात्रा को संभालने के लिए उच्च प्रसंस्करण गति बनाए रखते हुए सिग्नल एकीकरण, प्रोग्रामयोग्य लाभ प्रवर्धन और सहसंबद्ध नमूनाकरण जैसे कई कार्य करने होंगे।

एएफई की सामान्य विशेषताएं:

• इनमें एडजस्टेबल गेन एम्पलीफायर (पीजीए) शामिल हैं जो डिजिटल में रूपांतरण से पहले सिग्नल की शक्ति को समायोजित करने की अनुमति देते हैं।
• वे शोर या हस्तक्षेप को खत्म करने के लिए फिल्टर को एकीकृत करते हैं जो मापा सिग्नल को दूषित कर सकता है।
• इनमें आमतौर पर एनालॉग से डिजिटल में अंतिम रूपांतरण करने के लिए एडीसी शामिल होते हैं।

एएफई के विशिष्ट अनुप्रयोग

एएफई बहुमुखी घटक हैं जिनका उपयोग कई उद्योगों में किया जाता है। चिकित्सा में डेटा अधिग्रहण प्रणालियों से लेकर ऊर्जा उद्योग में अनुप्रयोगों तक, एनालॉग फ्रंट-एंड सर्किट यह सुनिश्चित करने के लिए महत्वपूर्ण हैं कि एनालॉग सिग्नल को प्रभावी ढंग से परिवर्तित और संसाधित किया जा सकता है। आगे, हम इसके कुछ सबसे सामान्य अनुप्रयोगों की समीक्षा करेंगे।

संरक्षण और ऊर्जा माप रिले

ऊर्जा क्षेत्र में, एएफई विद्युत प्रणालियों की सुरक्षा में मौलिक भूमिका निभाते हैं। उदाहरण के लिए, सुरक्षा रिले में, जो उपकरण हैं जो विफलताओं के खिलाफ सिस्टम की निगरानी और सुरक्षा करते हैं, एएफई वर्तमान और वोल्टेज को सटीक रूप से मापने के लिए जिम्मेदार हैं। इन एएफई को बेहद सटीक रूप से डिज़ाइन किया गया है, जिससे बिजली प्रणालियों में सबसे छोटे बदलावों का भी पता लगाया जा सकता है, जिससे भयावह क्षति को रोका जा सकता है।

एएफई के अग्रणी निर्माताओं में से एक, टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स ने इन एएफई-आधारित सुरक्षा रिले को लागू करने के लिए विशिष्ट समाधान विकसित किए हैं। इन एएफई द्वारा दी जाने वाली सुविधाओं में एक साथ और सुसंगत नमूनाकरण शामिल है, जो उच्च-मांग वाले विद्युत प्रणालियों में सटीक सिग्नल कैप्चर के लिए आवश्यक है।

आगमनात्मक सेंसर में एएफई

एएफई का एक अन्य विशिष्ट उपयोग आगमनात्मक सेंसर में होता है, जिसका उपयोग धातु की वस्तुओं या अन्य भौतिक मापदंडों जैसे गति या झुकाव की निकटता को मापने के लिए किया जाता है। आगमनात्मक सेंसर के लिए एएफई चुंबक के हस्तक्षेप के बिना चुंबकीय क्षेत्र में भिन्नता का पता लगाने की अनुमति देते हैं, और गंदे या धूल भरे वातावरण जैसी कठिन परिस्थितियों में काम करने में सक्षम हैं। ये एएफई आम तौर पर घरेलू उपकरणों जैसे वैक्यूम क्लीनर से लेकर इलेक्ट्रॉनिक उपकरण और औद्योगिक रोबोट तक विभिन्न प्रकार के उपकरणों में पाए जाते हैं।

इन एएफई के फायदों में कठिन परिस्थितियों में काम करने की उनकी क्षमता, साथ ही अन्य इलेक्ट्रॉनिक प्रणालियों के साथ एकीकरण में आसानी शामिल है। कई मामलों में, आगमनात्मक सेंसर के लिए AFE समाधान में LDC0851 जैसे समर्पित उपकरण शामिल होते हैं जो आगमनात्मक स्विचिंग को सरल बनाते हैं।

चिकित्सीय निदान में एएफई

चिकित्सा क्षेत्र में, एएफई के पास अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला भी है। सबसे प्रासंगिक उदाहरणों में से एक डिजिटल एक्स-रे सिस्टम में है, जहां एएफई का उपयोग फ्लैट डिटेक्टर पैनलों द्वारा प्राप्त संकेतों को संसाधित करने के लिए किया जाता है। ये एएफई, प्रोग्रामेबल गेन एम्पलीफायरों को एकीकृत करने के अलावा, इंटीग्रेटर्स और एडीसी को भी शामिल करते हैं जो विकिरण के स्तर को सटीक रूप से मापने की अनुमति देते हैं।

ये उच्च-परिशुद्धता चिकित्सा एएफई सिस्टम स्कैन समय की ठीक ट्यूनिंग की अनुमति देते हैं और विभिन्न लोड रेंज विकल्प प्रदान करते हैं, जो विभिन्न प्रकार के परीक्षणों के अनुकूल होने के लिए आवश्यक है, चाहे स्थिर, अर्ध-गतिशील या गतिशील। यह चिकित्सा पेशेवरों के काम को बहुत सुविधाजनक बनाता है क्योंकि वे अपनी विशिष्ट आवश्यकताओं के अनुसार मापदंडों को समायोजित कर सकते हैं।

मेडिकल एएफई के लाभ:

• एक ही पैकेज में कई कार्यों का एकीकरण, स्थान की बचत और डिजाइन जटिलता को कम करना।
• छोटे संकेतों की माप में उच्च परिशुद्धता, जैसे कि एक्स-रे छवियों में कैप्चर किए गए सिग्नल।
• अनुप्रयोग के प्रकार के आधार पर प्रदर्शन और ऊर्जा खपत के बीच समझौता करने की संभावना।

पैकेज और आर्किटेक्चर की विविधता

एएफई के महान लाभों में से एक पैकेज और आर्किटेक्चर की विविधता है जिसे वे अपना सकते हैं। एप्लिकेशन के प्रकार के आधार पर, एएफई सरल तीन-चैनल, 8-बिट सिस्टम से लेकर 16 चैनल और 14 बिट सहित अधिक जटिल कॉन्फ़िगरेशन तक हो सकते हैं। पैकेज का प्रकार, जैसे टीक्यूएफपी, एसओआईसी, या क्यूएफएन, आमतौर पर डिजाइन में आवश्यक स्थान और थर्मल अपव्यय के प्रकार पर निर्भर करता है।

सामान्य एनकैप्सुलेशन के उदाहरण

एएफई में उपयोग की जाने वाली पैकेजिंग का एक उदाहरण 80-टीक्यूएफपी है, जो उन प्रणालियों में आम है जिन्हें मध्यम शक्ति पर कई चैनलों को संभालने की आवश्यकता होती है। इसमें 28-टीएसएसओपी भी है, जिसका उपयोग उन अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है जहां एक कॉम्पैक्ट आकार की आवश्यकता होती है। अन्य पैकेजों में 40-क्यूएफएन शामिल है, जो प्रदर्शन से समझौता किए बिना डिवाइस के आकार को और कम कर देता है।

दिलचस्प बात यह है कि इनमें से कई उपकरणों को सतह पर स्थापित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जिससे उन्हें पहनने योग्य चिकित्सा उपकरणों या वायरलेस सेंसर सिस्टम जैसे कॉम्पैक्ट सिस्टम में एकीकृत करना आसान हो जाता है।

एनालॉग फ्रंट-एंड सर्किट्री का भविष्य

जैसे-जैसे सेंसर सिस्टम और इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की मांग बढ़ती जा रही है, वैसे-वैसे इन सिग्नलों को प्रभावी ढंग से संभालने में सक्षम एनालॉग फ्रंट-एंड सर्किट की आवश्यकता भी बढ़ेगी। जैसे-जैसे प्रौद्योगिकी आगे बढ़ती है, एएफई का विकास जारी रहने की उम्मीद है, जो अधिक सटीकता, कम बिजली की खपत और एम्बेडेड सिस्टम में अधिक एकीकरण क्षमताओं की पेशकश करेगा।

चाहे चिकित्सा प्रणालियों में हो या औद्योगिक अनुप्रयोगों में, एनालॉग फ्रंट-एंड सर्किट इस बात का एक अनिवार्य हिस्सा बने रहेंगे कि हम डेटा के माध्यम से वास्तविक दुनिया के साथ कैसे बातचीत करते हैं। इंटरनेट ऑफ थिंग्स (आईओटी) जैसी प्रौद्योगिकियों के तेजी से उभरने के साथ, एएफई की मांग जो कठोर वातावरण में बड़ी विश्वसनीयता के साथ काम कर सकती है, केवल बढ़ेगी।

एनालॉग फ्रंट-एंड सर्किट भौतिक संकेतों को डेटा में बदलने में महत्वपूर्ण भाग हैं जिन्हें डिजिटल रूप से संसाधित किया जा सकता है। चाहे मेडिकल सेंसर अनुप्रयोग हों या औद्योगिक सिस्टम, एएफई एनालॉग और डिजिटल दुनिया के बीच एक महत्वपूर्ण संबंध प्रदान करते हैं। अपने प्रवर्धन, फ़िल्टरिंग और रूपांतरण क्षमताओं के साथ, ये सर्किट संकेतों को बड़ी सटीकता के साथ परिवर्तित और प्रसारित करने की अनुमति देते हैं। इसलिए, तकनीकी क्षेत्रों की एक विस्तृत श्रृंखला में इसका उपयोग और विकास आवश्यक बना रहेगा।