એનાલોગ ફ્રન્ટ એન્ડ સર્કિટ્સ (AFE): તમારે જે જાણવાની જરૂર છે તે બધું

એનાલોગ ફ્રન્ટ-એન્ડ સર્કિટ, જેને AFE તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, તે ડેટા એક્વિઝિશન સિસ્ટમ્સ અને અન્ય પ્રકારના માપન કાર્યક્રમોમાં મુખ્ય ઘટકો છે કે જેને એનાલોગ સિગ્નલોને ડિજિટલમાં રૂપાંતરિત કરવાની જરૂર છે. આ AFE એ એમ્પ્લીફાયર, ફિલ્ટર્સ અને એનાલોગ-ટુ-ડિજિટલ કન્વર્ટર (ADC) જેવા વિવિધ ઘટકોને એકીકૃત કરે છે, જે તેમને તબીબી સાધનોથી લઈને ઔદ્યોગિક સેન્સર સિસ્ટમ્સ સુધીના અનેક કાર્યક્રમોમાં ઉપયોગી બનાવે છે. આગળ, અમે વિગતવાર તપાસ કરીશું કે આ AFE શું છે, તેઓ કેવી રીતે કાર્ય કરે છે અને તેઓ સામાન્ય રીતે કઈ એપ્લિકેશન્સમાં ઉપયોગમાં લેવાય છે.

જો તમે ઇલેક્ટ્રોનિક માપન અથવા સેન્સર સિસ્ટમ્સથી પરિચિત છો, તો તમે જાણશો કે AFEs ના મુખ્ય કાર્યોમાંનું એક એ છે કે સેન્સરમાંથી પ્રાપ્ત સિગ્નલને ડિજિટલ સિગ્નલમાં રૂપાંતરિત કરવામાં આવે તે પહેલાં તેને કન્ડીશન કરવું. નીચા કંપનવિસ્તાર સંકેતો સાથે કામ કરતી વખતે આ ખાસ કરીને મહત્વનું છે, જેને ડિજિટલ પ્રોસેસિંગ પહેલાં એમ્પ્લીફિકેશન અને ફિલ્ટરિંગની જરૂર હોય છે. આ સર્કિટ વિના, પરિણામી માહિતી સચોટ અથવા ઉપયોગી નહીં હોય.

એનાલોગ ફ્રન્ટ-એન્ડ સર્કિટ્સ (AFE) શું છે?

AFE એ સર્કિટ બ્લોક્સનો સમૂહ છે જે એનાલોગ સિગ્નલોને ડિજિટલ સિગ્નલમાં રૂપાંતરિત કરતા પહેલા પ્રક્રિયા કરે છે. સરળ શબ્દોમાં, AFE એ એનાલોગ વિશ્વ અને ડિજિટલ વિશ્વ વચ્ચેનો એક પ્રકારનો 'સેતુ' છે. તેનું મુખ્ય કાર્ય ધ્વનિ, તાપમાન અથવા પ્રકાશ જેવા 'વાસ્તવિક વિશ્વ' સિગ્નલોને કેપ્ચર કરવાનું છે, તેને ફિલ્ટરિંગ અથવા એમ્પ્લીફિકેશન જેવી પ્રક્રિયાઓ દ્વારા કન્ડિશન કરવું અને પછી તેને ડિજિટલ સિગ્નલમાં રૂપાંતરિત કરવાનું છે જેથી માઇક્રોપ્રોસેસર અથવા એમ્બેડેડ સિસ્ટમ દ્વારા તેની પ્રક્રિયા કરી શકાય.

એનાલોગ ફ્રન્ટ-એન્ડ સર્કિટનું સામાન્ય ઉદાહરણ એ છે કે જે મેડિકલ ઇમેજિંગ સિસ્ટમ્સમાં જોવા મળે છે, જેમ કે ડિજિટલ એક્સ-રે ડિટેક્ટર્સ. આ પ્રકારની સિસ્ટમોમાં, AFE એ સિગ્નલ ઇન્ટિગ્રેશન, પ્રોગ્રામેબલ ગેઇન એમ્પ્લીફિકેશન અને સહસંબંધિત સેમ્પલિંગ જેવા ઘણા કાર્યો કરવા જોઈએ, આ બધું જ જનરેટ થતા ડેટાના મોટા જથ્થાને હેન્ડલ કરવા માટે ઉચ્ચ પ્રોસેસિંગ સ્પીડ જાળવી રાખતા હોય છે.

AFE ની સામાન્ય લાક્ષણિકતાઓ:

• તેમાં એડજસ્ટેબલ ગેઈન એમ્પ્લીફાયર (PGA)નો સમાવેશ થાય છે જે ડિજિટલમાં રૂપાંતર કરતા પહેલા સિગ્નલની શક્તિને સમાયોજિત કરવાની મંજૂરી આપે છે.
• તેઓ અવાજ અથવા દખલને દૂર કરવા માટે ફિલ્ટર્સને એકીકૃત કરે છે જે માપેલા સિગ્નલને દૂષિત કરી શકે છે.
• એનાલોગથી ડિજિટલમાં અંતિમ રૂપાંતરણ કરવા માટે તેઓ સામાન્ય રીતે ADC નો સમાવેશ કરે છે.

AFE ની લાક્ષણિક એપ્લિકેશનો

AFE એ બહુમુખી ઘટકો છે જેનો ઉપયોગ ઘણા ઉદ્યોગોમાં થાય છે. દવામાં ડેટા એક્વિઝિશન સિસ્ટમ્સથી લઈને એનર્જી ઈન્ડસ્ટ્રીમાં એપ્લિકેશન્સ સુધી, એનાલોગ ફ્રન્ટ-એન્ડ સર્કિટ એ સુનિશ્ચિત કરવા માટે મહત્વપૂર્ણ છે કે એનાલોગ સિગ્નલોને અસરકારક રીતે રૂપાંતરિત અને પ્રક્રિયા કરી શકાય છે. આગળ, અમે તેની કેટલીક સૌથી સામાન્ય એપ્લિકેશનોની સમીક્ષા કરીશું.

સંરક્ષણ અને ઊર્જા માપન રિલે

ઉર્જા ક્ષેત્રમાં, AFEs વિદ્યુત પ્રણાલીઓના રક્ષણમાં મૂળભૂત ભૂમિકા ભજવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, પ્રોટેક્શન રિલેમાં, જે એવા ઉપકરણો છે જે સિસ્ટમને નિષ્ફળતા સામે મોનિટર કરે છે અને તેનું રક્ષણ કરે છે, AFEs વર્તમાન અને વોલ્ટેજને ચોક્કસ રીતે માપવા માટે જવાબદાર છે. આ AFEs અત્યંત સચોટ રીતે ડિઝાઇન કરવામાં આવ્યા છે, જે પાવર સિસ્ટમ્સમાં નાનામાં નાના ફેરફારોને પણ શોધી શકાય છે, આપત્તિજનક નુકસાનને અટકાવે છે.

ટેક્સાસ ઇન્સ્ટ્રુમેન્ટ્સ, AFE ના અગ્રણી ઉત્પાદકોમાંના એક, આ AFE-આધારિત સુરક્ષા રિલેને અમલમાં મૂકવા માટે ચોક્કસ ઉકેલો વિકસાવ્યા છે. આ AFEs દ્વારા ઓફર કરવામાં આવતી વિશેષતાઓમાં એક સાથે અને સુસંગત નમૂના લેવાનો સમાવેશ થાય છે, જે ઉચ્ચ-ડિમાન્ડ ઇલેક્ટ્રિકલ સિસ્ટમ્સમાં ચોક્કસ સિગ્નલ કેપ્ચર માટે જરૂરી છે.

ઇન્ડક્ટિવ સેન્સરમાં AFE

AFEs નો અન્ય એક વિશિષ્ટ ઉપયોગ ઇન્ડક્ટિવ સેન્સર્સમાં છે, જેનો ઉપયોગ ધાતુની વસ્તુઓ અથવા અન્ય ભૌતિક પરિમાણો જેમ કે હલનચલન અથવા ઝોકની નિકટતા માપવા માટે થાય છે. ઇન્ડક્ટિવ સેન્સર માટે AFE ચુંબકીય ક્ષેત્રોમાં ભિન્નતા શોધવાની મંજૂરી આપે છે, ચુંબકની દખલ વિના, અને ગંદા અથવા ધૂળવાળા વાતાવરણ જેવી મુશ્કેલ પરિસ્થિતિઓમાં કાર્ય કરવા સક્ષમ છે. આ AFE સામાન્ય રીતે વેક્યૂમ ક્લીનર્સ જેવા ઘરગથ્થુ ઉપકરણોથી લઈને ઈલેક્ટ્રોનિક સાધનો અને ઔદ્યોગિક રોબોટ્સ સુધીના વિવિધ ઉપકરણોમાં જોવા મળે છે.

આ AFE ના ફાયદાઓમાં મુશ્કેલ પરિસ્થિતિઓમાં કામ કરવાની તેમની ક્ષમતા તેમજ અન્ય ઈલેક્ટ્રોનિક સિસ્ટમો સાથે તેમની એકીકરણની સરળતા છે. ઘણા કિસ્સાઓમાં, ઇન્ડક્ટિવ સેન્સર માટેના AFE સોલ્યુશન્સમાં LDC0851 જેવા સમર્પિત ઉપકરણોનો સમાવેશ થાય છે જે ઇન્ડક્ટિવ સ્વિચિંગને સરળ બનાવે છે.

તબીબી નિદાનમાં AFEs

તબીબી ક્ષેત્રે, AFEs પાસે એપ્લિકેશનોની વિશાળ શ્રેણી પણ છે. સૌથી વધુ સુસંગત ઉદાહરણોમાંનું એક ડિજિટલ એક્સ-રે સિસ્ટમ્સમાં છે, જ્યાં ફ્લેટ ડિટેક્ટર પેનલ્સ દ્વારા પ્રાપ્ત સિગ્નલો પર પ્રક્રિયા કરવા માટે AFE નો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. આ AFEs, પ્રોગ્રામેબલ ગેઇન એમ્પ્લીફાયર્સને એકીકૃત કરવા ઉપરાંત, ઇન્ટિગ્રેટર્સ અને ADC નો સમાવેશ કરે છે જે રેડિયેશન સ્તરને ચોક્કસ રીતે માપવા માટે પરવાનગી આપે છે.

આ ઉચ્ચ-ચોકસાઇવાળી તબીબી AFE સિસ્ટમો સ્કેન સમયના ફાઇન ટ્યુનિંગને મંજૂરી આપે છે અને વિવિધ લોડ રેન્જ વિકલ્પો પ્રદાન કરે છે, જે વિવિધ પ્રકારના પરીક્ષણોને અનુકૂલિત કરવા માટે જરૂરી છે, પછી ભલે તે સ્થિર, અર્ધ-ગતિશીલ અથવા ગતિશીલ હોય. આ તબીબી વ્યાવસાયિકોના કાર્યને મોટા પ્રમાણમાં સુવિધા આપે છે કારણ કે તેઓ તેમની ચોક્કસ જરૂરિયાતો અનુસાર પરિમાણોને સમાયોજિત કરી શકે છે.

તબીબી AFE ના લાભો:

• એક પેકેજમાં બહુવિધ કાર્યોનું એકીકરણ, જગ્યા બચાવવી અને ડિઝાઇનની જટિલતા ઘટાડવી.
• નાના સિગ્નલોના માપમાં ઉચ્ચ ચોકસાઇ, જેમ કે એક્સ-રે ઇમેજમાં કેપ્ચર કરાયેલા.
• એપ્લિકેશનના પ્રકાર પર આધાર રાખીને પ્રદર્શન અને ઊર્જા વપરાશ વચ્ચે વેપાર-બંધ કરવાની શક્યતા.

પેકેજો અને આર્કિટેક્ચરની વિવિધતા

AFEs નો એક મોટો ફાયદો એ છે કે તેઓ અપનાવી શકે તેવા વિવિધ પેકેજો અને આર્કિટેક્ચર છે. એપ્લિકેશનના પ્રકાર પર આધાર રાખીને, AFEs સરળ ત્રણ-ચેનલ, 8-બીટ સિસ્ટમ્સથી 16 ચેનલો અને 14 બિટ્સ સહિત વધુ જટિલ રૂપરેખાંકનો સુધીની શ્રેણીમાં હોઈ શકે છે. પેકેજનો પ્રકાર, જેમ કે TQFP, SOIC અથવા QFN, સામાન્ય રીતે ડિઝાઇનમાં જરૂરી જગ્યા અને થર્મલ ડિસિપેશનના પ્રકાર પર આધાર રાખે છે.

સામાન્ય એન્કેપ્સ્યુલેશનના ઉદાહરણો

AFEs માં ઉપયોગમાં લેવાતા પેકેજિંગનું ઉદાહરણ 80-TQFP છે, જે સિસ્ટમમાં સામાન્ય છે જેને મધ્યમ પાવર પર બહુવિધ ચેનલોને હેન્ડલ કરવાની જરૂર છે. ત્યાં 28-TSSOP પણ છે, જેનો ઉપયોગ એપ્લીકેશન માટે થાય છે જ્યાં કોમ્પેક્ટ કદની જરૂર હોય. અન્ય પેકેજોમાં 40-QFNનો સમાવેશ થાય છે, જે પ્રદર્શન સાથે સમાધાન કર્યા વિના ઉપકરણના કદને વધુ ઘટાડે છે.

રસપ્રદ રીતે, આમાંના ઘણા ઉપકરણોને સપાટી પર માઉન્ટ કરવા માટે ડિઝાઇન કરવામાં આવ્યા છે, જે તેમને પહેરવા યોગ્ય તબીબી ઉપકરણો અથવા વાયરલેસ સેન્સર સિસ્ટમ્સ જેવી કોમ્પેક્ટ સિસ્ટમ્સમાં એકીકૃત કરવામાં સરળ બનાવે છે.

એનાલોગ ફ્રન્ટ-એન્ડ સર્કિટરીનું ભાવિ

જેમ જેમ સેન્સર સિસ્ટમ્સ અને ઈલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોની માંગ સતત વધી રહી છે, તેમ તેમ આ સિગ્નલોને અસરકારક રીતે હેન્ડલ કરવામાં સક્ષમ એનાલોગ ફ્રન્ટ-એન્ડ સર્કિટની જરૂર પડશે. જેમ જેમ ટેક્નૉલૉજી આગળ વધે છે તેમ, AFE એ વધુ ચોકસાઇ, ઓછી વીજ વપરાશ અને એમ્બેડેડ સિસ્ટમ્સમાં વધુ એકીકરણ ક્ષમતાઓ પ્રદાન કરીને વિકાસ કરવાનું ચાલુ રાખવાની અપેક્ષા રાખવામાં આવે છે.

તબીબી પ્રણાલીઓ હોય કે ઔદ્યોગિક એપ્લિકેશનમાં, એનાલોગ ફ્રન્ટ-એન્ડ સર્કિટ એ ડેટા દ્વારા વાસ્તવિક દુનિયા સાથે કેવી રીતે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરીએ છીએ તેનો આવશ્યક ભાગ બની રહેશે. ઈન્ટરનેટ ઓફ થિંગ્સ (IoT) જેવી ટેક્નોલોજીઓ વધુને વધુ ઉભરી રહી છે ત્યારે AFE ની માંગ કે જેઓ કઠોર વાતાવરણમાં મહાન વિશ્વસનીયતા સાથે કામ કરી શકે છે તે માત્ર વધશે.

એનાલોગ ફ્રન્ટ-એન્ડ સર્કિટ્સ એ ભૌતિક સંકેતોના ડેટામાં રૂપાંતરણમાં મુખ્ય ભાગ છે જેની ડિજિટલ રીતે પ્રક્રિયા કરી શકાય છે. મેડિકલ સેન્સર એપ્લીકેશનમાં હોય કે ઔદ્યોગિક પ્રણાલીઓમાં, AFE એ એનાલોગ અને ડિજિટલ વિશ્વ વચ્ચે મહત્વપૂર્ણ જોડાણ પૂરું પાડે છે. તેમની એમ્પ્લીફિકેશન, ફિલ્ટરિંગ અને કન્વર્ઝન ક્ષમતાઓ સાથે, આ સર્કિટ સિગ્નલોને ખૂબ જ ચોકસાઇ સાથે રૂપાંતરિત અને ટ્રાન્સમિટ કરવાની મંજૂરી આપે છે. તેથી, તેનો ઉપયોગ અને વિકાસ તકનીકી ક્ષેત્રોની વિશાળ શ્રેણીમાં આવશ્યક બની રહેશે.