Khối này được dựng để khuếch đại tớn hiệu rất nhỏ từ cảm biến (cỡ mV hoặc uV) và chuẩn húa tớn hiệu này trước khi đưa đến bộ biến đổi ADC. Tớn hiệu sau khi khuếch đại và chuẩn húa thường nằm trong giải tớn hiệu điện ỏp 0-5V.
Đõy gần như là khõu khụng thể thiếu trong cỏc thiết bị đo, nú quyết định nhiều đến độ chớnh xỏc và ổn định của thiết bị. Cỏc thiết bị đo truyền thống thường sử dụng cỏc IC khuếch đại thuật toỏn cho khõu này, và đi kốm là rất nhiều cỏc linh kiện phụ trợ như tụ điện, điện trở, chiết ỏp, cuộn dõy, cỏc IC tạo tham chiếu chuẩn,... Phương phỏp này cú nhiều nhược điểm như:
- Trị số của cỏc linh kiện như điện trở, tụ điện bị ảnh hưởng bởi mụi trường xung quanh (như nhiệt độ, độ ẩm), nhất là đối với cỏc mỏ ở Việt Nam thỡ cỏc điều kiện mụi trường sử dụng rất khắc nhiệt (độ ẩm 99%), và sai số trị số linh kiện của nhà sản xuất, gõy ra sai lệch cho mạch khuếch đại.
- Mạch cú kớch thước lớn, phức tạp, xỏc suất hỏng lớn, mất nhiều thời gian thiết kế và chuẩn húa.
- Mạch thiết kế thường chỉ dụng cho một loại cảm biến cố định, nếu dựng cho loại khỏc thỡ phải thiết kế và chuẩn húa lại từ đầu.
- Đũi hỏi người thiết kế phải cú kinh nghiệm và hiểu sõu về mạch tương tự. Những hạn chế của mạch khuếch đại chuẩn húa truyền thống lại là những ưu thế của cụng nghệ FPAA. FPAA là một cụng nghệ mới trong lĩnh vực điện tử tương tự, nú cú khả năng lập trỡnh để tạo ra cỏc mạch tương tự giống như lập trỡnh cho chớp vi xử lý, cụng nghệ FPAA cú những ưu điểm sau:
- Sử dụng kĩ thuật chuyển mạch tụ điện, cỏc điện trở được thay thế bằng cỏc tụ điện, cho nờn thụng số của điện trở này ớt phụ thuộc vào nhiệt độ do chỉ phụ thuộc vào điện dung của tụ điện và tần số chuyển mạch. Ngoài ra, kỹ thuật chuyển mạch tụ điện cũng gúp phần làm giảm cụng suất tiờu tỏn - ớt làm cho vi mạch bị núng lờn khi hoạt động lõu dài.
- Chip FPAA kết hợp với một hệ vi xử lý để thu thập và xử lớ tớn hiệu tương tự, tạo ra thiết bị đo lường vừa nhỏ gọn vừa nhiều chức năng mà cụng việc thiết kế và chế tạo trở nờn đơn giản hơn nhiều.
- Khụng đũi hỏi người thiết kế phải cú nhiều kinh nghiệm và hiểu sau về mạch tương tự.
Thiết bị được thiết kế sẽ đo hai loại khớ thụng dụng trong hầm mỏ là khớ mờ- tan (CH4) và khớ CO (cỏc-bon ụ-xớt), tớn hiệu của mỗi loại cảm biến cú sự khỏc nhau nhiều, nờn mỗi loại sẽ cú một cấu hỡnh riờng cho chớp FPAA, tuy nhiờn mạch phần cứng khụng cần thay đổi. Trong luận văn sử dụng chớp FPAA AN231E04 của hóng Anadigm.
Hỡnh 2.4. Chip FPAA AN231E04
Về cụng nghệ FPAA đó được một số đề tài trước đõy giới thiệu chi tiết và ứng dụng [4,8,11], do đú trong đề tài khụng đi sõu vào giới thiệu cụng nghệ này.
Sơ lược về cụng nghệ FPAA
Dũng chip FPAA (Field Programmable Analog Array) do hóng Anadigm
chế tạo và tung ra thị trường từ năm 2000, đõy là dũng chớp cho phộp chỳng ta xõy dựng một chip xử lý tớn hiệu tương tự một cỏch cực kỳ mềm dẻo tuỳ biến theo chương trỡnh được thiết kế trờn phần mềm mỏy tớnh và chương trỡnh này nạp vào bộ nhớ của nú. Chẳng hạn ta cú thể xõy dựng cỏc loại mạch khuếch đại khụng đảo, đảo, vi sai, mạch tớch phõn, mạch vi phõn, mạch lọc, lọc chỉnh lưu, mạch nhõn, mạch chia, mạch so sỏnh, mạch lấy mẫu và giữ mẫu, mạch tạo nguồn DC chuẩn,… Phần mềm phỏt triển AnadigmDesigner cho phộp thiết kế cỏc mạch này trờn chip FPAA rất mềm dẻo và dễ dàng, mạch sau khi được thiết kế cú thể chạy thử trờn phần mềm trước khi nạp vào chớp phần cứng. Cỏc sản phẩm hiện cú của hóng bao gồm AN120/121/130E04 và AN220/221/231E04.