總整實作：低電壓感測器放大器與濾波器

將需求轉成規格

假設感測器產生 1.65 V 加上 ±20 mV、10 Hz 訊號，源電阻為 1 kΩ。預定實體電源為 3.3 V。以 100 kΩ/10 kΩ 回授選擇非反相增益 11，後接 15.9 kΩ/100 nF 低通。假設後續接收輸入為高阻抗。濾波前標稱訊號輸出為 1.65 V ±220 mV。

10 Hz 時，RC 大小約為 0.995047。理想濾波訊號約為 1.65 V ±218.910 mV。1 kHz 時，濾波器大小約為 0.099600，因此假設感測器上的 1 mV 干擾，經增益與濾波後，輸出約為 1.0956 mV。這是有限的一階抑制，不是移除所有干擾。

可重現的教學模型

儲存 sensor-capstone.cir，以可用的獨立執行檔執行 ngspice -b sensor-capstone.cir。

Sensor deviation gain 11 with 100 Hz RC filter: ideal educational model
Vref ref 0 DC 1.65
Vs sensor ref DC 0 SIN(0 0.02 10) AC 1
Rsource sensor plus 1k
Rg minus ref 10k
Rf amp minus 100k
Eamp amp ref plus minus 100000
Rfilter amp out 15.9k
Cfilter out 0 100n
.op
.ac dec 50 1 10000
.tran 100u 500m 0 100u
.print ac vm(out) vp(out)
.print tran v(sensor) v(amp) v(out)
.save all
.end

電源 Vs 以中間電源軌為參考。Eamp 是有限增益受控源，沒有電源削波、雜訊、GBW、轉換速率或偏壓電流。實際閉迴路增益約為 10.998790；比較高精度模擬值時應使用此值。直流工作點下，sensor、amp 與 out 都是 1.65 V，以 1 mV 內比較。啟動之後，10 Hz 輸出峰值偏差應約為 218.886 mV，以 2 mV 內比較。

完成實體設計紀錄

製作前，選擇支援 3.3 V 電源、1.65 V 附近輸入共模範圍、1.431–1.869 V 輸出範圍，以及預期負載電流的零件。檢查增益頻寬、轉換速率、經 1 kΩ 的輸入偏壓誤差、偏移、雜訊、去耦與參考驅動。選擇電阻與電容容差，評估轉折頻率極值。此處所需正弦轉換速率僅約為 0.01375 V/ms，但光這一項不能驗證元件。

交付連接表、手算預測、完整輸入檔、結果表與限制。獨立模型成功，不代表 ALcad 引擎執行，也不代表實體感測器的安全或準確度。分析參考請閱 ngspice 文件。