Jump to content

    

Дифференциальный сигнал и АЦП

Есть некоторый дифференциальный сигнал. Амплитуда от минус 0,3 В до плюс 3 В. Частота не более 5 Гц, в большинстве случаев постоянный. Выходное сопротивление низкое. Используемый АЦП имеет дифференциальный вход. Источник опорного напряжения 4,096 В.

Стоит задача оцифровать данный сигнал как можно точнее. Возможных решения вижу два:

1. Использовать инструментальный ОУ. Измеряемый сигнал подключить ко входу ОУ. Выход ОУ подключить к положительному входу АЦП. Отрицательный вход АЦП соединить со входом ОУ "REF", а также с источником опорного напряжения 0,5 В.

2. Использовать полностью дифференциальный усилитель. Измеряемый сигнал подключить ко входу ОУ. Выходы ОУ подключить к соответствующим входам АЦП. На вход ОУ "VOCM" подать опорное напряжение плюс 0,5 В.

Правильно понимаю, что первое решение обеспечит меньшую погрешность?

Edited by Person
значение поправил

Share this post


Link to post
Share on other sites

По моему погрешность больше зависит от модели ОУ. 

Share this post


Link to post
Share on other sites
3 минуты назад, MegaVolt сказал:

По моему погрешность больше зависит от модели ОУ. 

Думаю по большей части что именно так. Во всяком случае если ОУ находятся близко к АЦП. ОУ: Ina188 и ADA4945 соответственно. На счёт последней микросхемы не уверен что она лучшая, да ещё к тому же широко не распространена в РФ на данный момент времени.

В первом варианте некоторая нестабильность опоры 0,5 В. думаю сильно не будет влиять на результат, а вот во втором окажет влияние вероятно в большей степени.

Share this post


Link to post
Share on other sites
21 час назад, Person сказал:

Есть некоторый дифференциальный сигнал. Амплитуда от минус 0,3 В до плюс 3 В. Частота не более 5 Гц, в большинстве случаев постоянный. Выходное сопротивление низкое. Используемый АЦП имеет дифференциальный вход. Источник опорного напряжения 4,096 В.

А зачем там ОУ? Чтобы -0.3 В в плюс сдвинуть? Что-то это напряжение похоже на предельно-допустимое, а не на измеряемое.

Share this post


Link to post
Share on other sites
24 минуты назад, HardEgor сказал:

Чтобы -0.3 В в плюс сдвинуть?

Да.

26 минут назад, HardEgor сказал:

Что-то это напряжение похоже на предельно-допустимое, а не на измеряемое

Нет, измерить нужно это значение. Вернее даже не измерить, а учесть. Очень важно точно измерить значения около нуля. Точно сейчас величину смещения ниже 0 не скажу, минус 0.3 В это самое нижнее значение.

Share this post


Link to post
Share on other sites

На самом деле наибольшую погрешность 1% внесут резисторы в схеме включения ОУ. 
Вообще, вопрос слишком теоретический. Показывайте реальную схему с выбранными комплектующими, тогда можно будет советовать, как сделать лучше.

Share this post


Link to post
Share on other sites
22 часа назад, Person сказал:

Правильно понимаю, что первое решение обеспечит меньшую погрешность?

Да, ратиометрическая схема лучше, но всё будет завить от симметричности ОУ - в первом случае между входами на получении разности, во втором случае входа VOCM и разности усиления входов. Погрешность источника намного меньше.

Share this post


Link to post
Share on other sites
23 часа назад, Person сказал:

Правильно понимаю, что первое решение обеспечит

Неправильно, потому что решения одинаковы — диффусилитель, со всеми его недостатками.

 

Правильно — это правильно получать сигнал, т.е. чтобы он уже находился в нужном диапазоне.

Share this post


Link to post
Share on other sites
2 часа назад, MiklPolikov сказал:

На самом деле наибольшую погрешность 1% внесут резисторы в схеме включения ОУ. 
Вообще, вопрос слишком теоретический. Показывайте реальную схему с выбранными комплектующими, тогда можно будет советовать, как сделать лучше.

Хорошо, возможно позже. На входе пассивных компонентов не будет (напрямую к предыдущему ОУ). На выходе резистор 2 кОм, диоды на +- питания АЦП, последовательно 100 Ом и на вх. АЦП. Опора 0,5 В например LT6650.

2 часа назад, HardEgor сказал:

Да, ратиометрическая схема лучше, но всё будет завить от симметричности ОУ - в первом случае между входами на получении разности, во втором случае входа VOCM и разности усиления входов. Погрешность источника намного меньше.

Наверно этот вариант и реализую, тем более что ревизия явно не последняя. В INA188 ещё есть RFI фильтр на всех входах, что явно не будет лишним. Да и вообще, в целом она мне больше нравится.

1 час назад, Plain сказал:

Правильно — это правильно получать сигнал, т.е. чтобы он уже находился в нужном диапазоне.

Сигнал получен единственным рациональным образом, строго положительный, но его приходится выделять из сигнала 50 Гц, амплитудой до 0,1...0,2 В. (это максимум, реально меньше амплитуда будет, может быть на несколько порядков, но сейчас не могу точно сказать). Поэтому и планирую такой запас в виде положительного смещения 0,4...0,5 В обеспечить. Смещение считаю разумно реализовать именно в этом узле схемы.

Всем спасибо за советы и Ваше мнение по моему вопросу!

Share this post


Link to post
Share on other sites
55 минут назад, Person сказал:

Поэтому и планирую

Отделить сигнал "не более 5 Гц" от помехи 50 Гц при СШ=0,(0)1?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Частота входного сигнала мне не важна. Интересует только напряжение. Сигнал практически постоянный, может меняется с частотой не более 5 Гц.

По шуму на входе не могу сказать сейчас, но он будет существенно выше чем у возможных реализаций обсуждаемых сейчас вариантов смещения. То же относится и к ошибке смещения напряжения на входе и выходе. Результирующий динамический диапазон хотелось бы 80 дБ получить, а там посмотрим.

Share this post


Link to post
Share on other sites
On 4/16/2019 at 12:30 AM, Person said:

Есть некоторый дифференциальный сигнал. Амплитуда от минус 0,3 В до плюс 3 В.

 

6 hours ago, Person said:

По шуму на входе не могу сказать сейчас, но он будет существенно выше чем у возможных реализаций обсуждаемых сейчас вариантов смещения.

Кроме амплитуды диф. сигнал характеризуется синфазным напряжением, значение которого (в сумме с помехой) не должно превышать допустимого синфазного напряжения диф. усилителя.

Расскажите что является источником сигнала, связаны ли земли источника и диф. усилителя.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
13 часов назад, vervs сказал:

Кроме амплитуды диф. сигнал характеризуется синфазным напряжением, значение которого (в сумме с помехой) не должно превышать допустимого синфазного напряжения диф. усилителя.

Спасибо, что обратили на этот параметр внимание! Это действительно важно. Сейчас, при питании +- 5 В. я с трудом укладываюсь, вероятно увеличить на пару вольт питание имеет смысл. Подумаю над этим.

13 часов назад, vervs сказал:

Расскажите что является источником сигнала, связаны ли земли источника и диф. усилителя.

Источник это усилитель сигнала с диф. выходом, с очень большим Ku, вернее преобразователь ток напряжение.

Хотелось бы использовать единый источник питания для входного усилителя и инструментального, с общим заземлением. Если я Вас правильно понял, то намекаете задать некоторое смещение в точке соединения заземлений?

Share this post


Link to post
Share on other sites

У Вас есть преобразователь I/U с диф. выходом и нужно согласовать его с входом АЦП? Задайте соответствующее синфазное и подключайте сразу к АЦП или используйте диф. драйвер АЦП, только подберите усиление, чтобы максимально использовать шкалу АЦП и не выйти за ограничения по уровням. Синфазное желательно задавать через буфер на ОУ. У AD и TI есть калькуляторы диф. драйверов АЦП, онлайн -  ADC-INPUT-CALC

Share this post


Link to post
Share on other sites
10 часов назад, Person сказал:

Источник это усилитель

Это не источник, разве что работает генератором.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now