Jump to content

    
Vadim_nsk

Согласование уровней сигналов

Recommended Posts

Здравствуйте

Требуется откровенный ликбез, иначе и не скажешь. У меня огромные проблемы с аналоговой схемотехникой, ну не понимаю я как это работает...

Есть вот такая схема. Дающая на выходе сигнал от 0 до 5В. К слову это покупной модуль измерения напряжения сетевого питания 220В.

678849122_.thumb.png.e8d7b57b20006e426691d511ff7866bc.png

Этот сигнал мне необходимо оцифровать встроенным АЦП микроконтроллера STM32F030F4Px. В качестве аналогового питания я взял то же питание, что и на цифре 3.3В. Там все равно больше 4В подать нельзя.

1923659008_.thumb.png.49638955751ab1556e24111e1dd7208f.png

Подать сигнал на вход АЦП напрямую я не могу, т.к. я через верхний диод просто в питание давану:

1479316486_.thumb.png.1766a864f917aec4f4462b085ae96f37.png

Казалось бы, можно через делитель, но меня смущает выходной резистор на первой схеме и вот эта информация:

1213047930_.thumb.png.9bf191203dd1935e9f385c1b133e5738.png

Т.е. если я напрямую подключу, на входе будет уже 10кОм, а параллельно включу делитель будет еще меньше. В таблице указан максимум, а минимума нет. Чем необходимо руководствоваться? И нет ли на такой случай какого-то типового решения скажем на операционнике с питанием 3.3В? Или может стоит выпаять тот резистор на 10кОм и сигнал с выхода операционника сразу подать на делитель скажем: 20+10кОм?

Share this post


Link to post
Share on other sites
8 minutes ago, Vadim_nsk said:

Есть вот такая схема. Дающая на выходе сигнал от 0 до 5В.

lm358 запитанный от 5 вольт не сможет выдать на выходе больше чем 3,5. он далеко не rail to rail. так что делитель ставить нет смысла. на всякий случай между выходом ОУ и ногой контроллера я бы поставил резистор в несколько килоом, чтоб ограничить ток в случае, если ОУ таки родит напряжение выше, но это так, перестраховка.

Share this post


Link to post
Share on other sites
7 hours ago, Vadim_nsk said:

В таблице указан максимум, а минимума нет.

Минимум может быть любым. Rain это максимальный импеданс источника сигнала при котором с указанными настройками АЦП будет гарантирована ошибка не более 0.5 мзр. Под настройками АЦП подразумевается время сэмплирования (ts), разрядность АЦП (N) и частотат тактирования АЦП (fadc). Почитайте статью, многое станет понятнее.

Share this post


Link to post
Share on other sites
11 часов назад, Vadim_nsk сказал:

такая схема. Дающая на выходе

Не дающая, потому что срисована с оригинала с ошибками.

 

11 часов назад, Vadim_nsk сказал:

какого-то типового решения скажем на операционнике с питанием 3.3В?

Есть — на любом КМОП ОУ, в количестве 1 шт., потому что коэффициент усиления: 1,5 В · 1 МОм / (375 В · 100 Ом) = 40, раз и навсегда, т.е. никаких потенциометров:

 

bad-552.gif.1640f06208c53dd1eb4c9d2a5c5207e0.gif

Share this post


Link to post
Share on other sites

Спасибо. С измерением напряжения стало более понятно. А как быть со схемой измерения тока?

589984012_.thumb.png.bfb2bf3fe4a1ce5ad4c2984bf1a2cccd.png

Тут вроде в документации указано, что выходное напряжение меняется в пределах напряжения питания:

1340458846_.thumb.png.9746fec103b049c3083e9d39314afe4c.png

Значит просто последовательным резистором не обойтись. В даташите (https://static.chipdip.ru/lib/837/DOC011837270.pdf) есть схема выхода:

780109043_.thumb.png.fe2da2ab26998aab65979110513d7187.png

Просто мне бы хотелось понять сам принцип построения схемы в таких случаях. Вот есть у меня сигнал от 0 до 8В. В общем случае он может быть и до 30В. Входное напряжение АЦП от 0 до 3.3В (я понимаю, что тут мне еще повезло, т.к. напряжение могло быть и 2.5В +-0.5В и нужно было бы городить смещение, но пока это для меня слишком сложно, понять бы простое). Как в таком случае поступают? Ведь если я возьму ОУ с питанием 3.3В и подам на его вход напряжение 0-8В, сигнал на выходе будет "в насыщении". А если я на входе поставлю делитель, то тогда я могу с делителя подать сигнал и на вход АЦП или нет?

17 minutes ago, Plain said:

Не дающая, потому что срисована с оригинала с ошибками.

 

Есть — на любом КМОП ОУ, в количестве 1 шт., потому что коэффициент усиления: 1,5 В · 1 МОм / (375 В · 100 Ом) = 40, раз и навсегда, т.е. никаких потенциометров:

 

bad-552.gif.1640f06208c53dd1eb4c9d2a5c5207e0.gif

Я ведь правильно понимаю, что если я соберу данную схему, сохранив гальваническую развязку, то на выходе ни какого отрицательного напряжения не будет, а будет синус относительно средней точки, образованной резисторами R3 и R4 (примерно 1.65В)?

Share this post


Link to post
Share on other sites
1 hour ago, Plain said:

Не дающая, потому что срисована с оригинала с ошибками.

Вполне мог срисовать с ошибками, т.к. срисовывал с видео:

У меня физически есть такой датчик напряжения, поэтому его и взял за основу. У меня есть домашний проект (https://electronix.ru/forum/index.php?app=forums&module=forums&controller=topic&id=162539), который увяз по финансовой причине. И раз уж образовалась пауза, перерабатываются части схем, получившие конструктивные замечания. Основным концептом остается то, что есть основное питание для всех модулей 5В, которое получается прямо с сетевого напряжения и входные измерительные цепи работают именно от него. А далее сигнал подается в уже цифровой измерительный модуль, где питание уже 3.3В, а дорогой и малоэффективный АЦП заменен на микроконтроллер со встроенными АЦП. Мне бы не хотелось тянуть это напряжение (3.3В) обратно на аналоговую плату с гуляющим по плате 220В и там на одном операционнике получать необходимый размах сигнала для АЦП, а все же руководствоваться принципом, что земля общая, а напряжения отдельные. Вот и хочу понять как именно в такой передаче сигнала согласуются уровни. Я даже согласен получить на выходе входных усилителей дифференциальный сигнал и далее уже его подать. Кроме усложнения и, полагаю, более высокой цены усилителей, все только лучше. На обе линии можно поставить защитные диоды в питание, чтобы защитить от импульсных помех.

С другой стороны, может более правильным будет передать на входную аналоговую плату некий уровень Vref, который станет ограничением выходного уровня сигнала? Тогда при любом питании выходной сигнал будет в диапазоне от 0 до Vref и окажется согласованным с входом АЦП. Что думаете?

Edited by Vadim_nsk

Share this post


Link to post
Share on other sites

У меня в голове складывается два варианта:

1. Усилительные цепи аналоговой платы питаются от 5В, но выходной сигнал усилителей находится в диапазоне от 0 до входного уровня Vref. Можно кстати по умолчанию на аналоговой плате задать его делителем с питания 5В из двух резисторов по 100кОм. Но придется на измерительной плате городить некий источник опорного напряжения, иначе решение в виде простого делителя уже с другого питания (3.3В) выглядит сомнительным. Если же оставить этот вход свободным, то непонятно что будет на выходе усилителя.

2. Усилительные цепи аналоговой платы питаются от 5В, но выходной сигнал усилителей дифференциальный. Vref при этом можно задать делителем от питания 5В. А на цифровой плате 2.5 +-0.5В будет все еще в диапазоне. Конвертировать обратно в однополярное питание подать на вход АЦП. Других питаний в схеме не предвидится.

Кроме того, пока в схеме других измерительных цепей не предполагается. Резистивные термодатчики будут подключаться непосредственно к тому модулю, где будет АЦП и там согласования не потребуется. При выборе одного из описанных вариантов цена решения в финансовом плане может оказаться решающей.

Share this post


Link to post
Share on other sites
1 час назад, Vadim_nsk сказал:

Что думаете?

Обычно сперва ТЗ пишут — если Вы это производить собираетесь, то начните с того, что всякие там ACS7xx как минимум ближайшие пару лет в продаже будут отсутствовать.

Share this post


Link to post
Share on other sites
1 minute ago, Plain said:

Обычно сперва ТЗ пишут — если Вы это производить собираетесь, то начните с того, что всякие там ACS7xx как минимум ближайшие пару лет в продаже будут отсутствовать.

Производить вряд ли, это открытый проект, каждый сможет его повторить. Также, данную часть схемы можно будет адаптировать под реалии рынка. На данный момент у меня уже есть таких 4 микросхемы, поэтому грех отказываться от такого решения. Но если у вас есть варианты альтернатив, буду рад о них узнать. У меня есть еще вариант токового трансформатора (если я правильно его называю), вроде этого:

33550482_.png.c18b154769f8443a92182bb0899acefd.png

Но уж очень громоздкое решение.

Был еще вот такой вариант в самом начале:

739216879_.png.e1704cbbffb4ad8f5a761bd04828edc0.png

Но он оказался лишь до 36В, а мне необходимо измерять ток в нагрузке, подключенной к сетевому напряжению 220В. Можно измерять на шунте, гальванически развязанной схемой, но миниатюрного решения я не нашел (возможно плохо искал). Но в сравнении с ACS7xx, даже при его не очень низкой цене на момент выбора, все остальные решения кажутся менее подходящими.

Share this post


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

 У меня есть еще вариант токового трансформатора (если я правильно его называю), вроде этого:

 

а мне необходимо измерять ток в нагрузке, подключенной к сетевому напряжению 220В.

Похоже, что Вам нужен просто чип недорогого электросчетчика, умеющий отдавать результаты не только измерения энергии, но и тока и напряжения. Гляньте в сторону BL0937 в типовом включении. Он для такой задачи не идеален, но может подойти. Есть и более удобные варианты, но несколько дороже.

Share this post


Link to post
Share on other sites
3 hours ago, rx3apf said:

Похоже, что Вам нужен просто чип недорогого электросчетчика, умеющий отдавать результаты не только измерения энергии, но и тока и напряжения. Гляньте в сторону BL0937 в типовом включении. Он для такой задачи не идеален, но может подойти. Есть и более удобные варианты, но несколько дороже.

Хорошее решение. Буду иметь ввиду

Но меня смущает подозрение, что там почти нет гальванической развязки. Ну, т.е. напряжение измеряется прямо с жилы, да и ток аналогично. А питать все это будет мой источник, общий для всей электроники (есть конечно вариант DC/DC B0505S). В счетчике не требуется взаимодействие с оператором, все за стеклом. Датчик Холла и понижающий трансформатор (для измерения напряжения) выглядит побезопасней для последующей электроники и человека. Цена же решения аналогична (не дает и двукратного выигрыша по сравнению с ACS712).

Share this post


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

Датчик Холла ... выглядит побезопасней для последующей электроники и человека. 

Нужно руководствоваться не своими собственными понятиями о безопасности, а стандартами, например, МЭК 60065. ACS712 не подходит по электрической прочности изоляции. В Вашем случае если есть физическая возможность прикоснуться к изолированной части схемы, то изоляция должна выдерживать не менее 3 кВ. 

7 часов назад, Vadim_nsk сказал:

У меня в голове складывается два варианта:

1. Усилительные цепи аналоговой платы питаются от 5В, но выходной сигнал усилителей находится в диапазоне от 0 до входного уровня Vref.

А Вы вообще даташит на ACS712 читали? Конкретно вот это:

Цитата

Ratiometry. The ratiometric feature means that its 0 A output, VIOUT(Q), (nominally equal to VCC/2) and sensitivity, Sens, are proportional to its supply voltage, VCC.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.