[Ruslan1 19]

Здравствуйте!

Есть вот такая схема:

LPF: 500 Hz, преобразую -5...+5 в 0..4.095 V (то есть коэфф. усиления 0.4095)

 

Тестирую с 24-битным АЦП. 

Если входы закоротить и подключить к VCM (+2.5V)- то вижу красоту, SNR в диапазоне 0.1-40 Гц примерно 144 дБ.

(4 канала. по вертикали- единицы АЦП, по горизонтали- секунды. График за 5 минут)

 

 

Если закорачиваю входы и подключаю к AGND (0 V) - то вижу плавно уплывающие показания, шум в диапазоне частот 0.1-1 Гц значительно возрастает (SNR падает до 130-132 dB).

показания просто медленно плывут:

Обсуждаемые величины: 10 единиц АЦП это 2.5 мкВ

 

 

Что это такое? Почему такая разница?

Как я вижу: когда я подаю GND, начинает работать схема сдвига уровня в точку VCM. Ну и есть бОльшая разница напряжений на резисторах ОС.

Саморазогрев? И разбалансировка из-за несовпадения номиналов (несимметричность) ?

Подскажите, пожалуйста, куда копать?

 

Неужели это эффект несимметричности, с которым успешно помогает только покупной FDA ?   Что именно нужно "симметрировать" в моей схеме ?

Сейчас получаю, что SNR 130 dB "на рассыпухе" легко, а выше не работает (именно на низких частотах).

 Надеюсь что просто что-то я не понимаю. Как-то можно компенсировать? или нужны подстроечные элементы?

[Plain 301]

3 часа назад, Ruslan1 сказал:

куда копать?

Резисторы погрейте.

[rloc 71]

4 часа назад, Ruslan1 сказал:

Если закорачиваю входы и подключаю к AGND (0 V) - то вижу плавно уплывающие показания, шум в диапазоне частот 0.1-1 Гц значительно возрастает (SNR падает до 130-132 dB).

Лучше нарисуйте график СПМШ (привести к полосе 1Гц) относительно полной шкалы в лог масштабе от 0.

[UART 26]

вы должны учитывать, что усилитель, который вы выбрали - zero drift 

эти усилители очень специфичны в своем применении так как коммутируют входные цепи для компенсации дрейфа. 

наверное, ваша схема должна быть немного модифицирована для применения. 

а еще не любят они емкости в цепях обратной связи, потому что это мешает внутренним емкостям разряжаться/заряжаться правильно. 

обычно емкости в обратной связи для постоянных напряжений или очень медленно меняющихся напряжений (как, например, температура с термопары или давление). 

https://www.analog.com/en/resources/analog-dialogue/raqs/raq-issue-161.html 

если есть под рукой не zero-drift ОУ, попробуйте его запаять и посмотреть поведение. 

 

[Ruslan1 19]

похоже всё-таки на нагрев. Если подуть на плату (или даже рукой махнуть)- вижу сдвиг на 5-10 единиц.

Закрыл плату в корпус, выключил кондиционер, подождал 10 минут- получил более стабильные показания. Вынес резисторы с платы на проводках в одном канале (нижний на картинке) - получил примерно то же самое.

(это в единицах АЦП, но масштаб разный). Скачок- это я подул на плату.

 

На пальцах прикинул :

1 единица АЦП это 1/2^24 = 0.06 ppm

Предположим что температура болтается на 0.1 C, а показания на 10 единиц. Получаю 0.06*10/0.1 = 60 ppm/C у итоговой схемы. 

Если считать что Кусиления= 1, то для такого ТКС изменение резисторов должно быть примерно таким же. Вполне вероятно.

Сейчас вижу +5 единиц за 5 минут, то есть еще не стабилизировалось. Но это уже разговор про 0.3 ppm за 300 секунд. 

[novikovfb 25]

Для термопар является обычным явлением чувствительность порядка десятков микровольт на градус. Резистор является двумя термопарами: с одной стороны резистора медь соединена с высокоомным составом, с другой стороны высокоомный состав соединен с медью. Поэтому разность температур на концах резистора преобразуется в термоЭДС. Чтобы это нейтрализовать, придется либо теплоизолировать резисторы от соседних компонентов, либо ставить их поперек тепловых потоков на плате, чтобы уменьшить разность температур между выводами резистора.

[Ruslan1 19]

9 часов назад, UART сказал:

вы должны учитывать, что усилитель, который вы выбрали - zero drift 

эти усилители очень специфичны в своем применении так как коммутируют входные цепи для компенсации дрейфа. 

наверное, ваша схема должна быть немного модифицирована для применения. 

а еще не любят они емкости в цепях обратной связи, потому что это мешает внутренним емкостям разряжаться/заряжаться правильно. 

обычно емкости в обратной связи для постоянных напряжений или очень медленно меняющихся напряжений (как, например, температура с термопары или давление). 

https://www.analog.com/en/resources/analog-dialogue/raqs/raq-issue-161.html 

если есть под рукой не zero-drift ОУ, попробуйте его запаять и посмотреть поведение. 

 

Спасибо! интересная статья.

Про zero drift: да, там есть довольно серьезные ограничения по ёмкости. Ну и рекомендации дополнительные, да.

У меня нетипичное применение с коэффициентом усиления меньше единицы, может быть ещё и здесь есть нюансы.

Интересно, а в симуляторе можно отладить, или он такие эффекты технологии ОУ не покажет? Я имею в виду, взять модель именно ADA4522. Вижу на сайте AD, что он в LTspice есть. Попробую.

 

И еще интересно: а можно как-то попробовать отладить этот температурный дисбаланс? То есть задавать разные температуры для разных элементов? (Я в Микрокапе играюсь, но заради ADA4522 таки поставлю LTSpice).

 

 

P.S. после часа работы вышел на уплыв 1-2 единицы АЦП (но всё еще плывёт в одном направлении, но замедляется). SNR 142 dB, и явно будет не хуже. 

Без корпуса так не получалось. Вероятно, локальные потоки воздуха по разному на плату воздействовали. Вихри враждебные, млин, веют над нами...

 

[Ruslan1 19]

----------------------

Исходя из тестов, сделал выводы для следующей ревизии платы:

- применить резисторы с низким ТКС.

- удалить (уменьшить, ликвидировать) локальные источники тепла.

- все резисторы, отвечающие за усиление в канале, - расположить близко друг к другу. (сейчас резисторы в + и - плечах установлены на расстоянии примерно 10мм) 

- Сейчас применяю размер 0402. Имеет ли смысл перейти на 0603 или 0805, чтобы увеличить "тепловую инерцию"?. Ну и большие обычно легче найти (и дешевле) для низких ТКС.

Что-то еще посоветуете?  резисторные сборки, например?

 

 

Кстати: нашел хороший документ (из обсуждения по ссылке) про несимметричность резисторов в диф. усилителях и к чему это приводит.

https://www.analog.com/media/en/reference-design-documentation/design-notes/dn1023f.pdf

 

[UART 26]

7 минут назад, Ruslan1 сказал:

Исходя из тестов, сделал выводы для следующей ревизии платы:

- применить резисторы с низким ТКС.

- удалить (уменьшить, ликвидировать) локальные источники тепла.

- все резисторы, отвечающие за усиление в канале, - расположить близко друг к другу. (сейчас резисторы в + и - плечах установлены на расстоянии примерно 10мм) 

- Сейчас применяю размер 0402. Имеет ли смысл перейти на 0603 или 0805, чтобы увеличить "тепловую инерцию"?. Ну и большие обычно легче найти (и дешевле) для низких ТКС.

Что-то еще посоветуете?  резисторные сборки, например?

на самом деле это от части описано в даташите.

у меня вопрос - зачем вам такой низкий ток смещения? там 400 ГОм входное сопротивление.

Этот усилитель будет даже плохо промытую плату или пайку чувствовать. 

по поводу размеров - нууу... вопрос многогранный. У вас там токи не вот какие... 

наверное все же прецизионные резисторы нужны с низким ТКС

резисторные сборки с подобранными резисторами имеют смысл когда они работают в "относительном режиме", например, в цепи обратной связи для Ку чтобы они дрейфовали одновременно.

в разных плечах (у разных усилителей)... не уверен.... 

они могут тоже дрейфовать в разные стороны от температуры или иметь чуть разное сопротивление. 

вам нужен zero-drift потому что у вас измерение постоянных напряжений? 

[Ruslan1 19]

1 час назад, UART сказал:

на самом деле это от части описано в даташите.

у меня вопрос - зачем вам такой низкий ток смещения? там 400 ГОм входное сопротивление.

Этот усилитель будет даже плохо промытую плату или пайку чувствовать. 

Извините, а что Вы имеете в виду под током смещения? Имеется в виду разность сопротивлений, приводящая к разности токов? (абсолютная величина из-за разбалансировки)?

Абсолютное смещение меня не интересует.

Мне нужно добиться малого изменения величины дифф напряжения на выходе при неизменном напряжении на входе (короткое замыкание на GND). То есть разбаланс из-за разного изменения температуры в разных точках платы.
 

В 12.04.2025 в 23:04, rloc сказал:

Лучше нарисуйте график СПМШ (привести к полосе 1Гц) относительно полной шкалы в лог масштабе от 0.

Кстати, вот график PSD. Но полоса пропускания полная.

[rloc 71]

11 минут назад, Ruslan1 сказал:

Кстати, вот график PSD. Но полоса пропускания полная.

Спектральная плотность и не должна зависеть от полосы (с учетом приведения к 1Гц), поэтому и прошу нарисовать. Но очень хорошо, если увеличите масштаб по Y, чтобы увидеть наклон -10дБ/дек, или больше, если начинают влиять температурные флуктуации. В Matlab рисуете?

[vervs 65]

В 12.04.2025 в 15:52, Ruslan1 сказал:

10 единиц АЦП это 2.5 мкВ

 при таких уровнях нужно учитывать и термо эдс

см. так же описание LTC1052

[Ruslan1 19]

31 минуту назад, rloc сказал:

Спектральная плотность и не должна зависеть от полосы (с учетом приведения к 1Гц), поэтому и прошу нарисовать. Но очень хорошо, если увеличите масштаб по Y, чтобы увидеть наклон -10дБ/дек, или больше, если начинают влиять температурные флуктуации. В Matlab рисуете?

Вот. Но это чистый сигнал (через 20-30 минут после включения). SNR 0.1-40 Hz примерно 142 dB

 

а вот "грязный", сразу после включения. SNR 0.1-40 Hz примерно 124 dB

[Ruslan1 19]

Я прошу прощения, ошибся в микровольтах в два раза У меня 4.096*2/2^24 = 0.49 uV.  То есть 10 единиц АЦП это 5 мкВ, а не 2.5 как я в начале писал. Но сути это не меняет, просто всякие термо-ЭДС меньший вклад вносят.

[vervs 65]

51 минуту назад, Ruslan1 сказал:

Но сути это не меняет, просто всякие термо-ЭДС меньший вклад вносят.

проверить то просто, локально нагрейте место соединения/закорачивания входов схемы, можно при этом входы через резистор соединить или создайте и грейте дополнительную точку пайки из резистора 0 Ом может и получится из просто проводка, в этом месте:

7 часов назад, Ruslan1 сказал:

резисторы с платы на проводках в одном канале

какой тип резистора ? у толстопленочных до 5 мкВ/С может быть