Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

[MAX1190] Układ na wejściu do konwertera ADC

KRZAG 24 Jul 2012 15:00 1306 3
Altium Designer Computer Controls
  • #1
    KRZAG
    Level 12  
    Witam posiadam układ MAX1190
    http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/maxim/MAX1190.pdf

    W celu "zabawy" chciałem zrobić prosty oscyloskop oparty układ ARM i wspomniany przetwornik.

    Mam jednak problem z analizą dokumentacji dot części wejściowej analogowej.
    Doszedłem już do wniosku, że najodpowiedniejszym będzie dla mnie układ z noty
    "Figure 5. Typical Application for Single-Ended to Differential Conversion"
    lecz nie bardzo rozumiem jak on działa i co robi. Wrzuciłem nawet zapisany schemat do cococlipa (prosty darmowy symulator), ale otrzymałem jakieś bzdury (chyba).

    Znalazłem też schemat płytki testowej
    http://datasheets.maxim-ic.com/en/ds/MAX1181EVKIT.pdf
    tu pominięto/uproszczono cały tor analogowy.
    Pojawia się pytanie w jakim celu był on proponowany?

    Potrzebuję informacji:
    1) czy wybrałem dobre zastosowanie do typowych pomiarów napięć przemiennych?
    2) jeśli tak to co uzyskuję dzięki tym trzem wzmacniaczom operacyjnym?
    3) jak zrealizować pełen tor pomiaru napięcia w czterech zakresach +- 50V, +- 30V, +- 10V, +- 5,5V. Rozumiem, że dzielnik napięcia wystarczy ale jak najlepiej go zbudować? Być może lepiej zbudować ogranicznik napięc oparty o wzm op?
    4) jakim programem najlepiej testować schematy?
  • Altium Designer Computer Controls
  • #2
    jarek_lnx
    Level 43  
    Piszą że układzie różnicowym przetwornik ma lepsze SFDR i THD, niestety nie wiadomo o ile. Problem z układem niesymetrycznym jest taki, że musiał byś zrobić wg rys 7 - pozbyć się składowej stałej, bo nie można podać 0V na wejście w układzie niesymetrycznym.
    Więc stosowanie ukałdu z rys 5 ma sens, co on robi? zamienia sygnał niesymetryczny na symetryczny, jak? pierwszy wzmacniacz zapewnia dużą impedancję wejściową, dwa pozostałe sumują albo odejmują napięcie wspólne (com) i napięcie wejściowe. W tym układzie zachodzi wzmacnianie, ale nie jest ono najważniejszą funkcją.

    Quote:
    Rozumiem, że dzielnik napięcia wystarczy ale jak najlepiej go zbudować?

    Oczywiście musi to być dzielnik skompensowany, niestety podany tam MAX4108 ma rezystancję wejściową tylko 1,5MΩ (szybkie wzmacniacze rzadko mają duże Rwe) , więc jakby chcieć zrobić tak jak w prawdziwym oscyloskopie trzeba by ją jeszcze zwiększyć (w oscyloskopie pierwszy stopień za dzielnikiem to konwerter impedancji).

    Quote:
    Być może lepiej zbudować ogranicznik napięc oparty o wzm op?
    Raczej dać pasywny, będzie szybszy.

    Quote:
    4) jakim programem najlepiej testować schematy?
    Własnym mózgiem :), Jak bym Ci dał przebiegi z poprawnie zasymulowanego układu, zrozumiał byś jaką pełni funkcję? Odróżnił byś która właściwość jest ważna, a która ubocznym skutkiem wyboru takiego a nie innego rozwiązania? A jeśli dał bym Ci błędne przebiegi z układu, to czy był byś w stanie stwierdzić że są złe?

    Jeśli wykorzystasz choćby kilka procent z możliwości tego układu, pojawią się wpływy elementów których nie ma na schemacie, spodziewasz się że symulator pozwoli Ci zrozumieć co się dzieje?

    Sam korzystam z LTSPICE ale w rozsądnym zakresie.

    Do jakiej częstotliwości chcesz próbkować?
  • Altium Designer Computer Controls
  • #3
    KRZAG
    Level 12  
    Ok czyli rozumiem, że do moich potrzeb (urządzenia oscyloskopopodobnego) najrozsądniejszym jest zastosowanie układu z rys 5.
    Co do jego parametrów to chciałbym mieć zadowalającą jakość dla przebiegów 1MHz, oczywiście nie zamierzam się ograniczać fajnie jakby i 10MHz dało się "jako-tako" obejrzeć. Będę walczyć o max częstotliwość przetwornika ale liczę się z tym, że to może być dla mnie nie realne.

    Programowanie nie jest dla mnie problemem natomiast zawsze elektronika analogowa była moją słabą stroną. Prawdopodobnie dlatego nie za bardzo rozumiem tego schematu (Fig 5)

    Ale wracając do rzeczy:
    Jako zamienników dla MAX4108 chcę użyć MAX4104ESA+ (bo akurat takie mam)
    Ze względu na wzmocnienie powinienem zbudować dodatkowo jakieś zabezpieczenie, jaki zakres napięć wolno mi podać na pin INPUT?
    Znając tę wartość dzielnik napięcia sobie wyliczę, ale pozostaje inna kwestia zapezpieczeń układu.
    Czy mógłbym prosić o wskazówki jak zaprojektować tor pomiaru od wejścia sondy do pinu INPUT, dla zakresu +-30V i pasma 10MHz? tak by być pewnym nie uszkodzenia ?
    Czy pisząc o konwerterze impedacji miałeś na myśli układ jak w linku
    http://www.anok.ceti.pl/download/Konwerter.pdf

    Jak powyższe "wpleść" w mój schemat by nie zakłócić pomiaru?

    Kolejna sprawa
    Przy wyborze wewnętrznego odniesienia jak powinienem podpiąć piny REFN i REFP i COM, w nocie napisane jest, że pozostają one jako wyjścia o niskiej impedancji, że powinienem podpiąć je przez kondensatory 100nF i 2,2uF do masy.
    (Tu dodatkowa zagadka czemu zalecane jest użycie dwóch kondensatorów równolegle?)

    I na koniec
    Zasilanie części cyfrowej i analogowej. W nocie zapisane jest, że warto rozdzielić te dwa obwody. Co tworzy mi 4 pola, GNDA masa analogowa, GNDD masa cyfrowa, Va analogowe, Vd cyfrowe
    Myślałem o stworzeniu urządzenia przenośnego na baterię, więc gdzieś te wszystkie masy i zasilania muszą się łączyć pytanie jak najlepiej to rozwiązać.
    Sam procesor chodzić będzie na 3,3V, konwerter ADC też, wzmacniacze operacyjne są na 5V. Czy wielkim błędem było by wyjście z baterii (akumulatora) przez 7805 (5V do wzmop) później na 3.3v do reszty świata? (ew może zrobić odrębne pola masy i zasilania i tylko w jednym miejscu je zewrzeć?)

    Pytań wiele ale kto nie pyta ten uczy się na własnych błędach :)
  • #4
    jarek_lnx
    Level 43  
    Quote:
    Ok czyli rozumiem, że do moich potrzeb (urządzenia oscyloskopopodobnego)...
    Do prawdziwego oscyloskopu brakuje układu wyzwalania.
    Quote:
    Będę walczyć o max częstotliwość przetwornika ale liczę się z tym, że to może być dla mnie nie realne.

    Pytałem żeby oszacować potrzebne pasmo układów analogowych, widać z tego że trzeba robić z zapasem, szybki zapis kolejnych słów do pamięci można zrobić nawet sprzętowo - poza uC. Maksymalną częstotliwość próbkowania należało by choćby orientacyjnie policzyć (znając ograniczenia pozostałego sprzętu).
    Quote:
    Programowanie nie jest dla mnie problemem natomiast zawsze elektronika analogowa była moją słabą stroną.
    To samo nie przychodzi, trzeba się nauczyć. Tam są trzy podstawowe układy pracy wzmacniaczy operacyjnych - znajdziesz w każdej książce o elektronice.
    Quote:
    Prawdopodobnie dlatego nie za bardzo rozumiem tego schematu (Fig 5)
    Polska język trudna ;).
    Quote:
    Jako zamienników dla MAX4108 chcę użyć MAX4104ESA+ (bo akurat takie mam)
    Dobre, musisz je zasilić symetrycznie ±5V, bardzo starannie zaprojektować płytkę i dać bardzo blisko kondensatory odsprzęgające.
    Quote:
    Ze względu na wzmocnienie powinienem zbudować dodatkowo jakieś zabezpieczenie, jaki zakres napięć wolno mi podać na pin INPUT?
    Nie powinien nigdy przekraczać "Absolute maximum ratings", ale powyżej 1V napięcia różnicowego i tak nic nie zmierzy, więc próg zadziałania zabezpieczenia powinien się zmieścić w tym zakresie.
    Quote:
    Czy mógłbym prosić o wskazówki jak zaprojektować tor pomiaru od wejścia sondy do pinu INPUT, dla zakresu +-30V i pasma 10MHz? tak by być pewnym nie uszkodzenia ?
    Układ z rys 5 da ±1,024V na wejściu różnicowym przetwornika dla ±0,128V napięcia wejściowego, czyli ten pierwszy wzmacniacz zabezpieczysz dwoma diodami, podłączonymi odwrotnie równolegle, pomiędzy wejściem a masą - muszą to być diody o małej pojemności i upływności popularne diody impulsowe takie jak 1N4148 to kiepskie rozwiązanie, lepiej dać JFET'y jako diody. Na wejściu potrzebny jest dzielnik przez ~234 (nie musi być równo 30/0,128 - zawsze można przeliczyć na uC, ale dzielnik musi być precyzyjny - rezystory metalizowane).
    Co do samej realizacji dzielnika, mamy trochę inne wymagania niż konstruktor prawdziwego oscyloskopu (mało zakresów, mała czułość na najniższym zakresie) - możliwe, że udało by się uzyskać zbliżone parametry do sprzętu fabrycznego, przy prostszej konstrukcji (bez konwertera impedancji) - ale trzeba będzie poeksperymentować. Jeśli musimy podzielić przez 234 to dla impedancji całego dzielnika 1MΩ "dolny" rezystor miał by ok 4,2kΩ to znaczy że przy rezystancji wzmacniacza 1,5MΩ i prądzie wejściowym 32µA (wartości typowe) mieli byśmy błędy wzmocnienia 0,2% (znośnie) i offsetu 0,14V EDIT: (policzyłem na wejściu wzmacniacza - to więcej niż zakres 0,128V) błąd wzmocnienia można skompensować programowo, offset trzeba by sprzętowo, ale stabilność takiego rozwiązania będzie kiepska.
    EDIT: Najprościej, zamiast konwertera impedancji, zamienić pierwszy stopień na szybki wzmacniacz z wejściem MOSFET lub JFET, nie musimy mieć tak szerokiego pasma, żeby budowanie układów z elementów dyskretnych było jedynym sposobem.
    W praktyce nie wiem jednego, czy przy tak dużym stopniu podziału nie będzie problemów z kompensacją dzielnika - w oscyloskopach jest max 10 i łączenie szeregowe, ja zakładam że każdy zakres będzie miał oddzielny dzielnik, trochę nam to ułatwi. Zastanowić się jeszcze należy nad przystosowaniem układu do użycia sond 1:10 fabrycznych, lub zbudowaniem własnych - wiele układów "nie lubi" dużych obciążeń pojemnościowych (100pF/m) jakie daje długi kabel podłączony "gdziekolwiek".
    Quote:
    Czy pisząc o konwerterze impedacji miałeś na myśli układ jak w linku
    Nie, konwerter impedancji to taki prawie idealny wtórnik, którego zadaniem jest nie obciążać dzielnika i nie zniekształcać sygnału, licząc się z gorszą dokładnością i/lub mniejszą impedancją wejściową można by go pominąć.
    Czytałem kiedyś w książce "Art and science of analog circuit design" jak się to projektuje profesjonalnie (str 65-84), dziś znalazłem fragment Link ale da się znaleźć całą (polecam). EDIT: jest i pierwszy fragment tego interesującego rozdziału Link

    Quote:
    Przy wyborze wewnętrznego odniesienia jak powinienem podpiąć piny REFN i REFP i COM, w nocie napisane jest, że pozostają one jako wyjścia o niskiej impedancji, że powinienem podpiąć je przez kondensatory 100nF i 2,2uF do masy.
    (Tu dodatkowa zagadka czemu zalecane jest użycie dwóch kondensatorów równolegle?)
    Jak tak piszą to tak zrób, w tej dokumentacji jest sporo praktycznych wskazówek. Wiele kondensatorów daje się dlatego, że każdy z nich działa w ograniczonym zakresie częstotliwości 2,2µ nie działa powyżej kilku MHz, 100nF powyżej kilkunastu MHz jest tylko kiepską cewką ;) więc dał bym do tego jeszcze 1nF C0G i tak samo na zasilaniach.

    Quote:
    Zasilanie części cyfrowej i analogowej. W nocie zapisane jest, że warto rozdzielić te dwa obwody. Co tworzy mi 4 pola, GNDA masa analogowa, GNDD masa cyfrowa, Va analogowe, Vd cyfrowe
    Myślałem o stworzeniu urządzenia przenośnego na baterię, więc gdzieś te wszystkie masy i zasilania muszą się łączyć pytanie jak najlepiej to rozwiązać.
    Sam procesor chodzić będzie na 3,3V, konwerter ADC też, wzmacniacze operacyjne są na 5V. Czy wielkim błędem było by wyjście z baterii (akumulatora) przez 7805 (5V do wzmop) później na 3.3v do reszty świata? (ew może zrobić odrębne pola masy i zasilania i tylko w jednym miejscu je zewrzeć?)

    Zasilania rodzielić pomiędzu nimi dać filtry LC, masy rozdzielić połączyć w jednym punkcie (blisko ADC), musisz mieć napięcia +5V i -5V do wzmacniaczy, 3,3V do zasilania cyfrówki i 3,3V "analogowe" (filtrowane) dla ADC. 7805 wymaga >7V na wejściu, szkoda prądu z akumulatora na grzanie przestarzałego stabilizatora, lepiej dać LDO. Ale -5V może wymagać przetwornicy.

    P.S. Mas jakiś oscyloskop, lub dostęp do takiego sprzętu?

    Przejrzyj jak są zbudowane fabryczne oscyloskopy,(dzielniki, układ wejściowy zabezpieczenia) łatwo znaleźć w sieci serwisówkę PM3217 str 141 ;) warto zobaczyć też układ wejściowy w PM3267 (str159)