Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Elektroda.pl
Relpol przekaźniki
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Oscyloskop - Analiza części analogowej

19 Gru 2014 23:12 1011 8
  • Poziom 11  
    Witam!
    Projektuję prosty oscyloskop cyfrowy. W założeniu ma próbkować z częstotliwością 1MSa/s, a jego górna częstotliwość pracy to 100kHz. Urządzenie ma pracować w oparciu o przetwornik TDA8703, choć nie wykluczam tutaj innego rozwiązania. Próbki mają być przetwarzane na płytce typu Arduino lub podobne, a wynik ma być wyświetlany na LCD i wysyłany do komputera przez UART.
    Tyle teoria.

    Na chwilę obecną zaprojektowałem tor analogowy. W załączniku zamieszczam schemat.

    Dzielnik na wejściu pracuje w oparciu o klucze analogowe typu 4066. Dostępne dzielniki to 1:1, 1:2, 1:3, 1:5. Za wtórnikiem jest filtr eliptyczny, który skutecznie ścina wszystkie sygnały powyżej 100kHz. Następnie jest sumator, który wzmacnia sygnał z filtra (stłumiony dwukrotnie) dwa razy i dodaje offset, dopasowując sygnał do przetwornika.

    Przetwornik jest 8-io bitowy, więc mam zamiar ustawić napięcie referencyjne na 2,56V, wtedy uzyskam równe 10mV LSB.


    W związku z tym, że się trochę rozpisałem i nakreśliłem to o co mi chodzi, mam kilka pytań problemów:
    1. Wszelkie uwagi co do części analogowej są mile widziane - co zmienić, co poprawić. Proszę pamiętać, że ma to być prosta konstrukcja, ale użyteczna. Zamiana kluczy na przekaźniki nie wchodzi w grę, to samo dotyczy stałego dzielnika.
    2. Układ został po części przetestowany - stąd też wartości przy niektórych elementach. Działa filtr i dzielniki. Natomiast nie działają klucze - przełączanie działa, ale przy częstotliwości powyżej 1kHz skutecznie tłumią sygnał, przez co nie nadają się do niczego. Nota katalogowa podaje pojemności rzędu 8pF, więc nie powinno aż tak tłumić sygnału.
    3. Zasilanie. Przetwornik zbiera napięcia w zakresie od 0 do 2,56V. Tak więc zakres napięć analogowych to od -1,28 do 1,28V. Do testów stosowałem przetwornicę i nieco inne zakresy napięć. Pytanie jak zrealizować takie napięcia? Stabilizator napięcia na 2,56V + wtórnik z dzielnikiem rezystorowym, który da mi połowę napięcia referencyjnego, tu w roli sztucznej masy? Wtedy chyba nie potrzebowałbym dodawać offsetu przed adc?

    Oscyloskop - Analiza części analogowej
  • Relpol przekaźniki
  • Poziom 43  
    LM324 nie jest ani wystarczająco szybki, ani nie ma takiej obciążalności prądowej żeby nadawał się do twojego układu.

    Cytat:

    Przetwornik jest 8-io bitowy, więc mam zamiar ustawić napięcie referencyjne na 2,56V, wtedy uzyskam równe 10mV LSB.
    I co ci to da? bo moim zdaniem niewielka z tego korzyść, a dynamikę pogarszasz.

    Cytat:
    Zamiana kluczy na przekaźniki nie wchodzi w grę, to samo dotyczy stałego dzielnika.
    Znajdź lepsze klucze analogowe, o mniejszych pojemnosciach, przekaźniki kontaktronowe były by najlepsze ;)
    A co powiesz na stały dzielnik na wejściu, taki żeby za dzielnikiem dać od razu wtórnik, za wtórnikiem dodatkowe dzielniki i wzmacniacze, nie jest to optymalne rozwiązanie, ale jeśli przełaczanie zrobisz w części niskoimpedancyjnej pojemność kluczy nie będzie już takim dużym problemem.

    Cytat:
    2. Układ został po części przetestowany - stąd też wartości przy niektórych elementach. Działa filtr i dzielniki. Natomiast nie działają klucze - przełączanie działa, ale przy częstotliwości powyżej 1kHz skutecznie tłumią sygnał, przez co nie nadają się do niczego. Nota katalogowa podaje pojemności rzędu 8pF, więc nie powinno aż tak tłumić sygnału.
    Na wejściu masz trzy pojemnosci wejsciowe 4066 czyli 24pF do tego trzeba dodać "pojemnosci pogarszajace sytuacje" C9-C12 o nieznanej wartości, oraz pojemnosci rozproszone, samo 24pF ogranicza pasmo do 7kHz, jeśli podłaćzałeś na wyjście dzielnika jakieś przyrządy pomiarowe to mogy dojść kolejne pojemności.
    Można by spróbować zrobić z tego dzielnik skompensowany tylko że przełaczanie kluczy, przy takiej budowie dzielnika, może wymagać przełaczania pojemnosci kompensujacych.
  • Relpol przekaźniki
  • Poziom 11  
    Cytat:
    LM324 nie jest ani wystarczająco szybki, ani nie ma takiej obciążalności prądowej żeby nadawał się do twojego układu.


    Pewnie wykorzystam jakiś wzmacniacz typu rail-to-rail. Ten jest póki co do testów.

    Cytat:

    I co ci to da? bo moim zdaniem niewielka z tego korzyść, a dynamikę pogarszasz.


    Czemu pogorszę dynamikę?

    Cytat:
    Znajdź lepsze klucze analogowe, o mniejszych pojemnosciach, przekaźniki kontaktronowe były by najlepsze ;)

    OK, rozważę, choć montaż 4 przekaźników na małej płytce może być kłopotliwy. Dlatego też celowo chciałem użyć w układzie kluczy analogowych.

    Cytat:

    A co powiesz na stały dzielnik na wejściu, taki żeby za dzielnikiem dać od razu wtórnik, za wtórnikiem dodatkowe dzielniki i wzmacniacze, nie jest to optymalne rozwiązanie, ale jeśli przełaczanie zrobisz w części niskoimpedancyjnej pojemność kluczy nie będzie już takim dużym problemem.


    To nie jest dobry pomysł w moim przypadku - mam z góry ustalone ograniczenie napięcia na wejściu, które nie mogę zmienić, ponadto mogę mieć problemy z odczytem niższych napięć.

    Cytat:
    Na wejściu masz trzy pojemnosci wejsciowe 4066 czyli 24pF do tego trzeba dodać "pojemnosci pogarszajace sytuacje" C9-C12 o nieznanej wartości, oraz pojemnosci rozproszone, samo 24pF ogranicza pasmo do 7kHz, jeśli podłaćzałeś na wyjście dzielnika jakieś przyrządy pomiarowe to mogy dojść kolejne pojemności.
    Można by spróbować zrobić z tego dzielnik skompensowany tylko że przełaczanie kluczy, przy takiej budowie dzielnika, może wymagać przełaczania pojemnosci kompensujacych.

    Pojemności C9-C12 właśnie miały służyć kompensacji dzielnika. Celowo nie podałem ich wartości, ponieważ nie mam jeszcze zakupionych trymerów. W założeniu miały być z przedziału do 30pF.
  • Poziom 43  
    Cytat:
    Pewnie wykorzystam jakiś wzmacniacz typu rail-to-rail. Ten jest póki co do testów.
    Patrz na SR i wydajność prądową, LM324 ma GBW ok 1MHz (nie pamietam dokłądnie ale to nie istotne) a z sygnałem 100kHz nie da rady, a wiele wzmacniaczy rail-to rail nie wysteruje obciążenia 100Ω.

    Cytat:
    Czemu pogorszę dynamikę?
    Mój błąd, w zdawało mi sie że w tym ADC można ustawić wyższe napiecie odniesienia o on ma wbudowaną referencje i dzielniki.

    OK, rozważę, choć montaż 4 przekaźników na małej płytce może być kłopotliwy. Dlatego też celowo chciałem użyć w układzie kluczy analogowych.[/quote]
    Dlaczego czterech? w fabrycznych frontendach oscyloskopów na wejściu jest kilka przekaźników, a pozostałe zakresy przełączane są elektronicznie


    Cytat:
    To nie jest dobry pomysł w moim przypadku - mam z góry ustalone ograniczenie napięcia na wejściu, które nie mogę zmienić, ponadto mogę mieć problemy z odczytem niższych napięć.
    A jakie masz to ograniczenie, jakie mają być zakresy napieciowe? W oscyloskopach często spotyka się rozwwiązanie typu najpierw dzielisz później wzmacniasz, to pogarsza szumy, ale upraszcza budowę układów wejściowych.

    Cytat:
    Pojemności C9-C12 właśnie miały służyć kompensacji dzielnika. Celowo nie podałem ich wartości, ponieważ nie mam jeszcze zakupionych trymerów. W założeniu miały być z przedziału do 30pF.
    Rezystor R1 nie jest bocznikowany pojemnościa a powinien jeśli to ma być dzielnik skompensowany, te pojemnosci trzeba policzyć, czy to w ogóle da sie skompensować - trzeba policzyć dla kazdego zakresu uwzgledniając pojemności kluczy.
  • Poziom 11  
    Cytat:
    Patrz na SR i wydajność prądową, LM324 ma GBW ok 1MHz (nie pamietam dokłądnie ale to nie istotne) a z sygnałem 100kHz nie da rady, a wiele wzmacniaczy rail-to rail nie wysteruje obciążenia 100Ω.

    Biorąc pierwszy lepszy natrafiłem na TL084. Ma SR na poziomie 13V/us. Co do obciążenia to chyba trzeba będzie przeprojektować filtr, bo ciężko znaleźć wzmacniacz o dobrej wydajności prądowej.

    Cytat:

    Dlaczego czterech? w fabrycznych frontendach oscyloskopów na wejściu jest kilka przekaźników, a pozostałe zakresy przełączane są elektronicznie


    We wszystkich przeglądniętych schematach amatorskich oscyloskopów przekaźniki sterowały trybami AC/DC, dzielnikami lub wzmocnieniem.

    Cytat:
    A jakie masz to ograniczenie, jakie mają być zakresy napieciowe? W oscyloskopach często spotyka się rozwwiązanie typu najpierw dzielisz później wzmacniasz, to pogarsza szumy, ale upraszcza budowę układów wejściowych.


    Zakładając, że rozdzielczość wynosi 10mV to od 100mV wzwyż. W szczególności interesuje mnie pomiar niskich napięć - do 5V. Co do opisywanego przez Ciebie rozwiązania - widziałem już podobne przykłady, ale powiedz mi jedno. Czy mając sygnał, np. 100, 10 lub nawet 1mV po wstępnym podzieleniu i wzmocnieniu go w dalszej części, dajmy na to 100 razy jestem w stanie go z grubsza odtworzyć, czy poziom szumów mi to skutecznie uniemożliwi?

    Może byłoby to lepsze rozwiązanie - wydaje mi się, że jeżeli użyć by kluczy analogowych do wyboru wzmocnienia wzmacniacza, znacznie ograniczylibyśmy problem z pojemnością?

    Cytat:
    Rezystor R1 nie jest bocznikowany pojemnościa a powinien jeśli to ma być dzielnik skompensowany, te pojemnosci trzeba policzyć, czy to w ogóle da sie skompensować - trzeba policzyć dla kazdego zakresu uwzgledniając pojemności kluczy.


    Rozumiem, że R1 trzeba spiąć trymerem do masy? Myślałem, że na przy kluczach tylko wystarczy. Pojemności jeszcze nie liczyłem, stąd te wartości wzięte na oko - dobrane na podstawie istniejących schematów.
  • Poziom 43  
    Cytat:
    Zakładając, że rozdzielczość wynosi 10mV to od 100mV wzwyż.
    Nie rozumiem, przecież to nie przetwornik decyduje o tym jakie zakresy napięć będzie miał gotowy przyrząd.


    Cytat:
    W szczególności interesuje mnie pomiar niskich napięć - do 5V.
    A potrzeba stosowania przekaźników jest dopiero przy wyższych napieciach.

    Cytat:
    Co do opisywanego przez Ciebie rozwiązania - widziałem już podobne przykłady, ale powiedz mi jedno. Czy mając sygnał, np. 100, 10 lub nawet 1mV po wstępnym podzieleniu i wzmocnieniu go w dalszej części, dajmy na to 100 razy jestem w stanie go z grubsza odtworzyć, czy poziom szumów mi to skutecznie uniemożliwi?
    Poziom szumów byle jakiego wzmacniacza przy paśmie 100kHz to kilka µV podobną wartość ma szum rezystora rzędu kilkudziesieciu kΩ.
    Więc widać ograniczenia, ale jeśli stopień podziału wstępnego dzielnika nie będzie duży to sie da.
    Cytat:


    Rozumiem, że R1 trzeba spiąć trymerem do masy?
    Nic nie rozumiesz dzielnik skompensowany ma mieć tak dobrane pojemności aby nie wpływały na stopień podziału przy zmianie częstotliwości (odwrotnie proporcjonalne do stosunku rezystancji), dorzucanie kondensatorów byle jak i byle gdzie to nie jest sposób

    Cytat:
    Myślałem, że na przy kluczach tylko wystarczy. Pojemności jeszcze nie liczyłem, stąd te wartości wzięte na oko - dobrane na podstawie istniejących schematów.
    Elektronika to nie malarstwo, wizualnie podobny schemat nie będzie tak samo działał, twój dzielnik nie jest skompensowany, a zastosowane kondensatory obcinaja pasmo zamiast poszerzać.
  • Poziom 11  
    Cytat:
    Nie rozumiem, przecież to nie przetwornik decyduje o tym jakie zakresy napięć będzie miał gotowy przyrząd.


    Chodziło mi tu o pierwszą wersję, gdzie do dyspozycji mam tylko dzielniki. Jeżeli sygnał miałby amplitudę np. 20mV to przy dzielniku na wejściu 1:1 przy rozdzielczości 10mV wiele raczej nie zobaczę.


    Cytat:
    A potrzeba stosowania przekaźników jest dopiero przy wyższych napieciach.


    Wiem toteż klucz do przełączania AC/DC dałem za dzielnikiem.

    Cytat:
    Poziom szumów byle jakiego wzmacniacza przy paśmie 100kHz to kilka µV podobną wartość ma szum rezystora rzędu kilkudziesieciu kΩ.
    Więc widać ograniczenia, ale jeśli stopień podziału wstępnego dzielnika nie będzie duży to sie da.


    W takim razie chyba rozważę koncepcję (kolejno): 1x przekaźnik do zmiany trybu AC/DC, stały dzielnik na wejściu 1:5 lub 1:10 (razem z sondą 1:10 powinienem uzyskać pomiary do 100V), wtórnik, filtr ze zmienionymi rezystorami, wzmacniacz z wyborem wzmocnienia za pomocą kluczy. Sumatora chyba nie potrzebuję - ustawię masę analogową na 1/2 zakresu.

    Cytat:
    Nic nie rozumiesz dzielnik skompensowany ma mieć tak dobrane pojemności aby nie wpływały na stopień podziału przy zmianie częstotliwości (odwrotnie proporcjonalne do stosunku rezystancji), dorzucanie kondensatorów byle jak i byle gdzie to nie jest sposób


    Zazwyczaj robiłem nieco inne, prostsze konstrukcje, toteż nie znam się na wszystkim. Natomiast sytuacja zmusiła mnie do tego, że muszę mieć oscyloskop, który mimo wszystko wolałbym zrobić niż kupić.
  • Poziom 43  
    Cytat:
    Zazwyczaj robiłem nieco inne, prostsze konstrukcje, toteż nie znam się na wszystkim. Natomiast sytuacja zmusiła mnie do tego, że muszę mieć oscyloskop, który mimo wszystko wolałbym zrobić niż kupić.
    Narzucasz co chwila jakieś dziwne ograniczenia, spodziewałem sie że to jakiś uczelniany projekt, który ma powstać tylko na papierze, a wymagania wydumał sobie jakiś wykładowca. Ale ty to naprawdę chcesz zrobić.
    Jeśli odstrasza cię tylko cena oscyloskopów to kup używany analogowy, da sie dopaść dobrej klasy sprzęt w niskiej cenie, dlatego że wszyscy teraz chcą cyfrowe. Oscyloskop o paśmie 100kHz? do czego to może służyć, bo mi takie coś było by zupełnie nieprzydatne.

    Ja bym zrobił tak dzielnik 1:10 przełaczany z przekaźnikiem kontaktronowym, dalej wtórnik za wtórnikiem dzielniki lub wzmaczniacze przełaczane w zakresie 1,2,5, tym sposobem bedzie już 6 zakresów.

    Porządne oscyloskopy pozwalają oglądać niewielkie sczecegóły na tle dużych sygnałów, wynika stąd że wzmacniacz powinien mieć zapas dynamiki a regulacja offsetu jest potrzebna i powinna mieć szerszy zakres niż przetwornik ADC.
  • Poziom 11  
    Cytat:
    Narzucasz co chwila jakieś dziwne ograniczenia, spodziewałem sie że to jakiś uczelniany projekt, który ma powstać tylko na papierze, a wymagania wydumał sobie jakiś wykładowca. Ale ty to naprawdę chcesz zrobić.

    Jakbyś zgadł :) I jedno i drugie. O oscyloskopie myślałem od dawna, teraz nie mam wyjścia.

    Cytat:
    Oscyloskop o paśmie 100kHz? do czego to może służyć, bo mi takie coś było by zupełnie nieprzydatne.


    Na początek wystarczy. Nie zrobię przecież profesjonalnego sprzętu moimi amatorskimi rękoma.

    Cytat:

    Ja bym zrobił tak dzielnik 1:10 przełaczany z przekaźnikiem kontaktronowym, dalej wtórnik za wtórnikiem dzielniki lub wzmaczniacze przełaczane w zakresie 1,2,5, tym sposobem bedzie już 6 zakresów.


    Rozumiem, że wszystko na przekaźnikach i klucze analogowe mam sobie darować?

    Cytat:

    Porządne oscyloskopy pozwalają oglądać niewielkie sczecegóły na tle dużych sygnałów, wynika stąd że wzmacniacz powinien mieć zapas dynamiki a regulacja offsetu jest potrzebna i powinna mieć szerszy zakres niż przetwornik ADC.


    OK :) Ale to ma być stosunkowo prosta konstrukcja. Patrząc na układy kitów, np. z AVT to myślę, że i tak w założeniach ta konstrukcja mocno je wyprzedza...