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

Wzmocnienie małego sygnału bez opóźnień

13 Lut 2020 01:29 459 10
  • Poziom 12  
    Cześć, poszukuję rozwiązania następującego problemu. Mam sygnał który zmienia się dynamicznie od 2,49V do 2,51V i chcę go przekształcić na sygnał 0-5V. Nie byłoby żadnego problemu gdyby nie jedna rzecz charakterystyczna dla wzmacniaczy operacyjnych(tu AD8628).

    Wzmocnienie małego sygnału bez opóźnień

    Poszukuje rozwiązania które zmniejszy to opóźnienie z tych ponad 10us... do powiedzmy 1us max, przy jednoczesnym zachowaniu napięcia niezrównoważenia na poziomie <400uV. Czy ktoś ma jakiś pomysł?

    Za wszelką pomoc z góry dzięki ;)
  • Pomocny post
    Moderator Projektowanie
    Ten wykres to masz chyba nie z datasheet AD8628 ?
    https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD8628_8629_8630.pdf
    To powolny WO z auto-zerowaniem.
    Z datasheet:
    Many auto-zero amplifiers are plagued by a long overload recovery time, often in ms, due to the complicated settling behavior of the internal nulling loops after saturation of the outputs. The AD8628/AD8629/AD8630 have been designed so that internal settling occurs within two clock cycles after output saturation occurs. This results in a much shorter recovery time, less than 10 μs, when compared to other auto-zero amplifiers.
    Użyj szybszego, albo - lepiej, bo nie chcesz wzmacniać tylko konwertować - szybkiego komparatora ustawionego na przełączanie przy Uwe=2,500V.
    Jak rozumieć to:
    sorry1 napisał:
    zachowaniu napięcia niezrównoważenia na poziomie <400uV

    ?
    Chodzi o wejściowy offset WO czy uzyskane Uwy=0V+-0,4mV/5V+-0,4mV ?
    Jeśli to pierwsze to przecież nie musisz mieć WO z auto-zero bo zwykły (szybszy) WO czy komparator wyzerujesz zwykłym sposobem.
    Jeśli to drugie - to problem, bo WO nawet typu R2R da Uwy zbliżone do szyn zasilania o 0,4mV tylko przy prądach obc. do ok. 10 mikroA. Chyba że to wystarczy - szukaj coś spośród R2R np. https://www.tme.eu/pl/katalog/wzmacniacze-ope...ms=2%3A632%3B383%3A1443898%3B804%3A1503476%3B -patrz na odstępy Vout od szyn zasilania, szybkość (overload recovery), Vos, ewent. dryft termiczny. Zasilaj 5V.
    Nawet MOSFET o niskim Rdson rzędu 0,1 OHM sterowany z wy. komparatora może dać niski Vds tylko przy niewielkich prądach obciążenia - ale tylko jako odstęp od jednej z szyn.
    Trochę lepiej bramki C-MOS (np.74HC/HCTxx) zamiast MOSFET-a - dadzą takie odstępy od obu szyn, ale dla Iobc rzędu kilku mikroA (?) - dla np. 4 szt. równolegle to może ok.20-30mikroA?

    Jakie prądy Iwy dla poszczególnych stanów wy. ? - wartości, kierunek, jaka częstotliwość?
  • Pomocny post
    Poziom 43  
    sorry1 napisał:
    Cześć, poszukuję rozwiązania następującego problemu. Mam sygnał który zmienia się dynamicznie od 2,49V do 2,51V i chcę go przekształcić na sygnał 0-5V. Nie byłoby żadnego problemu gdyby nie jedna rzecz charakterystyczna dla wzmacniaczy operacyjnych(tu AD8628).
    Przy normalnej pracy wzmacniacza operacyjnego, do przesterowania nie powinno się dopuszczać, szczególnie takiego z automatycznym zerowaniem. Wzmacniacz nie przesterowany ma przesuniecie fazy i SR, ale ściśle rozumianego opóźnienia prawie nie ma.
  • Poziom 12  
    Dzięki za odpowiedź :)
    trymer01 napisał:
    Użyj szybszego, albo - lepiej, bo nie chcesz wzmacniać tylko konwertować - szybkiego komparatora ustawionego na przełączanie przy Uwe=2,500V.

    Chodzi mi o wzmacnianie, chcę mieć sygnał analogowy.

    trymer01 napisał:
    Chodzi o wejściowy offset WO czy uzyskane Uwy=0V+-0,4mV/5V+-0,4mV ?

    Wejściowy offset oczywiście. Czy dobrze rozumiem że ten offset pojawia się różny dla konkretnego scalaka i wystarczy go jednorazowo wyzerować?

    Poniżej przebieg z moich testów. Zastosowałem na próbę LMV321LILT. Żółty przebieg to sygnał wzorcowy, niebieski sygnał to czujnik -> LMVT321. Sam czujnik nie wprowadza tego opóźnienia które tu widać tylko wzmacniacz, sprawdziłem. Fluktuacje niebieskiego przebiegu to wina siejącego zasilania.

    Wzmocnienie małego sygnału bez opóźnień

    Zastosowałem R2R bo to wygodne, czy taki wzmacniacz może mieć znacznie gorsze parametry w tym przypadku? Zależy mi na tym żeby to opóźnienie zminimalizować.

    jarek_lnx - dzięki za uwagę, chyba pomyliłem te parametry bo nie dopuszczam tu do nasycenia.

    EDIT:
    Niezależnie od stromości zbocza widoczne jest bardzo podobne opóźnienie. Nie chodzi o szybkość narastania napięcia wzmacniacza.
  • Pomocny post
    Poziom 43  
    sorry1 napisał:
    Wejściowy offset oczywiście. Czy dobrze rozumiem że ten offset pojawia się różny dla konkretnego scalaka i wystarczy go jednorazowo wyzerować?

    Są różnice wartości średniej dla danej temperatury, i te można wyzerować.
    Ale są i dryfty temperaturowe i inne, i tych nie wyzerujesz.

    sorry1 napisał:
    LMVT321. Sam czujnik nie wprowadza tego opóźnienia które tu widać tylko wzmacniacz, sprawdziłem.

    Po prostu używasz bardzo kiepskiego wzmacniacza.
    Użyj np. ADA4807-1.
  • Poziom 12  
    Okej, dziękuję wszystkim Panom :) Faktycznie ten wzmacniacz jest słabiutki, zasugerowałem się też błędnymi info na stronie TME. Mam jeszcze jedno pytanie.
    Jak poradzić sobie z offsetem i różnymi dryftami jeśli zależy mi na precyzji pomiaru względnego napięcia zmieniającego się w okolicach 5mV? Co sądzicie na temat np. takiego rozwiązania że jeden wzmacniacz będzie wzmacniał sygnał np. x100 a drugi wycinał składową stałą i wzmacniał x10. Jak wyciąć tą składową stałą sygnału bez opóźnień?
  • Moderator Projektowanie
    Użyj wzmacniacza różnicowego usuwającego skł. stałą 2,49V i z wzmocnieniem np. x10 - to w jednym stopniu na dobrym WO o Vos rzędu0,1mV - uzyskasz 0-0,2V, następnie w drugim stopniu wzmocnij to x25 - uzyskasz 0-5V. Ale to da błędy - bo wzmacniasz 250 razy sygnał 0-20mV - nieznaczne błędy wartości 0 czy wartości 20mV (przy odejmowaniu 2,49V we wzm. różnicowym) - np.0,1mV wzmocnisz x250 - wyjdzie błąd 25mV.
    Lepiej byłoby najpierw wzmocnić sygnał 2,49-2,51V np. x 10 (potrzebny WO zasilany 0-30V, niekoniecznie R2R ale aby akceptował Uwe=2,49V), odjąć 24,9V i uzyskane 0-0,2V wzmacniać x 25.
    Wybieraj WO o małym Vos, które możesz zerować (czyt. w google "zerowanie wzm.op."). Dryft termiczny ma znaczenie gdy temp. otoczenia mocno się zmienia, szukaj WO o małym dryfcie.
  • Poziom 43  
    sorry1 napisał:
    Poszukuje rozwiązania które zmniejszy to opóźnienie z tych ponad 10us... do powiedzmy 1us max,
    Jeśli chcesz aby czas narastania zmieścił się w 1us, to oznacza narastanie ze stała czasową 0,43us co oznacza pasmo 370kHz, jeśli wzmocnienie ma być 250 (5V/20mV) to potrzeba wzmacniacza o GBW co najmniej 92MHZ

    Przykład z symulacji wzmacniacz z GBW 100MHz, czas narastania do 90% 1us - zgodnie z obliczeniami
    Wzmocnienie małego sygnału bez opóźnień
  • Poziom 12  
    trymer01 napisał:
    Użyj wzmacniacza różnicowego usuwającego skł. stałą 2,49V i z wzmocnieniem np. x10

    Tu kolega tak naprawdę mówi o ustawieniu offsetu tj. odjęciu od sygnału napięcia 2,49V, jasna sprawa. Z tą składową stałą chodziło mi o to że pierwszy WO wzmacniałby to napięcie wraz ze wszystkimi innymi dryftami i innymi błędami co nie byłoby problemem gdyby drugi stopień wycinał składową stałą w której te błędy byłyby zawarte wtedy można byłoby precyzyjnie zmierzyć względne zmiany napięcia. Zasilanie 30V odpada w moim przypadku.

    jarek_lnx dzięki za to wyjaśnienie.
    jarek_lnx napisał:
    aby czas narastania zmieścił się w 1us, to oznacza narastanie ze stała czasową 0,43us

    Jak to obliczyć?
  • Poziom 43  
    sorry1 napisał:
    Jak to obliczyć?
    W poście #8 masz typowy przebieg na wyjściu pojedynczego wzmacniacza - wykładniczo zanikający jak w pojedynczym układzie inercyjnym RC, zanik do 10% początkowej wartości potrwa ln(0,1)=2,3 krotnie dłużej niż stała czasowa $$\tau=1us/2,3=0,43us$$
    z tego częstotliwość graniczna $$f=1/(2*\pi*\tau)
    $$
    Wzmacniacz musi mieć iloczyn pasma i wzmocnienia co najmniej GBW=f*k=370000*250=92,5MHz

    Czasami liczy się czas ustalania na wyjściu wzmacniacza z dokładnością 1% albo 0,1%, jeśli jest to potrzebne do dokładnych pomiarów, co potrwa odpowiedni dłużej 4,6 albo 6,9 stałej czasowej, tylko przy tych większych dokładnościach uproszczony model matematyczny może dawać zncząco inne wyniki niż rzeczywisty wzmacniacz.
  • Poziom 43  
    Czy ten mierzony przebieg ma składową stałą która jest faktycznie stała? Czyli DC, a nie składowa niskoczęstotliwościowa?
    Czyli Twój przebieg który chcesz zmierzyć, nie wpływa na składową stałą?
    Są to przebiegi które zawsze mają stałe pole powierzchni od góry i od dołu? Czyli jest przebiegiem AC, bez składowych niskoczęstotliwościowych?
    I interesuje Cię tylko to AC?