Reduzca y descargue el voltaje de una señal ultrasónica de 5Mhz de + -50V a 0-3.3 V

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Sé que hay muchas publicaciones similares a esta, pero algunas diferencias hacen que valga la pena publicarla.

Estoy trabajando en un proyecto donde tengo una señal de CA de 5MHz con la mayor amplitud de + -50V. Es una señal ultrasónica donde la señal transmitida tiene una amplitud más alta que la recibida. Quiero muestrear tanto la señal transmitida como la recibida para poder luego calcular la distancia entre ellas. El DSP que estoy usando para esto es TMS320F28335 de texas instruments, que solo admite 0-3.3V.

Al principio pensé que un simple divisor de resistencia haría el trabajo pero encontré algunos problemas, casi como los descritos en "¿Cómo convertir una señal analógica de 0 a 10 V a 0 a 2.5 V para la entrada de ADC?" Sin embargo, las respuestas descritas allí muestran cómo una señal puede convertirse linealmente en un rango de voltaje más pequeño. Pero como no estoy interesado en la altura de la señal transmitida (solo me interesa dónde está relativa la señal recibida), quiero recortar partes de la misma y al mismo tiempo reducir la amplitud de la señal recibida. Quiero que la señal recibida tenga una buena SNR como sea posible, dada la limitación de 3.3V. ¿Alguna idea de métodos que pueda usar? También me pregunto qué hará el DSP con todos los valores negativos que tengo.

    
pregunta user18538

3 respuestas

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La señal de alto voltaje (+/- 50 voltios, es decir, 100 voltios pico a pico) se puede atenuar y DC polarizar utilizando un filtro como este:

Tengaencuentaquetodosloscomponentesutilizadossonvaloresestándar.Lasalidaseráunaseñalde3.242voltiospicoapico,conunsesgodeDCde1.65voltiosagregado.Porlotanto,lasalidaresultantealpinADCnotendráningúnvalornegativo,loqueabordalapreocupaciónmencionadaenlapregunta.

Elusodecondensadoresyresistenciasdetantaliodealtaprecisión(%detoleranciabaja,porejemplo,1%),ymanteniendotodoslosrastros/cablescortos,evitaráunagranvariaciónenlosvaloresypocainductancia/capacitanciaparásita.

Porquéfuncionaesto:

  • Lacombinacióndelaresistenciade15KOhmyelcondensadorde1pFactúacomolamitadsuperiordeundivisordevoltaje.LaimpedanciaZ1deRyCenlaseriea5MHzes35188ohmios
  • Elcondensadorde27pFactúacomolamitadinferiordeldivisordevoltaje.Laimpedanciaa5Mhzesde1179ohmios
  • Elcondensadorde1pFtambiénbloqueacualquiercomponentedeCCdelaseñaldeentrada
  • SalidadeldivisordevoltajeporlaLeydeOhms:.
  • Para V in = +/- 50 Volts = 100 Volts p-p, V out = +/- 1.621 Volts = 3.242 Volts pico a pico
  • Los dos resistores de 1 MOhm nuevamente forman un divisor de voltaje para los 3.3 Volts V cc , lo que resulta en un sesgo de CC de 1.65 Volts
  • Al agregar este sesgo a la señal, se obtiene una señal de salida que va de 0.029 voltios a 3.271 voltios para la entrada de -50 a +50 voltios, con un pequeño cambio de fase.

La impedancia de salida de este filtro es de alrededor de 1.14 KOhms, y la impedancia de entrada es de alrededor de 36.36 kOhms.

    
respondido por el Anindo Ghosh
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No es un problema poco común, ya que el eco de la señal transmitida es más grande y saturante que su señal de respuesta de interés. El truco es restar la señal transmitida lo antes posible. A través de una combinación de filtros y / o sustracción.

En las pistolas de velocidad de microondas, hay un reflector físico en una ubicación específica para reflejar la portadora a 180 grados para un pequeño porcentaje de la señal similar a su eco. En los módems de línea / analógicos, he diseñado el "Interfaz analógico frontal" (AFE), comúnmente llamado DAA. El circuito híbrido tiene Op Amp para invertir la señal transmitida y reducirla a casi el mismo nivel del eco esperado, como para sustraerla. Donde esta resta no es perfecta, pero reduce la señal a niveles similares o más bajos que la señal de respuesta, de modo que ninguno de ellos esté saturado. Y los filtros pueden funcionar en ambas señales.

En resumen, creo que necesitas utilizar amplificadores operacionales y filtros. Donde el circuito híbrido es un buen ejemplo y puede diseñar sus filtros directamente en él.

    
respondido por el mpflaga
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Me parece que la solución más natural para usted es usar un transformador reductor con muchos devanados en el primario para garantizar que el conductor tenga una carga muy ligera. Puedes enrollar uno de estos en un núcleo de olla por muy poco esfuerzo.

No lo dejas en claro, pero asumiré que no estás utilizando la misma unidad para transmitir y recibir, ya que parece que estás operando CW. Así que eso significa un transductor de RX separado y un canal ADC separado en su DSP.

Una cosa que es más notable acerca de su diseño es que el ADC se ejecuta solo a 2 - 2,5 veces más rápido que su frecuencia transmitida (IIRC 90 ns período de muestra ~ 11 MHz). Si está detectando cero cruces entre TX y RX, esto será muy difícil con una frecuencia de muestra tan baja (en relación con su estímulo). Probablemente tendrá que hacer un enfoque FFT para determinar la fase y asegurarse de que la longitud de la muestra que utiliza para determinar esa fase relativa sea bastante larga para promediar el residuo del error del muestreo.

    
respondido por el placeholder

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