Amplificador de ruido de instrumentación amplificado

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Construí un circuito simple con un amplificador de instrumentación (PGA204AP) para limpiar una señal diferencial de ruido. La señal se genera a pocos metros del punto de adquisición y el cable (pares trenzados blindados) pasa a través de un entorno muy ruidoso.

El circuito es el siguiente:

ElblindajedelcableestáconectadoatierraenelladodeOp.Amp,yenelotroladonoestáconectado.Comopuedever,laentradadelamplificadoroperacionalsefiltraatravésdeunfiltrodemododiferencial(R1R4yC2)conlafrecuenciadecorteestablecidaen~60kHz,yunfiltrodemodocomún(R1-C1yR4-C3)conlafrecuenciadecorteestablecidaen~1MHz.

EnlasalidadelPGA204puseunfiltrodepasobajodesegundoordenconlafrecuenciadecorteestablecidaen~500kHz.Probéelcircuitosinentrada,soloparaversielruidodelambientesehabíaatenuado:elruidopresenteenelambienteeraelsiguiente(medidoconelalcancedirectamentedelcable):

250ns/div 5us/div

Claramente,hubounruidomuyfuertea2MHz,perounavezqueconectéelamplificadordeinstrumentación,elruidoseamplificó(másdeldoble).Asíquedecidíponerestefiltrodesegundoordensoloparaversiesteruidode2MHzsehubieraeliminado.Peroelresultadofueelmismo,yestomeparecemuyextrañoporquedosdispositivoscompletamenteindependientestienenelmismoproblema.Además,probéeldispositivoconunpocoderuidoproducidoconelgeneradordeseñalenlaentrada(ruidoaplicadoenunaentrada,ylaotraentradatambiénloteníagraciasalcabledeparestrenzados)yelresultadofueelsiguiente:

Las superiores son las dos entradas, la inferior es la salida. Parece bastante bueno.

  • Lo que no estoy seguro acerca de esta resistencia de 10k (R5) entre la entrada V y la tierra. Me han dicho que lo ponga para la corriente de polarización, pero ¿no interfiere con los filtros LP en la entrada?
  • ¿Hay algo más a lo que deba prestar atención con estos filtros? ¿Sugerencias para las próximas pruebas que debo hacer para resolver el problema?
pregunta Luca Daidone

1 respuesta

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El LM358 tiene un producto de ancho de banda de ganancia muy bajo (1MHz), por lo tanto, la topología de filtro Sallen-Key que utilizó podría no funcionar bien como un paso bajo por encima de unas pocas decenas de kHz. Lo que sucede es que el HF salta sobre el opamp a través de C5, y en el HF no tiene suficiente retroalimentación para mantener su impedancia baja en el pin de salida, por lo que el HF simplemente pasa a la salida. También, como dice Scott en los comentarios, el opamp lento puede reducir el límite en el ruido de HF y distorsionar la señal LF.

Recomiendo simular su función de transferencia. Consulte la Fig.8 en este documento .

Ahora, mirando la hoja de datos PGA204 página 6, su ruido de 2MHz está fuera de la PGA204 ancho de banda, por lo que debe atenuarse un poco (o mucho dependiendo de la ganancia, que no se menciona). También en la página 6, observe cómo CMRR depende mucho de la frecuencia y la configuración de ganancia, CMRR a alta frecuencia no es muy bueno, por lo que necesita un filtro pasivo en la entrada para eliminar el ruido de modo común de HF.

Si su ruido es en modo común, debe tener cuidado con la conversión de modo común a modo diferencial (CM a DM) en la entrada de su amplificador. Esto ocurre cuando la impedancia de entrada entre las dos mitades del par diferencial está desequilibrada. También puede ocurrir en cualquier lugar de la ruta de la señal si se produce un desequilibrio de impedancia entre las dos mitades del par, por ejemplo, en el sensor (también conocido como "impedancia de fuente"), por lo que debe verificar esto.

La resistencia de 10k jugará un papel, pero los culpables más probables serían C1 y C3 si son piezas de baja precisión como las cerámicas X7R. Una diferencia en los valores de C1 y C3 creará un desequilibrio de impedancia en HF entre las dos entradas y convertirá el ruido de CM a DM, que luego el PGA204 amplificará.

Por lo tanto, sugiero intentar esto:

  • Use un bloqueo de modo común en la entrada, debería tener suficiente inductancia para aumentar la impedancia significativamente a la frecuencia de ruido y superior. O aumente R1 / R4 a un valor más alto, disminuyendo el valor de los condensadores en consecuencia.
  • Asegúrese de que las tapas de los filtros sean precisos (1%) como las cerámicas C0G.
  • Duplicar R5, una resistencia por entrada.
  • Comprueba tu conexión de escudo
  • Si una corriente sustancial fluye en el escudo, asegúrese de que no pase por un nodo de tierra sensible en su PCB.
respondido por el peufeu

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