Estoy tratando de averiguar si hay alguna manera de hacer asequible el rendimiento de un controlador de pin analógico que deba ser aislado periódicamente de su carga, durante la autocalibración. El circuito, tal como está actualmente, es el siguiente, pero me gustaría, si es posible hacerlo de manera económica, para eliminar los efectos de la resistencia de SW1 en el rendimiento de DC.
El circuito es un controlador pin de +/- 10V para una salida analógica que tiene que interactuar con tarjetas DAQ "típicas". Por lo general, ofrecen alta impedancia DC. Algunas de esas tarjetas son dinámicamente desagradables: tienen entradas de multiplexor con sus inyecciones de carga rápidas (10s de nanosegundos). Necesita mantener aproximadamente 15 bits de precisión en el tiempo y la temperatura (1 parte en 30,000). Por lo tanto, se autocalibra utilizando un ADC y una referencia estable. El ancho de banda es de aproximadamente 1kHz.
Se supone que las cargas son de alta impedancia, con un componente dinámico. Desafortunadamente, de vez en cuando alguien "felizmente" conectará un divisor de voltaje o algún otro circuito con una impedancia de CC suficientemente baja para eliminar la precisión del voltaje de salida con SW1 presente. Me gusta hacer la vida más fácil para mis clientes, y me preguntaba si esta deficiencia podría eliminarse a bajo costo.
Hay 10 canales, por lo que el costo por canal también está bajo escrutinio.
C2 almacena algunos cargos para facilitar el trabajo de U1 en presencia de cargas dinámicas. R2 estabiliza el amplificador operacional en presencia de la carga capacitiva. U1 es una parte de salida de riel a riel de 15MHz GBW, con una ganancia de 4, con 2V de espacio entre la salida y los suministros; se alimenta de +/- 12V. No mostré el resto del circuito conectado a la entrada inversora, es solo un filtro MFB de segundo orden.
R1 cierra la retroalimentación de DC alrededor de R2, eliminando su efecto en el rendimiento de DC.
Para la calibración en el circuito y la eliminación de errores de ganancia y compensación, SW1 se abre, SW2 se cierra y se conecta un convertidor A / D a la salida.
Para que este circuito sea asequible, SW1 es un DG411 o similar, con aproximadamente 30 ohmios de resistencia. Sería muy bueno si esa resistencia pudiera usarse en lugar de R2, y colocarse dentro del bucle de retroalimentación.
Conceptualmente, me gustaría algo como sigue:
Para la calibración, SW1 se abre, de modo que una carga que no se comporta correctamente no sesgue la calibración, SW2 se cierra y SW3 se voltea. El seguidor de voltaje U2 es necesario para evitar que R_ON de SW3 influya en la ganancia del circuito. Su resistencia de salida en bucle cerrado debe ser inferior a 1 ohmio, en el peor de los casos.
Estoy realmente interesado si es posible cambiar las cosas para evitar ese búfer U2: agregaría alrededor de $ 1.50 por canal. U1 también "vería" las perturbaciones dinámicas desagradables directamente en su entrada. Esto empeora el tiempo de establecimiento de las perturbaciones dinámicas en la salida.
Una solución sería retener R1 y utilizar mosfets discretos R_ON muy bajos para SW1. Esto es problemático: la mayoría de las mosfets baratas y pequeñas requieren un gran voltaje de fuente de compuerta (5 V) para mantener una resistencia baja. De manera realista, usaría dos dispositivos de canal N uno detrás del otro. La parte analógica del circuito está aislada de la CPU, por lo que no puedo usar trucos baratos de multiplicador de voltaje en un pin de salida de la CPU para dirigir esos interruptores. Las señales de control del conmutador se enlazan a través de las salidas GPIO en el ADC de calibración (esto probablemente derrame los beans en el chip que uso para el ADC).
Me preguntaba si hay una solución discreta que sea lo suficientemente estable para funcionar, pero no puedo ver ninguna. Como R1 está en el orden de 40k, no puedo ver a un simple seguidor de emisores en funcionamiento aquí, simplemente no hay suficiente corriente para mantener la resistencia de salida en R1 hasta el 1 Ohm requerido. ¿Hay algún efecto de campo o magia discreta BJT que se pueda hacer aquí en lugar de un op-amp U2 en toda regla?