Estoy diseñando un circuito que toma una entrada de 3uV a 10-10kHz que filtra, aplica la ganancia e integra la señal analógica. Estoy pensando en usar el siguiente circuito para la topología usando dos etapas que consisten en un filtro de clave Sallen e integrador RC activo.
Vin tiene una impedancia de fuente de 3.4Kohm.
En esta aplicación de bajo nivel de potencia, ¿se requeriría un búfer para alimentar la llave de sallen o el circuito operaría efectivamente en este sistema?
Su problema es probablemente el ruido. Debe comenzar por calcular el voltaje de ruido térmico en un ancho de banda de 10 kHz @ 3.4kohm, y decidir qué relación señal / ruido necesita obtener. Probablemente le dirá que necesita un preamplificador / búfer de bajo nivel de ruido antes del filtro.
Un filtro activo es muy ruidoso. Tienes R1,2,4 todo lo que añade ruido térmico. Tiene la señal de entrada atenuada por R1C1 R2C2. Entonces, tienes opamps que son en su mayoría bastante ruidosos. Para reducir el voltaje de ruido térmico, debe hacer que las R sean mucho más bajas que su fuente R, lo que significa que debe amortiguar. Pero también significa que necesita un opamp que tenga una resistencia de ruido equivalente baja. Los mejores opamps (AD797) tienen aproximadamente 500ohms ENR, por lo que no puede hacer que el filtro R sea mucho más bajo que esto o, nuevamente, la cifra de ruido empeora.
Esta disposición de filtro activo es más ruidosa que la que tiene solo un RC por etapa de filtro. Si coloca OA2 antes de OA1 (con ganancia), sería el previo y el conjunto sería más silencioso.
Si tiene una señal fuera de banda que necesita filtrado antes del preamplificador, lo mejor sería un filtro de paso bajo LC. Necesitará un preamplificador antes del filtro activo, con una ganancia significativa (40dB / 100x) para obtener una buena SNR. Los filtros LC son dignos de consideración. Todo este arreglo funciona peor que una L y 2 C's.
¿El filtro "requiere" buffers? "Requerir" y "operar efectivamente" son palabras fuertes. Teóricamente, si la fuente de entrada tiene una impedancia diferente de cero y la siguiente etapa tiene una impedancia menor que infinito, la forma de la función de transferencia de este filtro cambiará. Así que la respuesta depende de cuánto cambio puedas tolerar.
En esta aplicación de bajo nivel de potencia, se requeriría un búfer para alimente la llave sallen o el circuito operaría efectivamente en este sistema?
No, no lo hará (la mayoría de las veces). Cuando compara los valores de R1 y R2 con la resistencia de entrada del amplificador, normalmente será mucho más pequeño y no afectará la corriente de entrada del amplificador. Si entra en el rango de Mega-Ohmios con la resistencia de su filtro, entonces es posible que tenga que ser considerado, este no será el caso con la mayoría de los filtros.
Debido a que la impedancia de la fuente es 3.4k y la resistencia total del circuito de la llave Sallen es probable en el rango de Gigaohm (dependiendo de la selección del amplificador), no debería hacer una gran diferencia. Casi no se necesita corriente, nA a fA de la corriente de polarización de entrada del amplificador operacional, por lo que un mA para la impedancia de la fuente debería ser suficiente.
También se agrega ruido agregando una etapa de seguidor de voltaje (y otros costos de energía, huella del amplificador operacional en la PCB y dinero adicional), por lo que hay un intercambio entre el ruido bajo y el búfer de impedancia.
En casi todos los casos, evitaría el búfer seguidor de voltaje adicional.
Primero necesita una especificación mínima de SNR para 10kHz BW a 3uV de entrada. Esto conduce a un requisito de un amplificador de bajo ruido con una densidad de ruido de corriente en nA / √Hz y una densidad de ruido de voltaje en nV / √Hz.
Probablemente quieres > SNR 60: 1, por lo que el ancho de banda de ruido de las resistencias y el amplificador para 10 ^ 4 Hz BW requiere que el ruido sea > 3uV / 50/100 = 0.67 nV / √Hz
Esto será un desafío ya que los amplificadores operacionales de bajo ruido tienden a ser 10 veces esta cantidad.
Rohm tiene un nuevo LNA para de audio.
Estás haciendo la pregunta incorrecta. Debería ser ¿cómo puedo medir la siguiente señal que está por debajo del ruido térmico?
Vin tiene una impedancia de origen de 3.4Kohm.
Como con la mayoría de los filtros, la impedancia de la fuente debe ser conocida. La mayoría de los filtros asumen que la fuente es casi cero ohmios, pero si la fuente de la impedancia es 3.4 kohm, entonces el valor para R1 (calculado al suponer una impedancia de la fuente cero) debe reducirse en 3.4 kohm cuando se alimenta desde una impedancia de la fuente de 3.4 kohm.
Por supuesto, si R1 es naturalmente bastante alto en valor (100 s de kohm o más), entonces bajar R1 no será absolutamente necesario. Con R1 = R2, maximiza la Q del circuito y, por lo tanto, al modificar una con respecto a la otra, se reduce la Q. Este método se utiliza para modificar Q a lo que se necesita en el filtro para obtener el rendimiento deseado.
Estoy diseñando un circuito que toma 3uV a una entrada de 10-10kHz
Si se especifica que su amplificador operacional tiene una densidad de ruido equivalente de 1 \ $ nV / \ sqrt {Hz} \ $, en un ancho de banda de 10 kHz (su rango de señal), el ruido equivalente será de 1 nV x \ $ \ sqrt {10000} \ $ = 1 uV RMS. Así que ten en cuenta que necesitas muy buenos amplificadores operacionales para que este avión vuele.
He ignorado los valores de ruido de baja frecuencia y la tendencia a que el ruido equivalente sea mayor en el rango de DC a 1 kHz. Debe seleccionar cuidadosamente su amplificador operacional y posiblemente rebajar sus expectativas si trabaja con un presupuesto ajustado. También he ignorado la densidad de ruido de corriente de entrada equivalente.
Debes considerar todas estas cosas.
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