¿Cómo lograr una muestra analógica de desviación a cero y mantener durante horas?

Bueno, parece que hay soluciones, aunque es una explosión del pasado ...

Una encuesta sobre dispositivos de memoria analógicos (de 1962)

"El transpolarizador, un análogo electrostático del transfiuxor ... "

Paraunasoluciónmásmoderna,unmicroconADCyDACpareceserelcaminoaseguir.Además,adiferenciadelassolucionesanalógicas,esmuchomásprobablequeseaestableconlatemperatura,loquesiempreesunabuenaventaja...

Sobrelasmayúsculas:hayvariosproblemas.

• Elvalordelcondensadordependedelatemperatura,porlotanto,conunacantidadconstantedecargaensutapa,elvoltajevariaráconlatemperatura.Elefectoserápequeñooenorme,dependiendodeltipodetapa.

• Lafugadelcondensadordependemuchodelatemperatura(paraelectrolíticos)

• X7Resunmicrófonopiezoeléctrico.

• Absorción dieléctrica significa que carga su tapa, luego la desconecta, espera un poco y luego ¡El voltaje ahora es diferente! Y depende de la tensión que existía antes de que cargues (o la descargues). Además, para las tapas grandes destinadas al desacoplamiento del suministro, el efecto es absolutamente inofensivo, por lo que nadie se preocupa por ello y, por lo tanto, no hay especificaciones. No sé si depende de la temperatura y el envejecimiento, pero no hay razón para que no lo haga. Solo obtendrás una especificación útil para las tapas que están diseñadas para integradores de alta precisión y cosas por el estilo.

Recuerdo que medí una fuga en una tapa de 470µF 6V3 Panasonic FR. Lo cargué a 5V durante unos minutos, luego lo medí cada pocos minutos. El voltaje caería rápidamente debido a la DA, luego se estabilizó a alrededor de 4V. Dejé la tapa en un estante durante una semana y la medí de nuevo. La fuga calculada estaba en los nanoamperios, pero tendría que mantenerla a la tensión deseada durante un tiempo (como al menos varias horas, sino días) para superar la absorción dieléctrica ... por lo que sería completamente inútil en esta aplicación .

Consigue un potenciómetro motorizado. A muestra use un opamp para llevar la diferencia a cero, para mantenerlo no lo mueva. La precisión probablemente será bastante baja, pero no hay deriva.

Con los componentes analógicos estándar, la respuesta a esta pregunta sería no, en realidad no.

Por supuesto, con capacitores lo suficientemente grandes u otros elementos de almacenamiento, podría mantener el nivel dentro de un diferencial deseado durante un largo período, pero siempre habrá alguna pérdida a lo largo del tiempo. Además, el acto de extraer información del dispositivo de almacenamiento elimina la energía de ese dispositivo.

Teóricamente, con un circuito superconductor, adecuadamente aislado de cualquier campo magnético externo, se podría establecer una corriente indefinida. Pero nuevamente, medir esa corriente implicaría la remoción de energía.

ADDICIÓN

Otra alternativa podría ser magnetizar "permanentemente" algún material o sustancia en presencia de un sensor de efecto Hall. Con el material adecuado, podría almacenar ese "nivel" durante mucho tiempo.

Pero, por supuesto, sería mucho más barato y más fácil hacerlo digitalmente.

Sin embargo, no necesitas un micro.

El siguiente es un circuito híbrido analógico / digital de detección de picos y retención.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

El circuito utiliza un DAC seguidor para controlar un nivel de voltaje de un contador para que coincida con el voltaje en el condensador. Una vez que el valor DAC coincide, la cuenta se detiene y la tensión de salida se mantendrá mientras la alimentación esté encendida o hasta que se envíe la señal de BORRAR. La tapa ahora solo necesita mantener el nivel máximo durante todo el tiempo que tome el contador para aumentar ese voltaje. Obviamente, la granularidad de la salida depende del número de bits en el contador / DAC.

Un verdadero circuito de "muestra y retención" requeriría una entrada adicional como se muestra a continuación, o algún tipo de comparador de ventana para detectar cuándo el contador está dentro de un paso del valor.

^{simular este circuito}

Si la velocidad de giro del contador / DAC es más rápida que la velocidad de giro de su señal original, no necesita el muestreador analógico.

Aunque es mucho más fácil en digital, ciertamente puede hacer esto en forma analógica con una selección de partes cuidadosa.

Básicamente, necesita tres componentes de alto rendimiento:

• Un condensador de baja fuga
• Un interruptor analógico de baja fuga
• Un op-amp actual de bajo sesgo de entrada para su búfer de salida

Olvídate de los condensadores de cerámica convencionales si planeas mantenerlos durante horas. Su mejor apuesta es un condensador de película de polipropileno. Bob Pease escribió un excelente artículo sobre la caracterización de su tasa de fugas: ¿Qué es todo esto de todo esto? ? es del orden de milivoltios por día, lo que probablemente sea suficiente para su aplicación.

El interruptor es una parte que se pasa por alto a menudo. Descubrirá que incluso los mejores interruptores analógicos de estado sólido disponibles en el mercado tienen fugas en el rango de unos pocos picos. Una tasa de fuga de 10 pA significa que para una tapa de 1uF, drena 180 mV durante un período de cinco horas. Esto puede o no ser aceptable para usted. Si necesita mejorar, una mejor solución es un relé de lámina, que tiene una fuga esencialmente insignificante debido al hecho de que realmente pone un espacio de aire entre los contactos.

En cuanto a los valores operativos actuales de bajo sesgo de entrada, hay bastantes opciones disponibles. Recientemente utilicé el LMP7721 de TI en un diseño de alta impedancia. Tiene un Ib máximo de 20 fA a temperatura ambiente y 900 fA a 85 ° C.

Por lo tanto, podemos imaginar fácilmente un diseño que incorpore una tapa de polipropileno, un relé de lámina y un búfer de bajo Ib. Imaginemos que usamos:

• A 0.33uF Vishay Polypropylene condensador, que tiene una constante de tiempo RC de fugas del orden de \ $ 4 \ cdot 10 ^ 5 \ $ segundos a temperatura ambiente.

• Un relé de láminas mejor en su clase , con una resistencia de circuito abierto de \ $ 10 ^ {14} \ Omega \ $.

• El LMP7721 mencionado anteriormente

Con los componentes anteriores a temperatura ambiente, tendrías las siguientes contribuciones de error después de 5 horas:

• Una caída del 4,5% desde la constante de tiempo RC del límite.
• Deriva esencialmente despreciable del relé de lámina
• Deriva esencialmente despreciable del búfer.

Suponiendo que tiene un diseño adecuado de baja impedancia (p. ej., elimine la máscara de soldadura del tablero, use un anillo de protección accionado).

Además, el valor de RC para la tapa de polipropileno es el peor de los casos: el mundo real es probablemente mejor. Corrección: ese es un valor típico. Sin embargo, como Pease encontró en el artículo vinculado anteriormente, una tapa de polipropileno después del remojo puede tener una constante de tiempo del orden de años. Por lo tanto, esto requerirá un poco de experimentación y, probablemente, la agrupación.

Por lo tanto, es ciertamente posible hacer esto en forma analógica, aunque probablemente no sea práctico cuando la alternativa es digitalizar la salida.

He visto esto hecho con un relé de lámina, un amplificador operacional AD545 (ahora hay mejores) y un capacitor grande de polipropileno de 100 voltios. El creador de la tabla puede hacer cortes en la tabla que funcionan mejor que los anillos de guarda solos. El relé NO era un tipo moldeado de epoxi sino un tipo de "marco abierto" de algún tipo. El amplificador operacional estaba en una lata, pero eso no será posible en estos días.

Esta plataforma fue estable durante días.

Solución 1

Si conoce la pendiente de fuga de su límite, podría "rematar" repetidamente el límite a intervalos de tiempo, para compensar la caída.

Sin embargo, la pendiente es probablemente no lineal, por lo que la cantidad máxima sería no lineal. Es posible que la cantidad sea un porcentaje simple del nivel de carga del límite, lo que simplificaría las cosas.

Solución 2

Si tiene acceso a la instalación de fabricación de chips, es posible que pueda replicar esta celda de almacenamiento analógica no volátil de 3 transistores esotérica con una resolución efectiva de 14 bits, que consiste en la carga almacenada en una puerta flotante de transistores MOS. Inyección de electrones calientes y borrado por medio de túneles de óxido de puerta. Tamaño pequeño y bajo consumo de energía. "

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O esta técnica, utilizando EEPROM como dispositivo de almacenamiento analógico:

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Solución 3

Aunque no sea analógico, podría usar un chip ADC dedicado directamente a un pestillo. Eso podría evitar el uso de una MCU, que mantiene la solución libre de códigos, según el OP.

Es posible que tenga que usar varios chips de lógica discreta, relojes o contadores para que el enclavamiento funcione.

Se dice que este chip Maxim, por ejemplo, funciona sin una MCU (no un respaldo del producto).

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Este es otro ejemplo del uso de un ADC sin una MCU. Este sistema es mucho más complejo de lo que necesita el OP. Por ejemplo, como grabadora de audio, los requisitos de almacenamiento y frecuencia de muestreo superan con creces las necesidades del OP.

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Solución 4

Usted puede usar potenciómetros digitales económicos y comúnmente disponibles. Están disponibles con almacenamiento persistente y son fáciles de usar.

Sin embargo, su resolución no es muy alta, desde 100 a 256 pasos. Podría usar 5 en serie para lograr una resolución efectiva de 12 bits.

Podría ser accionado directamente desde un ADC en la entrada, evitando una MCU. Así que básicamente estarías usando estos como un cierre. Un cierre podría ser más fácil.

Este enlace no pretende ser un respaldo de ningún producto o distribuidor

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