Rechazo del filtro RFI / AC para amplificadores de instrumentación

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Estoy tratando de medir el voltaje desarrollado a través de un trozo de cable muy largo (paquete de hasta 500 m). El problema es que el cable capta mucho ruido de las estaciones de radio cercanas y también tiene un componente de 50 Hz que supongo que proviene de la red.

Me gustaría tener un filtro antes de mi amplificador de instrumentación, que uso para amplificar el voltaje desarrollado aproximadamente 500x. ¿Qué tipo de filtro de paso bajo debería tener antes de las entradas del in.amp? ¿Obtengo algo al usar un filtro activo o haría un simple filtro RC?

Nota: me gustaría rechazar todas las señales de CA para que no interfieran con mi medición. He probado un filtro de paso bajo RC con R = 10K y C = 22u. Esto da una frecuencia de corte de 0.72 Hz. ¿Existe alguna desventaja de usar un filtro tan agresivo (aparte del hecho de que el condensador se cargará muy lentamente)?

    
pregunta Saad

2 respuestas

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Primero, no quieres deshacerte de all AC. Si lo hicieras, la lectura nunca cambiaría. Necesitas frecuencias por debajo de algún nivel para pasar, así que tienes que decidir cuál es ese nivel. También debe mirar esto en el dominio de tiempo después de decidir cuánto tiempo está dispuesto a esperar para una lectura y qué tan precisa debe ser. Eso definirá implícitamente alguna respuesta de frecuencia, pero creo que el tiempo de establecimiento es una forma más relevante de pensar en ello en este caso.

Su problema es más complicado debido al diodo D1 en el circuito. No veo por qué está ahí y qué está haciendo por ti. Si simplemente puede reemplazar el diodo con una conexión, entonces tiene una medición de extremo único en lugar de una diferencial. Tal como está ahora, debe preocuparse por el modo común y los problemas del modo diferencial por separado.

Desea realizar la mayor parte del filtrado de forma pasiva, ya que funcionará a frecuencias mucho más altas que las que pueden manejar los componentes electrónicos activos, como el inampa. Esto incluye la parte de modo común de la señal. En el caso ideal, eso no importa, pero el inamp no es ideal. Por encima de cierta frecuencia, la señal del modo común cambiará más rápido de lo que la electrónica activa en la entrada puede compensar, y algunas aparecerán como señales de modo diferencial en la salida. Las frecuencias de radio probablemente están muy por encima de lo que el inamp puede tratar correctamente.

Desafortunadamente, filtrar la parte del modo común de la señal es complicado. Cualquier asimetría en los filtros da como resultado una señal de modo diferencial. Si es absolutamente necesario tener D1 allí por alguna razón, entonces filtraría cada línea por separado con un solo filtro R-C a unos pocos kHz. Todavía está muy por encima de cualquier señal real, pero lo suficientemente baja como para que el inamp pueda tomarla desde allí. 1 kΩ seguido de una tapa de cerámica de 100 nF al suelo debe ser suficiente. Eso es una reducción de paso bajo de 1,6 kHz, que está muy por encima de cualquier señal que le importe, pero lo suficientemente baja como para filtrar las cosas desagradables que confundirán la entrada. Por ejemplo, 1 MHz se reduciría en más de 50 dB.

Ahora que las dos señales contienen solo las frecuencias con las que el inamp puede tratar, puede ejecutarlas directamente en el inamp. Puede poner otra tapa directamente a través de las entradas de entrada como sugirió Steven. Esto funcionará con ambas resistencias en cada una de las líneas como si estuvieran en serie. Si coloca otra tapa de 100 nF allí, entonces la frecuencia de reducción de paso bajo sería de 800 Hz.

Ahora tiene una salida agradable de terminación única con eliminación de radio y eliminación de aproximadamente 800 Hz. Aquí es donde pondría un filtro dominante inferior que se ajusta lo más bajo posible, dada su restricción de tiempo de establecimiento. Digamos que necesita la señal para establecerse en 1 parte en 1000 y está dispuesto a esperar 2 segundos para eso. Para un filtro de un solo polo, el 1: 1000 especifica 7 constantes de tiempo. La constante de tiempo del filtro es, por lo tanto, 2s / 7 = 290 ms = R * C. Si seleccionamos 1 µF para C, entonces R debería ser 290ms / 1µF = 290 kΩ. Esos son valores manejables, aunque probablemente necesitará otro amplificador de búfer después del filtro. Solo para ver qué sucedió en el espacio de frecuencia, 1 µF y 290 kΩ tienen una reducción de paso bajo de 550 mHz. Eso está muy por debajo de los otros filtros de paso bajo que colocamos antes de la entrada, por lo que podemos ignorarlos con el fin de establecer el tiempo y el ancho de banda final. Su propósito era limitar las frecuencias que entran en la entrada para que funcione como se esperaba.

    
respondido por el Olin Lathrop
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Simplemente colocaría un condensador a través de las entradas de InAmp, o más bien un par de ellas en paralelo, como por ejemplo 10 nF, 100 nF y 10 µF. Deben cortocircuitar las señales de RF y el ruido de 50 Hz captado por el cable. Al ignorar los 10 µF para HF (no funcionará tan bien en altas frecuencias), 110 nF es 0.14 Ω a 10 MHz, lo que debería eliminar casi toda la energía. Los 10 µF deberían ocuparse de las frecuencias más bajas.

En teoría, los capacitores paralelos deben ser solo uno más grande, pero su impedancia aumenta nuevamente a frecuencias más altas debido a ESL (Inductancia de Serie Equivalente), y los polos son diferentes para diferentes capacitancias, como muestra este gráfico:

Al colocar diferentes capacitancias en paralelo, aprovechas los polos para cada uno de ellos.

    
respondido por el stevenvh

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