Amplificador con verdadero swing de salida a tierra y conversión A / D

Navega tus respuestas
0

Quiero amplificar una señal 0-20mV de un sensor a 0-2.048V para alimentarla a un ADC (con una tensión de referencia de 2.048V ). Después voy a ingresar la señal digital a un microcontrolador. Necesito poder detectar un cambio en la señal 0-20mV con una precisión de 5µV. Por lo tanto, después de la amplificación a 0-2.048V (utilizando una ganancia de 102 ) se necesita una precisión de 0.5mV . La señal de mi sensor cambia muy lentamente y solo necesito tomar una muestra / medición por segundo.

He elegido este amplificador de instrumentación para amplificación (diferencialmente) AD8237 : Hoja de datos

Ahora, para obtener una verdadera oscilación de salida en tierra (ya que la señal está inicialmente en el rango de 0-20 mV), quiero usar el LM7705 : Hoja de datos

Al alimentar el Pin de suministro positivo del AD8237 con 3.3V y el Pin GND con esta pequeña conexión a tierra negativa del LM7705, debería poder obtener un cambio de salida de cero voltios (por lo tanto, use todo el rango de mi ADC) . El generador de sesgo negativo LM7705 parece estar hecho exactamente para este propósito. Intenté verificar esta idea con la herramienta Diamond Plot de Analog Devices y todo parece estar en el rango esperado y válido: Haga clic para ver mi configuración

También con respecto a la precisión, el mayor problema que veo es el desplazamiento de entrada de 75 µV del amplificador de entrada, pero debería poder corregir el valor más adelante en el software (calibración). ¿Ve problemas con el suministro de tierra negativo pequeño para este aplificador de instrumentación? No pude encontrar nada en contra en la hoja de datos. (Al pin de referencia conectaría la tierra normal de 0V). ¿Está bien?

Además, elegí este ADC de 18 bits ( MCP3422 ): Hoja de datos

También lo alimentaría con 3.3 V y conectaría la salida del amplificador directamente a este ADC (extremo único). Tiene un voltaje de referencia a bordo de 2.048V.

¿Puedo conectar la salida del amplificador directamente a este ADC? ¿Ve grandes problemas con este enfoque o ADC y su precisión (para que pueda cumplir con mis requisitos mínimos especificados)?

Aprecio cada sugerencia / comentario / ayuda que recibo de ti, ¡gracias!

    
pregunta Henry

1 respuesta

1

Corrí esta cadena de señales a través de Signal Chain Explorer; necesitas un filtro fuerte antes del ADC

SinelfiltroLowPassRC,elSignalNoiseRatiocaede78dBa58dB,debidoalruidoaleatoriodelamplificadordeinstrumentación.Asumí70nanoVolts/rtHzdedensidadderuido.

Ysihabilitolasdiversasfuentesdeinterferencia(elbotónsuperiorderechodelasGárgolas),laSNRtambiéncae,a57dB;elinterferentedominanteeselreguladordeconmutacióncercano(predeterminado),ubicadoasolo1cmdesucadenadeseñales,yeliminandoelrastrodePCBdelLPFenelADC.

Aquíhayunapresentacióntextualdelos4Gargoyles,utilizandolosvalorespredeterminadosdelas4tablas(editables)quedefinenlasfuentesinterferentes{paraEFIyHFI,slewrateeslapropiedadprincipalquecausainterferencia;másdistancia}

ObserveelRCLPFjustoantesdelADC.LapartedeGárgolasdelasimulaciónutilizalaconcienciamecánicadelaherramientaSCE,dondelosvalorespredeterminadosdelatrazadePCBsontrazasde10mmconvíasdoblesde2mmdediámetroyunaanchuradetrazade1mmyunaalturade1,5mm(1/16"pulgada) por encima de la parte trasera o plano). El área de la traza es la vulnerabilidad a los campos eléctricos. La altura (1,5 mm) y la longitud (14 mm) definen un ÁREA DE LAZO, que es la región vulnerable para los campos magnéticos.

Elegí 1,500 ohmios y 1uF para crear el filtro de paso bajo de 100Hz. Por defecto, el capacitor 1uF está a 14 mm del pin de entrada ADC. Esa distancia es la víctima principal del campo magnético de la fuente de alimentación conmutada.

Sugiero: (1) coloque el condensador 1uF directamente en el pin de entrada del ADC. (2) no tiene ninguna fuente de alimentación de conmutación cerca de la traza de PCB de LPF + ADC. (3) tenga en cuenta que la interferencia en la traza del sensor / opamp puede ser tan alta que el OpAmp es conducido a la no linealidad, y usted obtiene errores sorprendentes.

Tenga en cuenta que el ADC consume algo de corriente de entrada, ya que el condensador de muestreo de entrada se carga hasta su voltaje de entrada (2.048 voltios máximo). Esa corriente promedio causará una caída de voltaje en la resistencia de 1,500 ohmios.

Por cierto, la herramienta se puede descargar gratis en: robustcircuitdesign.com

Aquí está el error de amplitud (solo está habilitado el LPF); tenga en cuenta que la etapa OpAmp y la etapa ADC están deseleccionadas.

Elerror(soloLPF;LPFtieneunF3dBde100Hz)esde0,0004dB,dondeundBparatensión_actuales12%pordB.Elerroresaproximadamentedel12%*0.0004oaproximadamente50partespormillón,o1/20,000

Lagananciaoperativa(hagaclicenlaetapaOpAmp,luegohagaclicen"Mostrar respuesta abierta / cerrada", ha bajado un 0,1% a 1 Hz. ¿Le preocupa eso, o con precisión de ajuste?

Tenga en cuenta que la SNR (con las 4 fuentes de interferencia habilitadas con el botón "Gargoyles" efectivo a nivel mundial activado), es de 57dB.

Nuevamente, con las Gárgolas DESACTIVADAS y el filtro de 100 Hertz marcados ENCENDIDO, y la OpAmp y el ADC también activadas, la SNR predicha es de 78dB y ENOB es de 12.7 bits.

Simplemente mantenga cualquier fuente de alimentación de conmutación al menos 20dB (10X) más alejada que la distancia predeterminada de 10 mm utilizada en la tabla de gárgolas HFI; haga clic en "HFI" para ver esa tabla; tenga al menos 100 mm (4 ") de cualquier fuente de conmutación y su cadena de señal, al menos de la traza de PCB de LPF a ADC.

    
respondido por el analogsystemsrf

Lea otras preguntas en las etiquetas

Transformar imagen para ver de cerca Diferentes tipos de MOSFETS de energía