Amplificar PWM desde ATmega usando OpAmp

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El proceso: Quiero hacer una prueba a bordo del circuito. Desde Simulink quiero enviar datos a través de serial a ATmega 128, que generará un PWM a 4kHz. Este PWM pasará a través de un filtro de paso bajo, de modo que el voltaje a través del capacitor dará el valor medio del PWM como salida. Este medio se leerá mediante una tarjeta de adquisición de datos (tarjeta DAQ) mediante un enlace simultáneo, completando así el ciclo.
El DAQ puede leer un máximo de 10V.

El filtro de paso bajo está simulando la dinámica del agitador, que tiene un cierto tiempo de asentamiento después de la aplicación de PWM (tiempo de asentamiento - tiempo requerido para que el voltaje se convierta en 99% del promedio del voltaje aplicado)

El problema: El filtro de paso bajo tiene un voltaje de ondulación.

Tensión de ondulación: tensión por la cual la salida final del filtro de paso bajo oscilará sobre la media del PWM que se da en la entrada. Esta tensión de onda es básicamente ruido.

La tensión de rizado llega a ser del orden de 1e-3V si la relación RC es aproximadamente 1e-3.

Al comienzo de la simulación, la media de los voltajes PWM de mi ATmega es de aproximadamente 1V. Luego continúa disminuyendo hasta que se vuelve realmente bajo, del orden de 1e-5V (manteniendo un ciclo de trabajo realmente bajo). Necesito capturar todo este rango (el DAQ es capaz). Así que necesitaré amplificar el PWM.

Mi pregunta: ¿Podrá hacerlo un OPAMP que no invierta? Preguntar esto como un OPAMP tiene una velocidad de giro (0.5V / microsegundo). Entonces, ¿se verá obstaculizado cuando la señal PWM pase de BAJA a ALTA o ALTA a BAJA? Si puedes sugerir cualquier otra forma de lograrlo, eso también ayudaría.

Edición 1: si mantengo el producto RC del filtro de paso bajo como 40, obtengo un voltaje de ondulación tan bajo como 1e-6V. ¿Pero es aconsejable construir un filtro de este tipo?

Sitio web utilizado para la simulación de filtros: enlace

Edición 2: quiero que el tiempo de establecimiento del filtro de paso bajo sea de alrededor de 400 ms.

    
pregunta Anant Joshi

1 respuesta

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No está claro exactamente lo que estás haciendo, pero parece que el problema es que todavía hay demasiada ondulación de PWM a la izquierda en una señal PWM filtrada.

Si es así, entonces la respuesta es simple: filtre más agresivamente.

Antes de diseñar cualquier filtro, debe decidir qué tan rápido desea que se establezca el resultado y cuánto ruido puede tolerar, ninguno de los cuales especificó. Por lo tanto, es imposible recomendar un filtro específico ya que no sabemos qué especificaciones debe cumplir.

Sin embargo, aquí hay un ejemplo. No dice qué voltaje es este PWM, por lo que asumo 3.3 V. Dice que la frecuencia de PWM es de 4 kHz, así que eso es lo que tenemos que atenuar al olvido. Digamos que el "olvido" es de 10 µV o menos en este contexto. Entonces, tienes 3.3 V de entrada y quieres 10 µV de salida a 4 kHz. Eso es atenuación por 330 k.

Veamos cómo un simple filtro pasivo RC podría lograr esto. Un factor de 330 k es demasiado para un solo polo, así que analicemos 3 polos. La raíz cúbica de 330 k es 69. Por lo tanto, colocar 3 polos a (4 kHz) / 69 = 58 Hz lo haría. Si puedes vivir con el tiempo de establecimiento, solo puedes decirlo.

Se puede lograr un solo filtro de paso bajo RC con caída de 58 Hz mediante una resistencia de 10 kΩ en serie seguida de 274 nF a tierra, por lo que 300 nF es. Así que aquí hay un filtro que logrará lo que especificamos:

Habrá una interacción mínima entre los polos de filtro individuales a la frecuencia de interés de 4 kHz, ya que los condensadores tendrán una impedancia mucho menor que las resistencias. Cada etapa se alimenta esencialmente de una fuente de baja impedancia.

La salida general de este filtro puede tener una impedancia demasiado alta para ser útil directamente. Si es así, puedes seguirlo con un búfer de ganancia unitaria.

De nuevo, tienes que mirar la respuesta al escalón y decidir si es lo suficientemente rápido para tus propósitos. De lo contrario, debe usar más polos, una frecuencia PWM más alta o una topología de filtro diferente. La ventaja de los filtros RC simples en series como esta es que no tienen casos de esquina de los que deba preocuparse, son intrínsecamente estables y bastante tolerantes a las variaciones de valor de las partes.

    
respondido por el Olin Lathrop

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