caxapa.ru :: Нет ли у кого примера малопотребляющей схемы усилителя с АРУ на инструментальнике с униполярным питанием от батарейки 3,6В?

rezident (13.10.2010 22:45, просмотров: 70871)

Нет ли у кого примера малопотребляющей схемы усилителя с АРУ на инструментальнике с униполярным питанием от батарейки 3,6В? Требуется усилить сигнал изменяющийся от 50мкВ до 100мВ в диапазоне частот от 1Гц до 10кГц хотя бы до 10мВ. Причем источник сигнала дифференциальный и очень высокоОмный. Усугубляет все это факт батарейного варианта питания. Кто чем помочь в состоянии? Схемой, советом, направлением поиска. Из подходящих инструментальных ОУ нашел пока только INA331. Какой вариант схемы АРУ к нему присобачить можно?

Ответить

- Есть новости. Мой более опытный в аналоговой схемотехнике коллега ценное замечание сделал. JFET работает как резистор в довольно узком диапазоне напряжений. Поэтому он предложил мне использовать мостовую схему. В результате родилось вот это. rezident(848 знак., 28.10.2010 21:28 - 21:30)
  - Зачем нужно регулировать амплитуду дифференциального сигнала? Регулируй уже после дифусилителя одним обычным n-канальным MOSFET-ом - Shura(29.10.2010 15:06)
    - Я уже это понял и реализовал. Схему второго каскада с АРУ в предыдущем сообщении приводил. Сейчас сделал ее на двух ОУ с общим КУ порядка 250 в полосе пропускания. Общий КУ всей схемы около 1000. Работает в диапазоне амплитуд от 20мкВ до 200мВ и в rezident(104 знак., 29.10.2010 16:12)
      - Не видел я схемы такой ни в одном сообщении - Shura(29.10.2010 16:26)
        
        Вот общая схема. Чуток облагородил. Добавил АЧХ, которые микрокап посчитал для каждого каскада усиления. rezident(29.10.2010 16:37 - 16:43)
        
        Shura, ну поругай чего-нибудь. Ты ведь так это любишь! :) Мне к понедельнику плату оттрасиировать нужно. Остался только этот входной каскад, схемотехнику которого я всю неделю "рожал" :( - rezident(29.10.2010 17:05)
        
        а почему снова отказались от цифровой АРУ? koyodza(376 знак., 29.10.2010 17:10)
        
        Если бы у меня был встроенный PGA, то я бы наверное тоже выбрал дискретную АРУ. Но PGA нет. А добавлять еще порядка 2мА к общему потреблению на все время измерения только лишь для анализа входного сигнала и подстройки усиления каскада мне не rezident(158 знак., 29.10.2010 17:24)
        
        зачем PGA? Цифровой потенциометр в качестве регулятора усиления и всё. Потребление может быть на уровне единиц мкА - koyodza(29.10.2010 17:54)
        
        Я никогда не работал с цифровыми потенциометрами. И даже не знаю их характеристик :( - rezident(29.10.2010 17:58)
        
        это как раз отличный повод ;=) - koyodza(29.10.2010 18:01)
        
        К сожалению, 8 бит мало для дин.диапазона 50дБ. - rezident(29.10.2010 18:04, ссылка)
        
        10-битовые тоже есть - Dir(30.10.2010 00:06, ссылка)
        
        только они там не нужны: в ООС инвертирующего усилителя и 8-битным можно обеспечить практически любую глубину регулирования - koyodza(30.10.2010 12:01)
        
        Спасибо. Возможно в следующей ревизии попробую, если эта схема чем-то не устроит. - rezident(30.10.2010 02:49)
        
        46дБ (и даже 54дБ) диапазон регулирования вполне получается koyodza(312 знак., 29.10.2010 18:09)
        
        Можно перемножающий ЦАП приткнуть чтоб диапазон регулировки расширить - Shura(29.10.2010 17:55)
        
        можно и так. Но даже на AD5160 должно хватить диапазона - koyodza(29.10.2010 17:56)
        
        Как это несущественно? Чем ниже частота, тем больше время установления будет. И откуда цифра 2 мА взялась? - Shura(29.10.2010 17:27)
        
        Несущественно это по сравнению с периодом самого измеряемого сигнала. 2мА это макс. потребление ADC12+REF в MSP430. - rezident(29.10.2010 17:32)
        
        пусть тот, что измеряет, и АРУ подстраивает koyodza(226 знак., 29.10.2010 17:53)
        
        Схема с АРУ в режиме ограничения сигнала потребляет меньше 0,9мА. На усилении малого сигнала менее 0,5мА. Для контроля усиления нужно более 1,5мА добавить на все время измерения. 2,5мА > 0,9мА не так ли? ;) - rezident(29.10.2010 17:56)
        
        Что-то непонятно - если время измерения всё равно 1000 периодов то какие проблемы сначала по двум-трём периодам отстроить усиление? - Shura(29.10.2010 18:01)
        
        не так: если сигнал медленно меняющийся, зачем его мерять всё время? Включили АЦП, померяли, АЦП отключили, посчитали, установили АРУ, подождали, снова включили и померяли koyodza(70 знак., 29.10.2010 18:00)
        
        Во время измерения сигнал стохастически может меняться на порядок и даже вплоть до полного пропадания. - rezident(29.10.2010 18:06)
        
        Это если забыть на время про шумы и помехи (как случайные, так и периодические), имеющиеся в сигнале. - rezident(29.10.2010 18:08)
        
        А какой параметр сигнала вообще измеряется? - Shura(29.10.2010 18:15)
        
        Частотный. - rezident(29.10.2010 18:17)
        
        Можно посмотреть в сторону других типов усилителей - логарифмический, компрессор, усилитель-ограничитель. - Shura(29.10.2010 18:20)
        
        +500! - koyodza(29.10.2010 18:25)
        
        Есть подозрение, что меня еще и программой нагрузят. Если для первого МК (MSP430) я ее напишу, то математику со всяческими преобразованиями да еще и на новом для меня МК (Cortex-M0) в разумные сроки боюсь не осилю :( - rezident(29.10.2010 18:22)
        
        "не надо впадать в отчаяние" © не боги горшки обжигают - Shura(29.10.2010 18:27)
        
        "Никто не обнимет необъятного." (c) К.Прутков. rezident(188 знак., 29.10.2010 18:45)
        
        полоса частот сверху ограничена? Аналоговая АРУ будет вести себя не лучше koyodza(266 знак., 29.10.2010 18:13)
        
        Для анализа сигнала нужно как минимум несколько последовательных оцифрованных периодов сигнала. Откуда второй МК будет знать когда именно первый проводил коррекцию усиления, в результате которого получилась ступенчатая нелинейность rezident(19 знак., 29.10.2010 18:15)
        
        Ну значит шумы и помехи нас не волнуют, а ступенчатая нелинейность амплитуды сигнала это уже ахтунг? - Shura(29.10.2010 18:21)
        
        Когда на грани детектирования сигнала, то ахтунг. Хотя если второй МК будет знать, что "сейчас произошла подстройка и ты пропусти-ка несколько периодов", то наверное можно. - rezident(29.10.2010 18:26)
        
        А с какой скоростью меняется амплитуда сигнала? - Shura(29.10.2010 18:29)
        
        ХЗ. В ТЗ написано, что rezident(286 знак., 29.10.2010 18:51)
        
        так пусть второй и регулирует себе АРУ. Ага, типа при аналоговой он будет знать, когда АРУ регулировалась :=Р - koyodza(29.10.2010 18:16)
        
        Второй не может регулировать, он может только оцифровывать сигнал. Аналоговый сигнал тем и отличается, от цифрового, то он непрерывный во времени :-P - rezident(29.10.2010 18:19)
        
        полосу Вы так и не озвучили :=Р - koyodza(29.10.2010 18:22)
        
        В самом первом сообщении еще огласил. - rezident(29.10.2010 18:24, ссылка)
        
        если полоса 10кГц, а у кортекса есть ДМА, то там ещё время остаётся на раздумья koyodza(640 знак., 29.10.2010 18:31 - 18:34)
        
        "Дьявол кроется в мелочах". У Cortex-M0 (LPC11xx) DMA нету. Включатся он должен только на время измерения. В остальное время он глыбоко спать (Deep power-down mode) обязан. - rezident(29.10.2010 18:37)
        
        это конечно значительно хуже, но для 20ксэмплов вполне реально, и время на обсчёт АРУ останется - koyodza(29.10.2010 18:44)
        
        А 20kSPS хватит чтобы обсчитать "спектр входного сигнала в полосе до 10кГц и определить основную гармонику частоты с точностью не хуже 0,05%"? - rezident(29.10.2010 18:48)
        
        обсчёт АРУ - это исчезающе маленький процент от требуемых ресурсов - koyodza(29.10.2010 19:07, ссылка)
        
        Херня, не может в аналоговой схеме время установления быть меньше периода измеряемого сигнала. - Shura(29.10.2010 17:37)
        
        Это я утрированно. Конечно не меньше 5-10 периодов. Но для измерения требуется значительно большее (на два порядка) количество периодов. - rezident(29.10.2010 17:42)
        
        Ээээ... А зачем 1000 периодов для измерения? Это ж 16 минут для 1 Гц. - Shura(29.10.2010 17:51)
        
        Ну там на самом деле не 1Гц, а 4Гц минимальная частота. И для минимальной частоты кол-во периодов измерения может быть уменьшено. - rezident(29.10.2010 17:53)
        
        В любом случае в цифре время установления будет намного меньше. Там оно может быть даже намного меньше периода при известной форме сигнала. - Shura(29.10.2010 17:57)
        
        Повторяю в третий раз: "в цифре" потребление получается выше. - rezident(29.10.2010 17:59)
        
        Не верю. - Shura(29.10.2010 18:02)
        
        +1 - koyodza(29.10.2010 18:03)
        
        Практика - критерий истины. Когда буду отлаживать устройство, на одном экземпляре попробую выкинуть АРУ и "присопливлить" цифровую регулировку. Тогда сравним в реале. - rezident(29.10.2010 18:11)
        
        тут важно не дойти до другой крайности - koyodza(29.10.2010 18:18, ссылка)
        
        Можно цифровую регулировку делать не ацпометром, а двумя микропотребляющими компараторами. Что-то вроде как по сцылке - Shura(29.10.2010 18:17, ссылка)
        
        это если совсем паранойя замучила. Или если полоса сигнала сверху не ограничена, чего мы так и не услышали - koyodza(29.10.2010 18:21)
        
        Полоса сигнала ограничена лишь чувствительностью пьезокерамических датчиков пульсаций, сигнал которых и подлежит исследованию. Полезный сигнал расположен в диапазоне, указанном ранее. - rezident(29.10.2010 18:28)
        
        всё, что выше, лучше предварительно обрезать - koyodza(29.10.2010 18:32)
        
        Перенаворочено всё ужасно, гораздо проще можно сделать. Аналогично той схеме, которую ты сам же и приводил - Shura(29.10.2010 17:10, картинка)
        
        Нарисуй проще! Я в сумме трое полных суток с моделировщиками просидел :( - rezident(29.10.2010 17:17)
        
        Схема которая на картинке в предыдущем посте почти нормальная, только требует небольшой доработки напильником. Собирается и настраивается за пару часов и не надо тратить время сутками на тупые моделировщики, которые подобные схемы моделировать не Shura(19 знак., 29.10.2010 17:21)
        
        Эта схема для 5В, для питания в диапазоне 2,7В...3,6В она не годится по причине использования P-JFET J177. К тому же мне нужно не просто абстрактные 50дБ, а так, чтобы при минимальном входном сигнале выходной сигнал был не менее 4-5мВ по амплитуде. - rezident(29.10.2010 17:27)
        
        На колу мочало - начинай сначала... Ставишь вместо JFET трёхкопеечный BSS138 с суб-вольтовым порогом и всё работает. - Shura(29.10.2010 17:28)
        
        крутизна характеристики слишком большая, нормальной работы АРУ в широком диапазоне добиться не удастся koyodza(44 знак., 29.10.2010 17:47)
        
        Что ты имеешь в виду под "нормальной работой АРУ"? Характеристика там получается кусочно-линейная но это похер во многих применениях и резиденту по идее оно тоже пох. - Shura(29.10.2010 17:50)
        
        устойчивости добиться очень тяжело - koyodza(29.10.2010 17:55)
        
        Я делал микрофонный, там никаких проблем с устойчивостью не было. Жаль, схему про2,71бал а то б выложил щас. Низковольтовый микропотребляющий как раз то что аффтару нужно. - Shura(29.10.2010 17:59)
        
        я тоже делал ;=) koyodza(22 знак., 29.10.2010 18:02)
        
        По памяти как раз похожа на ту что выложена выше. Отличалась использованием MOSFET, цепь формирования управляющего напряжения для него тоже была другая, сигнал разумеется был развязан по постоянке ну и хитрая термостабилизация была применена с Shura(50 знак., 29.10.2010 18:05, картинка)
        
        Нарисуй. Я промоделирую. И учти, что у меня нижний диапазон 1Гц. Это к тому, какие ты будешь переходные емкости использовать. У меня место под схему на плате весьма ограничено, грубо говоря - 4кв.см с двух сторон платы. - rezident(29.10.2010 17:30 - 17:35)
        
        Некогда мне рисовать да и неохота в тяпницу-то. Задавай вопросы, расскажу чего непонятно. Проблема с емкостями надуманная, я делал такую схему с многомегаомными резисторами (для микроамперного потребления) там ёмкости все были 0603 - Shura(29.10.2010 17:36)
        
        К сожалению, мне эксклюзивные элементы применять запрещено :( Тут у коллег из Питера в подобной схеме (только без АРУ) стоят резисторы что-то около 26МОм. Дык они сейчас маются, не могут их купить. - rezident(29.10.2010 17:39)
        
        Не было у меня никаких эксклюзивных, резисторы стояли 9,1 МОм макс., ширпотребные. - Shura(29.10.2010 17:41)
        
        И что, они у тебя стояли в ООС? И собственных шумов не вносили? - rezident(29.10.2010 17:44)
        
        10 МОм резистор имеет спектральную плотность шумов 40.7∙10-7 ( V / Hz½ ), можешь сам посчитать вклад - Shura(29.10.2010 17:54)
      - Наврал маленько. Общий КУ схемы в полосе пропускания 54дБ, т.е. чуть больше 500 всего. - rezident(29.10.2010 16:25)
  - совет уже был koyodza(379 знак., 28.10.2010 22:00)
    - Да, оцифровывается, но другим МК. Один МК рулит всей периферией и энергосбережением, а второй оцифровывает и обсчитывает сигнал. - rezident(28.10.2010 22:02)
  - Потребление в общем-то небольшое. Меньше 150мкА при входном сигнале амплитудой 0,5В. На первом скриншоте 18Гц 0,5В, на втором 22кГц 0,5В. На второй схеме резистор R8 в эмиттере Q1 ликвидирован. rezident(28.10.2010 21:44 - 22:01)
    - Добавил третий каскад усиления, уменьшив КУ второго, охватив схемой АРУ второй и третий каскады. Дин.диапазон устраивает, но появилась проблема с устойчивостью на границе полосы пропускания. Это как-то борется грамотной трассировкой платы или rezident(109 знак., 29.10.2010 14:49 - 14:51)
- Народ, Вы бы схему выложили - тред читать мне лень, а вот на схему бы глянул с удовольствием. - Evgeny_CD(27.10.2010 11:27)General
  - это к rezident`у, мне самому интересно. Но что-то он с позавчера на вопросы не отвечает - koyodza(27.10.2010 11:29, ссылка)
    - Дык занят был шибко. В общем отказался я от схемы АРУ. Видимо не умею их готовить :( rezident(700 знак., 27.10.2010 22:49, ссылка)
- Подниму тему. Подскажите P-канальный JFET с VGS(off) не более 1,5В? N-канальный (MMBFJ201) я уже нашел. Но для его использования в схеме АРУ инвертор придется ставить. Хочется такой же, но P-канальный. - rezident(24.10.2010 23:49)
  - сомневаюсь, что на одном полевике удастся перекрыть диапазон регулировки 66дБ с приемлемой линейностью. В любом случае расскажите, пожалуйста, о результатах - koyodza(25.10.2010 11:47)
    - Добавил два резистора сток-затвор и последовательно в затвор для линеаризации характеристики. Посмотрим, что получится. - rezident(25.10.2010 16:53)
  - В этой схеме спокойно можно самый обычный n-канальный мосфет за 3 копейки использовать - Shura(25.10.2010 10:10)
    - Это как? Поясни. У MOSFET же диод унутре. - rezident(25.10.2010 16:52)
      - Ну и что? На приведенной тобой схеме развязка по постоянке после транзистора, т.е. диод там не влияет никак. Между нами говоря, это плохое решение, лучше делать делитель чисто по переменке. При этом, чтоб диод не мешал надо просто не Shura(38 знак., 25.10.2010 16:59)
        
        Схема, ссылку на которую я давал, далека от моей. У меня на входе диф.сигнал, инструментальник и виртуальная земля имеются. JFET в цепи регулировки усиления инструментальника стоит, а не просто входным аттенюатором. - rezident(25.10.2010 17:11)
        
        Лень в голове это всё рисовать, давай схему - Shura(25.10.2010 17:14)
        
        Завтра если только. Или придется от руки на бумажке накорябать и отсканировать :) - rezident(25.10.2010 17:18)
        
        питание однополярное? Куда полевик подключен - к виртуальной земле или минусу? - koyodza(25.10.2010 17:13)
        
        Униполярное. Подключен к виртуальной земле. - rezident(25.10.2010 17:17)
        
        почему тогда n-канальный не годится? Просто перевернуть управление и всё koyodza(113 знак., 25.10.2010 17:22)
        
        Именно потому, что для N-канального инвертор нужен. Особой линейности мне не требуется. Главное чтобы сигнал слишком сильно по амплитуде не "гулял". Амплитуда сигнала сверху ограничена величиной питания, а снизу - чувствительностью rezident(134 знак., 25.10.2010 17:30)
        
        Брать reference при выпрямлении относительно V+ и инверсия получится сама? - Точка опоры(25.10.2010 17:53)
        
        Это как? Воображение к вечеру стопорит :( - rezident(25.10.2010 18:09)
        
        А как сейчас выглядит схема целиком? - Точка опоры(26.10.2010 10:27)
        
        а что подаётся на затвор? - koyodza(25.10.2010 17:34)
        
        На затвор JFET подается проинвертированный сигнал с ФНЧ, а на ФНЧ сигнал с выпрямителя на двух ОУ. Самое обидное, что я не могу эту схему промоделировать. В TINA-TI есть модели всех используемых мной компонентов, но когда я замыкаю цепь ОС АРУ, то rezident(49 знак., 25.10.2010 17:43)
        
        что-то всё сильно запутано koyodza(427 знак., 25.10.2010 17:56)
        
        Выпрямитель типа такого. ФНЧ как раз на простой RC-цепочке. - rezident(25.10.2010 18:08, картинка)
        
        зачем такой выпрямитель? Куда подключен его общий провод? И что по остальным пунктам? - koyodza(25.10.2010 18:11 - 18:15)
        
        Зачем, что именно? Как "перевернуть" сигнал на том же ОУ, на котором выпрямление происходит? rezident(486 знак., 25.10.2010 18:20 - 18:25)
        
        Госпадя.... Вместо одного диода сколько всякой херни понаворочено.... - Shura(26.10.2010 09:41)
        
        т.е. двухполупериодный выпрямитель всё-таки необходим? А зачем инвертор после ФНЧ? koyodza(72 знак., 25.10.2010 18:24)
        
        Инвертор после ФНЧ, чтобы АРУ с ООС получалась, а не ПОС. Насчет перевернуть диоды мысль была, но я что-то засомневался хватит ли "отрицательного" диапазона для управления JFET? У меня виртуальная земля не совсем половина питания, используется rezident(79 знак., 25.10.2010 18:29)
        
        а всё питание сколько? 5В? - koyodza(25.10.2010 18:32)
        
        Батарейка 3,6В. Я в самом начале топка написал об этом. - rezident(25.10.2010 18:39)
        
        если батарейка 3,6В, то я бы не сильно расчитывал на то, что положительное всегда будет больше отрицательного koyodza(152 знак., 25.10.2010 18:45)
        
        А что это дает? Экономия одного ОУ? У меня используется сборка из двух ОУ. Так что для экономии надо еще и от второго избавиться. Хотя это тоже возможно, если уйти на полпитания для организации вирт.земли и выпрямлять минус, а не плюс. - rezident(25.10.2010 18:56 - 18:59)
        
        давайте для начала разберёмся: это можно или нельзя по условиям задачи? koyodza(213 знак., 25.10.2010 19:05)
        
        Был и у меня такой вариант изначально, но я посчитал, что он по энергопотреблению проигрывает чисто аналоговому варианту. Можно конечно еще раз пересчитать. - rezident(25.10.2010 19:46, ссылка)
        
        не понял задачу: дальше куда этот аналоговый сигнал идёт? koyodza(258 знак., 25.10.2010 20:22)
        
        Земля везде - виртуальная земля. - rezident(25.10.2010 18:21)
        
        Нигде я никакой пиковый детектор не предлагал! - Shura(25.10.2010 17:34)
  - Их есть у нас -> --> - Evgeny_CD(25.10.2010 00:29 - 00:32, ссылка, ссылка)
    - Спасибо, но и у PMBFJ177 и у MMBFJ177 разброс VGS(OFF) в диапазоне 0,8В...2,25В, а для меня нужно 1,5В максимум и гарантированно. Кстати, оба эти даташита весьма "куцые", без графиков. Лучше у Fairchid смотреть. - rezident(25.10.2010 00:47, ссылка)
      - А разве есть JFET'ы с разбросом Vgsoff менее 1 вольта? Мне кааца это фантастика. - Точка опоры(25.10.2010 11:41)
        
        Почему менее 1В? В том, что я указал (MMBFJ201) -0,3В...-1,5В. См. даташит. rezident(25.10.2010 16:55)
      - digikey.com, набираешь JFET, и выбираешь, что есть на складе. Там есть транзюки с нужными параметрами, но их нет на складе. - Evgeny_CD(25.10.2010 09:01)
        
        Для меня это тоже самое, как если бы их не существовало вообще :) - rezident(25.10.2010 16:56)
        
        А зря. Потом идешь на efind и проверяешь гипотезу :) Так я нашел много интересных и эффективных компонентов, которые, на удивление, и тут продаются. - Evgeny_CD(25.10.2010 16:59 - 17:02)
  - Ах, да! Еще одно требование - "доставабельность" со склада в РФ. - rezident(24.10.2010 23:50)
- посмотрите на всякие SSM2167 и подобные, может что-то подойдёт. Но для дифсигнала инструментальник придётся оставить - koyodza(14.10.2010 15:35)
- Вот интересное решение. Именно с униполярным питанием. Утверждается, что динамический диапазон усилителя более 50дБ. Попробую промоделировать нечто похожее в качестве второго усилительного каскада после инструментальника с небольшим КУ. - rezident(14.10.2010 01:03, ссылка)
  - Изящно! Респект. - Evgeny_CD(14.10.2010 01:10)
    - Такой-же JFET подсоединить параллельно Rg для INA? Или вместо него... Только надо будет напряжение на затворе выставлять относительно одного из выводов для Rg... - Точка опоры(14.10.2010 12:53)
    - Да, схемотехника не их конёк. - T.Дocтoeвcкий(14.10.2010 01:14)
- 1) Удвоитель питания на конденсаторной шняге 2) RMS to DC Converters -> на АРУ (с питанием ниже 5В нету :( ) - Evgeny_CD(14.10.2010 00:45, ссылка)
  - Йа вас умоляю, накой для АРУ RMS? Там пиковое как раз более интересно и получить его проще. - Shura(14.10.2010 14:27)
  - Удвоители и преобразователи напряжений это на самый крайний случай. Вся остальная схема питается напрямую от батарейки. Городить отдельное питание для усилителя весьма не хочется. Пока ищу решение именно для униполярного батарейного питания. - rezident(14.10.2010 00:56)
    - Не смпорю - я предложил авангардное решение. Зато АРУ можно зашибательскую сделать :) - Evgeny_CD(14.10.2010 01:10)
      - У меня изначально было еще более авангардное :) Оцифровать сигнал с помощью имеющегося АЦП, программно "выпрямить", пропустить через EMA и выдать обратно через имеющийся ЦАП :))) - rezident(14.10.2010 01:15)
- Я бы посоветовал взглянуть на INA326. General(205 знак., 13.10.2010 23:11)
  - Спасибо, но Gain Bandwidth у него маловата и жрет он недопустимо много (typ=2,4мА, max=3,7мА). - rezident(14.10.2010 00:30)

Схемы, платы, компоненты