вход АЦП

Hello All!

Взялись тут мы с приятелем поуправлять одной большой железкой, где есть электроклапаны, пневмоцлинидры, и датчики перемещения - фактически это переменные резисторы 4.7к ,подключенные к питанию и земле. Существующая схема собрана с использованием контроллера Atmega128, но сделана она нашими предшественниками во многом странно. В частности например перед входами АЦП стоят операционные усилители, включенные так, что входное сопротивление получается неоправданно большим, хорошо собирающим помехи. Возникла мысль это переделать. Вот только не знаем из какого букваря срисовать правильную схему. В идеале еще бы добавить туда регулировку масштаба. Переменный резистор-датчик конструктивно установлен так, что изменяет свое сопротивление не от нуля до максимума, а использует примерно две трети из середины диапазона. Хочется, чтобы при калибровке можно было подрегулировать входные цепи для совпадения диапазона изменения входного сигнала с полным диапазоном входных напряжений АЦП. О существовании микросхем, усиление которых можно изменять командами по I2C я знаю - они в звуковой технике встречаются. Есть ли ОУ "общего назначения" с такой же возможностью? Буду премного благодарен присутствующим за подсказанные ключевые слова для поиска и за ссылки на примеры схем.

Zahar(@spbdept.rbc.ru)

Пpивет, Zahar!

*** 12 Dec 04 23:17, Zahar Kiselev wrote to All:

ZK> существовании микросхем, усиление которых можно изменять командами по ZK> I2C я знаю - они в звуковой технике встречаются. Есть ли ОУ "общего ZK> назначения" с такой же возможностью?

Hет. Специализированные усилетели с регулировкой усиления - есть, но достаточно своеобразные, и не ширпотребные. И не дешевые. Смотри в сторону цифровых управляемых потенциометров (AD84xx, к примеру). Либо ограниченный набор масштабных коэффициентов, задаваемых резисторами, которые ту переключаешь аналоговым коммутатором 405x. Думаю, что для данного применения точность окажется вполне приемлемой...

с уважением Владислав

Hello, Dmitry! You wrote to Zahar Kiselev on Sun, 12 Dec 2004 22:47:20 +0300:

ZK>> диапазона. Хочется, чтобы при калибровке можно было подрегулировать ZK>> входные цепи для совпадения диапазона изменения входного сигнала с ZK>> полным диапазоном входных напряжений АЦП. О существовании ZK>> микросхем, усиление которых можно изменять командами по I2C я знаю ZK>> - они в звуковой технике встречаются. Есть ли ОУ "общего ZK>> назначения" с такой же возможностью?

DL> Есть ;) Любой подходящий ОУ с включенной в цепь обратной связи DL> цепочкой R-2R, входящей в состав микросхемы ЦАП последовательного DL> приближения. Кодом, подаваемым на ЦАП задается коэффициент усиления. DL> Где взять схему - не помню, но это классика...

Идея хороша, но так, в лоб, не работает. Паразитные ёмкости ЦАПа, да с его же резисторами, да в обратной связи... Может, я не те детали в своё время брал (140УД17+572ПА1), но потоптаться по этим граблям довелось.

2ZK. Захар, оставь как есть. "Средние две трети" - самое оно. Подогнать точно и навсегда не получится (механика, износ и т.д.), и какой-то запас по краям всё равно нужен. Т.е. возиться с программным пересчётом ты будешь всё равно, разве что цифры другие будут. И по точности особо за счёт этой трети не выиграешь. Овчинка не стоит выделки.

With best regards, Alexander Derazhne

Hello Vladislav!

Dec 13 01:17 04, Vladislav Baliasov wrote to Zahar Kiselev:

ZK>> существовании микросхем, усиление которых можно изменять командами по ZK>> I2C я знаю - они в звуковой технике встречаются. Есть ли ОУ "общего ZK>> назначения" с такой же возможностью? VB> Смотри в сторону цифровых управляемых потенциометров (AD84xx, к примеру). И действительно - если такой потенциометр всунуть в цепь обратной связи ОУ - то получится то что нужно. Тем более что высокого быстродействия от этой конструкции не требуется - пневмоцилиндры перемещаются далеко не мгновенно и сигналы с датчиков их положения тоже не могут меняться быстро. Где бы вообще посмотреть примеры входных усилителей, устанавливаемых перед АЦП? Так сказать в общеобразовательных целях... Дело в том, что в имеющемся варианте схемы датчики питаются от двухполярного напряжения плюс/минус 10 вольт и установлен отдельный АЦП "с нулем посередине", подключенный к контроллеру по I2C. Есть желание от отдельного АЦП избавиться, а использовать те что в контроллере. А они - "однополярные". Датчики можно подключить между землей и положительным питанием, но сигнал у них будет начинаться не от нуля (как я уже сказал - по механическим причинам). То есть даже если максимальный сигнал "растянуть" до положительного питания, все равно не будет использоваться тот диапазон кодов АЦП, который соответствует значениям входного напряжения от нуля до минимального, выдаваемого датчиком. Что бы такое тут сделать? Датчик в мост включить и балансировать мост так чтобы он выдавал ноль когда сопротивление датчика минимально? А то что мост выдаст при максимальном значении сопротивления датчика - "растянуть" усилителем до максимально возможного входного значения АЦП. Hа первый взгляд это кажется возможным, осталось это нарисовать. Hа неделе доберусь до машины где есть Electronic Workbench и попробую изобразить. Такие схемы неплохо в нем моделируются.

Zahar(@spbdept.rbc.ru) Остров Большой Березовый:

Hello Dmitry!

Dec 12 22:47 04, Dmitry Lyokhin wrote to Zahar Kiselev:

ZK>> О существовании микросхем, ZK>> усиление которых можно изменять командами по I2C я знаю - они в ZK>> звуковой технике встречаются. Есть ли ОУ "общего назначения" с такой ZK>> же возможностью? DL> Есть ;) Любой подходящий ОУ с включенной в цепь обратной связи DL> цепочкой R-2R, входящей в состав микросхемы ЦАП последовательного DL> приближения. А у какого производителя рекомендуется искать ЦАП такого типа? Чтобы были недорогие и легко доставаемые?

Zahar(@spbdept.rbc.ru) Остров Большой Березовый:

Hello Alexander!

Dec 13 03:09 04, Alexander Derazhne wrote to Dmitry Lyokhin:

AD> 2ZK. Захар, оставь как есть. "Средние две трети" - самое оно. AD> Подогнать точно и навсегда не получится (механика, износ и т.д.), и AD> какой-то запас по краям всё равно нужен. Вообще-то в данном случае важнее высокое разрешение около серидины, при малых отклонениях. А если на краю сигнал будет "упираться" в конец разрядной сетки АЦП - это можно использовать как готовый сигнал "пора чинить датчик" - ибо в нормальной ситуации сильно больших отклонений от середины быть не должно.

AD> И по точности особо за счёт этой трети не выиграешь. В середине - выйграю. А на краях точность уже не нужна.

AD> Идея хороша, но так, в лоб, не работает. Паразитные ёмкости ЦАПа, AD> да с его же резисторами, да в обратной связи... Может, я не те детали в AD> своё время брал (140УД17+572ПА1), но потоптаться по этим граблям AD> довелось. Может быть меня спасет то, что сигналы "медленные" и изобретаемому предварительному усилителю вообще не надо бы пропускать частоты выше 15-20гц, и тем более на них возбуждаться:) Пойду я для начала Хоровица с Хиллом почитаю о расчете полосы пропускания ОУ в зависимости от того что у него стоит в цепи обратной связи... Заодно и о входном сопротивлении тоже. Как я уже говорил - существующий вариант предусилителя слишком высокоомный - помехи собирает.

Zahar(@spbdept.rbc.ru) Остров Большой Березовый:

Hello, Zahar Kiselev !

Вот и подключи. Сколько тебе разрядов-то нужно? Если сигналы зашумлены и время измерения позволяет, цифровая фильтрация тебе недостающее вытянет.

С уважением, Дима Орлов.

Hello, Zahar Kiselev !

Если источник сигнала низкоомный, просто зашунтируй входы.

Есть т.н. цифровые потенциометры с I2C управлением, единственное но, все сигналы должны быть выше 0 и ниже питания. Обычно они восьмиразрядные линейные, но бывают варианты.

С уважением, Дима Орлов.

Hello Dima!

Dec 13 08:43 04, Dima Orlov wrote to Zahar Kiselev:

DO> Если сигналы зашумлены и время DO> измерения позволяет, цифровая фильтрация тебе недостающее вытянет. Сигналы меняются медленно и я полагаю что можно совместить фильтр с предварительным усилителем, ограничив его полосу пропускания за счет частно-зависимой ОС. Чтобы меньше возиться в программе.

Zahar(@spbdept.rbc.ru) Остров Большой Березовый:

Hello Dima!

Dec 13 08:43 04, Dima Orlov wrote to Zahar Kiselev:

DO> Есть т.н. цифровые потенциометры с I2C управлением, единственное но, DO> все сигналы должны быть выше 0 и ниже питания. Обычно они восьмиразрядные DO> линейные, но бывают варианты. Допустимы ли попытки всунуть такой потенциометр в цепь обратной связи ОУ,с целью сделать ее регулируемой?

Zahar(@spbdept.rbc.ru) Остров Большой Березовый:

Пpивет, Zahar!

*** 13 Dec 04 03:44, Zahar Kiselev wrote to Vladislav Baliasov:

VB>> Смотри в сторону цифровых управляемых потенциометров (AD84xx, к VB>> примеру).

ZK> И действительно - если такой потенциометр всунуть в цепь обратной ZK> связи ОУ - то получится то что нужно.

Если тебе нужно несколько фиксированных масштабов - то 4051/4052 дешевле и доступнее.

ZK> причинам). То есть даже если максимальный сигнал "растянуть" до ZK> положительного питания, все равно не будет использоваться тот диапазон ZK> кодов АЦП, который соответствует значениям входного напряжения от нуля ZK> до минимального, выдаваемого датчиком. Что бы такое тут сделать?

Сделать вспомогательный источник - "подставку" для датчика. И суммирующим усилителем совместить "нули".

с уважением Владислав

Hello, Zahar.

Zahar Kiselev, Sun Dec 12 2004 23:17, you wrote to All:

ZK> О существовании микpосхем, усиление котоpых можно изменять командами ZK> по I2C я знаю - они в звуковой технике встpечаются. Есть ли ОУ ZK> "общего назначения" с такой же возможностью?

Есть готовые ОУ с изменяемым коэффициентом усиления (programmable gain amplifiers) (MCP6S21, Microchip и AD526, Analog Devices), но у них весьма небольшое число "ступенек". И еще есть "цифpовые потенциометpы" (digital potentiometers), котоpые можно поставить в цепь обpатной связи обычного опеpационного усилителя. Пpимеp

- MCP41010 от Микpочипа (интеpфейс SPI, 256 гpадаций).

With best wishes, Daniel.

Hello, Zahar.

Zahar Kiselev, Mon Dec 13 2004 11:21, you wrote to Dima Orlov:

DO>> Есть т.н. цифpовые потенциометpы с I2C упpавлением, единственное DO>> но, все сигналы должны быть выше 0 и ниже питания. Обычно они DO>> восьмиpазpядные линейные, но бывают ваpианты.

ZK> Допустимы ли попытки всунуть такой потенциометp в цепь обpатной связи ZK> ОУ,с целью сделать ее pегулиpуемой?

Hе только допустимо, но и является одним из штатных пpименений (показано в качестве пpимеpа в даташитах Microchip).

With best wishes, Daniel.

Hello, Vladislav! You wrote to Zahar Kiselev on Mon, 13 Dec 2004 13:47:10 +0300:

ZK>> причинам). То есть даже если максимальный сигнал "растянуть" до ZK>> положительного питания, все равно не будет использоваться тот ZK>> диапазон кодов АЦП, который соответствует значениям входного ZK>> напряжения от нуля до минимального, выдаваемого датчиком. Что бы ZK>> такое тут сделать?

VB> Сделать вспомогательный источник - "подставку" для датчика. И VB> суммирующим усилителем совместить "нули".

Кстати, да. А ещё, если не ошибаюсь, у мег опорное АЦП 2.5в. Т.е. после утановки нуля разогнать сигнал до 3...4в, а потом ещё один умножающий ЦАП (их и так и так два нужно). И никаких проблем с устойчивостью.

With best regards, Alexander Derazhne

Hello Alexander!

Dec 13 15:22 04, Alexander Derazhne wrote to Vladislav Baliasov:

ZK>>> причинам). То есть даже если максимальный сигнал "растянуть" до ZK>>> положительного питания, все равно не будет использоваться тот ZK>>> диапазон кодов АЦП, который соответствует значениям входного ZK>>> напряжения от нуля до минимального, выдаваемого датчиком. Что бы ZK>>> такое тут сделать? VB>> Сделать вспомогательный источник - "подставку" для датчика. И VB>> суммирующим усилителем совместить "нули". AD> Кстати, да. А ещё, если не ошибаюсь, у мег опорное АЦП 2.5в. Т.е. AD> после утановки нуля разогнать сигнал до 3...4в, а потом ещё один AD> умножающий ЦАП (их и так и так два нужно). И никаких проблем с AD> устойчивостью. К сожалению из столь краткого объяснения не понял зачем два ЦАП. Один - для регулировки усиления, включенный в цепь обратное связи ОУ, а второй? Если лень разжевывать - подскажи что почитать на эту тему или где подсмотреть куски схем. Или хотябы ключевые слова для Гугла.

Zahar(@spbdept.rbc.ru) Остров Большой Березовый:

Hi Alexander!

13 декабpя 2004 03:09, Alexander Derazhne писал Dmitry Lyokhin:

DL>> цепочкой R-2R, входящей в состав микpосхемы ЦАП последовательного DL>> пpиближения. Кодом, подаваемым на ЦАП задается коэффициент DL>> yсиления. Где взять схемy - не помню, но это классика... AD> Идея хоpоша, но так, в лоб, не pаботает. Паpазитные ёмкости ЦАПа, AD> да с его же pезистоpами, да в обpатной связи... Может, я не те детали AD> в своё вpемя бpал (140УД17+572ПА1), но потоптаться по этим гpаблям AD> довелось.

У меня именно эта связка (yд17+ПА1) pаботает как часы. Пpичем одна паpа задает опоpное напpяжение для дpyгой паpы - генеpатоp пpямого синтеза с масштабиpованием.

Best regard, Roman Gubaev! [Team Beer - rulez forever!] e-mail: rgubaev[собака]yandex.ru

... РАО "ЕЭС России", Хакасэнеpго, Энеpгосбыт, гpyппа АСКУЭ

Hello, Zahar Kiselev !

А во многих контроллерах их сейчас 10...

Так я же показал простой путь увеличить разрешение.

Верх вообще элементарно отрезать, запитав несколько более высоким напряжением, чем референс АЦП (или референс АЦП более низким :) твой потенциометрический датчик.

Hадо ли? Hе будет ли внесенная этим кондиционером погрешность выше, чем потерянные разряды?

Зачем для потенциометрического датчика усиление? А фильтр аппаратный антиалиасный конечно нужен...

Я без цифровой фильтрации (пара-другая строчек на С) практически никогда АЦП не использую. То есть бывают исключения, когда нет на это времени, но редко. И я практически видел, как простейший интегрирующий фильтр повышает реальное разрешение на пару разрядов на живых сигналах. Это работает вместо дополнительного операционника в схеме... Что при наших тиражах и требованиях к габаритам дорогого стоит.

С уважением, Дима Орлов.

Hello, Zahar Kiselev !

Вполне (при соблюдении указанных ограничений). Или в качестве входного (выходного) аттенюатора, что может быть предпочтительней.

С уважением, Дима Орлов.

Hello, Roman! You wrote to Alexander Derazhne on Mon, 13 Dec 2004 17:31:53 +0300:

AD>> те детали в своё вpемя бpал (140УД17+572ПА1), но потоптаться по AD>> этим гpаблям довелось.

RG> У меня именно эта связка (yд17+ПА1) pаботает как часы. Пpичем одна RG> паpа задает опоpное напpяжение для дpyгой паpы - генеpатоp пpямого RG> синтеза с масштабиpованием.

А как они включены? Подозреваю, что в штатном включении, т.е. Ку получается от 0 до 1, как и положено уважающему себя АЦП. Я пытался получать Ку=2**n (на ПА1 подавалась одна единица), т.е. переключающая часть оказывалась включена между входом и выходом.

With best regards, Alexander Derazhne