Пытаюсь сделать предусилитель для акселерометра с зарядовым несимметричным выходом KD29 от MMF со стандартным кабелем длиной 1,5м (см. KD29.pdf).
 KD29.pdf ( 135.44 килобайт ) Кол-во скачиваний: 426

Сначала сделал стандартную схему усилителя заряда с заземленным входом:

Всё работало нормально, но только на столе. Как только воткнул акселерометр в землю и включился рядом компрессор, то сразу полезла наводка 50Гц на выходе усилителя, при выключении компрессора наводка исчезает.
Насколько я понял, проблема в образовавщейся земляной петле. Для решения проблемы предлагается сделать незаземленный вход:
Пьезоэлектрические акселерометры и предусилители.pdf стр. 81, рис. 3.20
bo0464.pdf стр. 3, Fig.3
 bo0464.pdf ( 613.91 килобайт ) Кол-во скачиваний: 386

Сделал вот такую схему:

Здесь на входе стоит высокоомный повторитель с незаземленным входом с коэффициентом усиления 2 на U1A для сигнала акселерометра и повторитель с коэффициентом усиления 2 для синфазного напряжения на U3 (разностный усилитель), затем оба сигнала подаются на инструментальный усилитель U4, где синфазное напряжение должно вычитаться.
Просимулировал схему в PSpice, вроде бы должна была работать с подавлнием синфазной помехи 70дБ:


Но на деле, когда я собрал и проверил, то оказалось, что в точке с желтым маркером на рисунке Floating input chg amp.png присутствует постоянное напряжение 600мВ, хотя должно быть опорное напряжение 2,5В.
Сам предусилитель на U1A в режиме с заземленным входом работает нормально.
Даташиты на микросхемы:
http://datasheets.maximintegrated.com/en/d...475-MAX4489.pdf
http://www.analog.com/static/imported-file...AD8276_8277.pdf
http://www.analog.com/static/imported-file...eets/AD8226.pdf
В чем может быть проблема?

Сообщение отредактировал BaN - Sep 4 2013, 21:49

Для начала прверить схему и убрать закоротку пинов 1 и 2 / U3

Схему я прозванивал, вроде бы ничего не коротило, проверю еще раз.
Закоротка пинов 1 и 2 у U3 сделана для того, чтобы сделать вход U1A незаземленным, как предложено в Пьезоэлектрические акселерометры и предусилители.pdf стр. 81, рис. 3.20.

Т.е. здесь получается Rfloat из двух резисторов на входе микросхемы U3 по 40кОм в качестве двух резисторов Rfloat по 5МОм и плюс еще повторителя напряжения с коэфициенто усиления 2.

Нашел в чем была проблема: усилитель U1A сдох. После замены стало работать нормально.
Возникла еще проблема с тем, что у акселерометра на деле было намного болшее сопротивление, чем в моей модели (нашел для акселерометра 4383 от B&K R = 20 ГОм), поэтому пришлось еще в паралель к акселерометру поставить 200 МОм, иначе усилитель насыщался.
Сейчас вроде бы работает, но вот появился шум на выходе, пока думаю, что с этим делать.
UPD:
Я поставил 200МОм не паралельно, а между сигнальной линией акселерометра и опорным напряжением. Для варианта с заземленным входом это паралельно акселерометру, а потом я убрал перемычку замыкающую корпус акселерометра на опорное напряжение. чтобы проверить вариант с незаземленным входом, но забыл про то, что 200МОм соединяются имено с опорным напряжением.

Сообщение отредактировал BaN - Sep 5 2013, 13:12

Похоже, что с высокоомным повторителем в качестве предусилителя для акселерометра в данном случае работать нельзя.
Не знаю, где я ошибся при симуляции: либо модель U3 неправильная, либо я ошибся с электрической моделью системы, но на деле получается, что напряжение на выходе U1A делится на резисторах R4+R6 и внутренних резисторах U3 и на выходе U3 получается напряжение 4/5 от выходного напряжения U1A. В PSpice на выходе U3 была только чистая наводка от источника V4 без сигнала от акселерометра V3.
Попробую сделать именно усилитель заряда.

Я правильно понимаю, что вот эту схему:

Нужно реализовывать вот так?


Для точности вместо резисторов R10 и R11 по 10МОм и микросхемы X2 использовать разностный усилитель AD8277.
UPD:
Проверил схему:

Работает нормально, с усилением G=1 у AD8220 шум на выходе 60mVp-p в основном в диапазоне 45-55кГц, в диапазоне <45кГц шум ниже на 40дБ, а в диапазоне >55кГц шум ниже на 20дБ. Примерно соответствует АЧХ акселерометра KD29.
Остается проверить схему на подавление наводки 50Гц.

Сообщение отредактировал BaN - Sep 6 2013, 11:58

На мой взгляд получается подмешивание к земле ошибки U3 в подавлении синфазного входного напряженя.
Если эту ошибку использовать не надо, то с тем же успехом можно заземлить (под землей мы понимаем среднюю точку) неинвертирующий вход U4 и убрать U3.

Если я правильно понял, то вот так?


Тогда уже получается заземленный усилитель и наводка 50Гц не подавляется, U4 в таком включении просто бесполезен.

Посмотрел еще, этот шум 45-55кГц - это наводка, а не из-за резонансной частоты акселерометра, как я подумал сначала.
Из-за нелинейности частотных характеристик операционников на входе появляется ошибка при вычитании на выходном инструментальном усилителе.
Кроме того, у усилителя AD8277 падает усиление на ВЧ раньше, чем у MAX4477 и получается, что ВЧ не подавляется, получаются помехи за-за наводки на 650кГц и 1,3МГц тоже довольно высокого уровня.


Сообщение отредактировал BaN - Sep 7 2013, 08:48

Посмотрел более подробно, из-за разных ФЧХ входных операционников для частоты 650кГЦ получается временная задержка между сигналами на их выходе в 300нс.
Из-за этого, когда на выходах входных операционников помеха 50Гц уровня 100mVp-p, то на выходе инструментального усилителя получается помеха 50Гц 5mVp-p, т.е. ослабление помехи на 26дБ.
Думаю попробовать использовать вместо MAX4477 и AD8277 на входе два MAX4477 и точные резисторы 10кОм 0,1%.

UPD:
Хотя, посмотрел еще раз в микрокапе схему:


Получается всё-равно не очень с подавлением помехи - 36дБ.

UPD:
Может кто-нибудь объяснить, как именно подразумевается реализация этой схемы:

отсюда: Пьезоэлектрические акселерометры и предусилители.pdf стр. 81, рис. 3.20
Т.к. если делать схему напрямую как указано выше, то на втором операционнике полный шум из-за контуров заземления будет вычитаться из половины шума из-за контуров заземления, который получается на делителе 5МОм-5МОм.
Или подразумевалось сделать вот так?


UPD:
Проверил схему:


Получилось подавление помехи на 44,5дБ.

Сообщение отредактировал BaN - Sep 8 2013, 11:33

Что касается самоё последней схемы, источником проблемы является паразитная ёмкость между землёй и отрицательным входом X1, из-за неё X1 усиливает синфазное напряжение несколько больше, чем в 1 раз. Нужно пытаться минимизировать паразитную ёмкость, и, видимо, поставить перед "-" X3 буфер с компенсирующим подстраиваемым усилением чуть больше 1.

R2 Зашунтировать конденсатором микрофарад в 10.
Почему 50 герц приложено только к одному проводу кабеля?

Спасибо за замечание. Попробую для начала уменьшить паразитную емкость, вырезав слой земли под инвертирующим входом.


R2 у меня зашунтирован 0,1мк||10мк, просто для симуляции я это не указывал.


отсюда: Пьезоэлектрические акселерометры и предусилители.pdf стр. 78.

Но ведь 50 герц это наводка на кабель.

Сообщение отредактировал Tarbal - Sep 10 2013, 18:17

Насколько я понял, в данном случае помеха 50 Гц возникает из-за контура заземления:

http://mmf.de/accelerometer_cabling.htm
Именно электромагнитная наводка на кабель незначительна.
Я пробовал на деле такие ситуации:
1. Клал акселерометр на паралон коробки, в которой хранился акселерометр:

помехи 50Гц не было.
2. Клал акселерометр на землю - помеха была.
3. Втыкал акселерометр с зондом probe:

в землю - помеха была еще больше, чем во втором случае.

Сообщение отредактировал BaN - Sep 10 2013, 22:34