Здравствуйте!

Имеется датчик, у которого из-за температуры,засветки и тп., на выходе имеется постоянное смещение - порядка 100 мкВ.
Перед началом измерения производится сброс нуля - то есть надо запомнить и вычесть эту постоянку с помощью ОУ, после чего производится измерение в течении 2-5 минут. В течении этого времени нужно чтобы запомненное смещение постоянно вычиталось из сигнала.
Проблема в том, что на простых схемах с запоминанием на конденсаторе, из-за малых напряжений, утечки даже пикоамперного порядка довольно быстро разряжают конденсатор и смещение уплывает в течении самого измерения.

Может кто подскажет схему? принцип? как надолго сохранить напряжение смещения для последующей корректировки полезного сигнала?

Спасибо.

Вот ЦАП или цифровой потенциометр.
Или чисто аналоговый способ...
А с интегратором (с конденсатором)... Пусть конденсатор (хороший - пленочный) 1 мкф, заряжен до 10 вольт. За 5 минут (300 секунд) напряжение на нем изменится на 300 ppm при ваших условиях. Приведем к 100 микровольтам - будет 30 нановольт. Думаю, что это меньше Ваших шумов.

300 ppm? Откуда такая цифра?
Кондер подклучен ко входу ОУ - утечка будет туда, утечки по плате, утечки через транзисторный ключ, который также подключен к кондеру. Все эти утечки - пикоамперного порядка, но при таких малых напряжениях на конденсаторе (в нем аккумулируется малый заряд) - они моментально разрядят конденсатор...

и да... нужно чисто аналоговое решение...

Не понятно, почему говорится о том, что компенсатор должен стоять в том же каскаде. Запомнить можно совсем в другом месте и на уровне вольта, потом поделить и подать куда надо и сколько надо...

Померить постоянное смещение (без сигнала), а потом вычитать его в программе.
Ах, "чисто аналоговое решение"... - отчего так (нетолково)?

Так получается из Ваших (и моих) данных. 1 мкф, ток 1пА, время 300 секунд, напряжение 10 вольт.
Ко входу Вашего ОУ подключаем выход моего (с конденсатором в обратной связи или на входе - как угодно) после делителя. Все это прикидка только. Можно и конденсатор потолще (надо смотреть его постоянную времени), и охранные кольца, и хороший ОУ.

Сейчас есть усилители со специальными входами балансировки? Или уже не осталось?

Как я понимаю, начальное смещение может быть очень разным (ноль такой). Его нужно запомнить, держать несколько минут и вычитать. Тут проще всего инструментальный усилитель использовать. У них есть такой вход. Вход нуля специальный.

Оно сейчас нечистое, потому что абсолютно не определено. Примитивный микроконтроллер и сдвоенный 10-разрядный ЦАП решат задачу настолько аналогово, что нечем будет измерить мошенничество.

Я в простоте душевной до сих пор полагал, что быстрота разряда не зависит от напряжения, а только от RC, и конденсатор разрядится напр. на 50% за одно и то же время - будь он заряжен до 10 вольт или до 10 милливольт.
Так что, если невозможно увеличить R, придется увеличить С. Других аналоговых вариантов не существует.

ЗЫ:
Применение повторителя на ОУ с высоким входным сопротивлением - это увеличение R. Была даже такая микросхема аналоговой памяти: К1103СК3 (импорт - IH5110).

имхо:
Цифровое сохранение потенциала способом АЦП->регистр->ЦАП, если учесть, что регистр памяти уже есть в большинстве современных ЦАПов, то цифровая схема технически получится проще аналоговой: всего три мелких микросхемы: АЦП-ЦАП с подходящим друг другу способом передачи кода (я думаю - лучше параллельный) и простая логика для создания управляющих стробов. Даже микроконтроллер не нужен.
Ну и (если с платы откуда-нибудь взять нельзя), то источник опорного напряжения еще. Всё!
Но зато никакого гимора с утечками, дрейфом, и прочими наладками аналоговой части.



UPD:
еще подумавши -

100 мкВ - это слишком мало для прямой подачи на АЦП. Т.е. схема получается такой: инструментальный ОУ (напр в 10 или 100 раз), причем "zero drift", а затем уже АЦП -> ЦАП -> делитель во столько же раз.
Таки выходит огород... Но все равно предпочтительнее аналогового хранения, потому что дрейф входного ОУ хотя и может ощущаться при большом усилении, но этот дрейф же проходит как раз во время сброса, и легко сам может быть учтен. А дальше хранение - уже бездрейфовое, хочешь минуты, хочешь - часы.

А если не устрашиться МК, то было бы совсем изящно, АЦП и ЦАП у многих на борту имеются.
Я так понимаю, что во время "сброса" где-нибудь дальше в схеме уровень должен установиться на "0". И скорее всего, там сигнал уже после усилителей, и отнюдь не микровольты.
Вот там-то МК и может его контролировать и устанавливать компенсацию датчика так, чтобы результат привести в ноль, тривиальный ПИД-алгоритм.
А потом просто оставить ЦАП на этой найденной величине компенсации, и всё.
Кроме того, МК может самостоятельно переключать многие цепи нужным образом.
Но МК надо уметь программировать и прошивать, это единственный минус такого варианта.


Сообщение отредактировал Меджикивис - Apr 9 2014, 14:01

Вот вспомнил еще: существуют высокочувствительные АЦП для оцифровки термопар, вроде MAX31855S, и такая 100 мкВ возьмет спокойно. Надо только будет подобрать с подходящим, удобным интерфейсом.

Но микроконтроллер (имхо) все равно лучше... Всё, пошёл спать; всем желаю удачи!

Надо подумать...

С цифровым вариантом изначально все было предельно понятно. Интересует именно аналоговый - слишком быстро разряжается конденсатор. Даж с ножкой ОУ соединял в воздухе, чтоб по плате не стекало.
И тем не менее даже по микрухе IH5110 видно, что добиться величин разряда до 0,1 mV/s - это уже большая победа. При этом для больших напряжений - такого достаточно, но для входных напряжений милливольтного порядка - это очень плохо (там это charge injection amplitude).

p.s.: 2Tanya... Откуды Вы постоянно берете эти свои 10В - абсолютно не понятно, о чем я Вам уже говорил Выше. Кондер заряжается до 100 мкВ, ну 1 мВ... Но если при этом утечки даже пикоамперного порядка - уже все плохо.

У Аналога есть микросхемы АЦП, в которых сразу же вмонтирован и ЦАП для смещения... Ну и там же усилители (не помню, регулируемые или нет), фильтры и пр...

Попробуем пояснить.... Начальный разбаланс (нуль, подлежащий занулению) подается через ключ на интегратор. После интегратора - делитель, подпирающий один из входов. Ключ размыкается - можно измерять. Второй вариант - сигнал после делителя подается на ножку смещения нуля инструментального усилителя. Возможно, - через добавочный повторитель. Делитель увеличивает напряжение на конденсаторе. Нуль будет зануляться по падающей экспоненте.
Тут важно, что утечка нелинейна от напряжения - есть линейная часть - живет в конденсаторе. Она приводит к экспоненциальному спаду напряжения. Для малых времен спад идет линейно от времени и напряжения на конденсаторе. Вторая часть - по грязной поверхности платы. Может быть разная, но... бывает электрохимическая ячейка - ток будет пропорционален влажности. С увеличением напряжения вторая часть играет меньшую роль. Хороший конденсатор, например, тефлоновый должен сильно помочь. Они, правда габаритные и дорогие. Полипропиленовый, полистирольный тоже может...

2Tanya...
Про типы конденсаторов столкнули мои мысли дальше...
Вот чего обнаружил:
А. Дж. Пейтон, В. Волш. Аналоговая электроника на операционных усилителях — М.: БИНОМ, 1994

Там правда пиковый детектор...
Может и правда реально получится что-то подобное с запоминанием смещения...
в раздумьях...