Здравствуйте.
Мне требуется подключить акселерометр к микроконтроллеру.
По параметрам выбрал пьезоэлектрический акселерометр с зарядовым выходом.
Необходимо спроектировать усилитель заряда для подключения к встроенному АЦП Микроконтроллера.
Схема есть, но хотелось бы понять какой операционный усилитель подойдет для этой цели, на что нужно обращать внимание при выборе ОУ?
И как рассчитать подключаемые емкость и сопротивление?
 sloa033a.pdf ( 58.87 килобайт ) Кол-во скачиваний: 486
-схема
 72011.pdf ( 477.84 килобайт ) Кол-во скачиваний: 436
-руководство акселерометра

Спасибо за внимание.
С уважением, Айрат.

Хоровица с Хиллом гляньте, стр. 328 - 363:
http://gfile.ru/a6WYO

P.S. В указанном вами апп. ноуте написано, что подойдет TLV2771, и даны формулы для расчета и необх. теория. или я чего-то не понял ?

Я, второпях, не все написал, сам бы не понял)
Во-первых, компоненты должны быть высокотемпературные (>200С), поэтому использовать TLV2771 я не могу.
Во-вторых, интересует чувствительность ОУ и коэффициент усиления.
Как подобрать ОУ, чтобы он уловил зарядовый сигнал акселерометра (10 пКл/g, максимум 2000 g, импеданс <10 ГОм ) и преобразовал его в напряжение в диапазоне от 0 до 3.3В, а сила от -2 до 2 мА (чувствительность встроенного АЦП микроконтроллера, если ,конечно, я правильно его прочитал  sm470r1b1m_ht.pdf ( 558.03 килобайт ) Кол-во скачиваний: 372
- руководство МК, стр. 15 и 61 ).
Я новичок в этом деле, поэтому прошу обьяснить как новичку)

Книгу просмотрел, но с ОУ не разобрался.

Спасибо за внимание.
С уважением, Айрат.

Не будут полупроводники (обычные, на основе кремния) работать при таких температурах. Арсенид-галлиевые - будут, но вы их не найдете и не купите, а если и купите, то придется раскошелиться на запредельную сумму.
Вам это зачем ?
Если устройство должно работать при этой температуре, например, пару часов, то изолируйте его от раскаленной окружающей среды. Пример: метеозонд. Его запускают в стратосферу, там и -50 по Цельсию - не редкость. В то же время он собран на макс. дешевых комплектующих с обычным температурным диапазоном эксплуатации. От зонда требуется проработать в экстремальных условиях два часа, или около того, передать данные, и на этом точка. Дальше зонд падает на землю, но его никто не ищет, он свою задачу выполнил, а стоит копейки. Для изоляции компонентов зонда от неблагоприятных условий его электронику помещают в пенопластовый контейнер.
Второй вариант решения задачи: тяните к усилителю кабель (термостойкий), а сам усилитель размещайте в безопасном месте. Протянуть кабель от датчика с огромным внутренним сопротивлением не очень просто, но возможно. Я вам не случайно на Хоровица с Хиллом указал. Читайте, пока не разберетесь.
Еще вариант, возможно, наилучший - выберите другой тип датчика, не с таким высокоомным выходом. Почему вы выбрали именно этот неудобный и неподходящий датчик ?
Вообще, опишите вашу задачу подробнее, если можно. Или это курсовой/диплом ?

Вы угадали, это дипломная работа) Преподаватель разрабатывает контроллер погружного ЭЦН (нефтяная скважина). У него большой опыт в этом деле, работает параллельно в производственном предприятии, который на этом специализируется, поэтому не думаю, что он ошибся, задав мне такие условия.

Микроконтроллер (SM470R1B1M-HT) располагается в скважине, от насоса не далеко, поэтому усилитель тянуть наверх нет смысла.
Я нашел ОУ,  ina129_ht.pdf ( 1.16 мегабайт ) Кол-во скачиваний: 188
который работает при 210С, его я подключил к термопаре, а вот подходит ли он к моему акселерометру я пытаюсь понять. И можно ли соединить по той схеме.

А вы хоть проанализировали существующие в данной области решения ? Скважины эксплуатируются уже больше сотни лет, тогда никаких термостойких МК и в помине не было. Даже лет 30 назад как-то обходились без них. Какие датчики тогда использовали ? Какую элементную базу ? Что вообще должен делать этот контроллер ? Управлять насосом ? Так ведь поторебуется не только МК, а высокотемпературные силовые ключи и много чего еще. Как с этим быть ?

Контроллер для диагностики состояния, собирает данные и отправляет наверх, и все. В моем случае температура, давление, вибрация.
До сегодняшнего дня использовали элементную базу, которая терпела 150-170С. Но появились компоненты выдерживающие 210С. Значит можно глубже бурить. Но об этом мне уже говорить с преподавателем. Сейчас же мне просто нужно понять как подсоединить зарядовый акселерометр к АЦП МК.

Если не говорить о том, где что работает, в нормальных условиях INA-129-HT ОУ подойдет ли для усиления заряда акселерометра? Если нет, то почему не подходит? А почему TLV2771 подходит?

Спасибо за скорые ответы.
С уважением, Айрат.

Вы с английским как, дружите ? Если нет, придется подружиться. Ибо на второй странице указанного вами же апп.ноута написано черным по белому:

Иными словами, ваш усилитель должен иметь как можно более высокое входное сопротивление. Есть там и другие проблемы, связанные с работой такого высокоомного датчика на сигнальный кабель. Но и тут вам помогут упомянутые мной Хоровиц с Хиллом.
Вы не читали апп.ноут ? Зря. Придется прочесть. И не раз. И перед этим придется проштудировать как минимум главу из Хоровица и Хилла про ОУ. А делать за вас эту работу едва ли кто возьмется ...

Спасибо, вот уже есть конкретный ответ, и значит входное сопротивление ОУ не должен быть ниже выходного сопротивления акселерометра.
По этому параметру INA129-HT подходит, как я понимаю. В аппноте больше ничего про ОУ не написано, значит это единственный параметр?

Сообщение отредактировал Makaveli - Apr 18 2014, 17:30

1. Ваш акселерометр в простейшем случае - емкость (без других "паразитных" компонентов, создающих собственный резонанс и чевствительность датчика). Наверно в параметрах акселерометра она указана.

2. Зарядовый усилитель используют с емкостными сенсорами, "удаленными" от усилителя и доп. кабелем к усилителю, который имеет свою паразитную емкость.

3. Ограниченное входное сопротивление ОУ создаст доп. завал на низкой частоте для вашего зарядового усилителя. Но с завалом можно поиграться немного, изменяя чувтвительность зарядового усилителя/его усиление (что вам надо?)

4. Другой критический параметр для вас - сдвиг нуля - Offset, который у INA129-HT очень хорош для вашего применения.

5. Определяетесь с кабелем, его длиной и типом и включаете в Спайс доп. паразитную емкость.

Так что берите Спайс, конденсатор (его емкость должна быть указана в ДШ на сенсор), включаете последовательно с ним источник сигнала и подключаете свой операционник с соответсвующими компонентами. Легко сменив ОУ можно посмотреть как влияет его входной ток в идеале на ваши параметры зарядового усилителя (также можно обнулить этот параметр модели, но это требует доп. познаний, которых у вас, похоже, нет. Или включить доп. резистор на вход - Спайс легко оперирует с гигаомными резисторами, в отличие от живого макета).

6. Для диплома этой "глубины" в подключении вашего датчика, полагаю, будет достаточно.

Спасибо большое.
Как раз такой ответ я ждал.
А в книге Хоровица и Хилла я главу про ОУ не нашел, наверно он в первой части книги.
Пойду его искать.
Спасибо всем.
Пока.

Да, она в первой части:

http://lord-n.narod.ru/walla.html

по высокотемпературным комплектующим есть отдельная тема http://electronix.ru/forum/index.php?showtopic=102595

Во-первых, "сила от -2 до 2 мА" - это допустимый ток через защитные диоды входа, к интересующему вопросу эта величина не имеет никакого отношения. Вы ничего про погрешности измерений не написали, поэтому сложно о чем-то говорить, но если предположить, что Вы хотите видеть 1 g на диапазоне 2000 g, то разочарую - АЦП в микроконтроллере 10-битный и весьма посредственный (+/- 2,5 LSB). Далее, в даташите на ОУ указаны параметры изменения тока утечки входов - я бы сказал сумасшедшие по меркам столь высокоомных схем. Т.е. стабильность параметров преобразователя под большим вопросом.

Во-вторых. Очень настораживают картинки №6 в даташите на микроконтроллер и №1 - на ОУ. Вообще, при высоких температурах материалы ведут себя несколько по другому и даже решив схемотехнические проблемы можно легко упереться в реализуемость конструкции. Если этот проект чисто бумажный для диплома, то ладно, а так...

Я к тому, что в столь сложном проекте постарайтесь оценить ВСЕ узкие места и потом решать как проходить этот квест. А не биться с одной задачей, чтобы потом упереться в другую, уже совсем неразрешимую.

Спасибо всем за разьяснения, постараюсь разобраться в этих вопросах.