Хочу посоветоваться с коллективным разумом Электроникса вот по какому поводу.
Есть схема предварительного усилителя с Ку=50, сигнал Udc. Для его нормальной работы по постоянному току применена схема компенсации, собранная на RC и представляющая собой однобитный ЦАП. Управление от порта P меги16. К выходу ПУ подключен ФВЧ с Ку=2000. Частота ФВЧ гораздо ниже частоты управления и выборки.

ЦАП управляется программным компаратором:
Udc=(+) -> P=0
Udc=(0) -> P=(z)
Udc=(-) -> P=1
Таким образом осуществляется трекинг (баланс нуля) ОУ. Частота выборок 831 Гц. Частота управления портом (переключения от 0 в z, например), сами понимаете, слабо предсказуема и зависит от постоянной RC и гуляющих вокруг помех. Скорость трекинга регулируется длительностью уровней 1 и 0. В общем, все работает. К сожалению, диаграммы в живом виде сейчас предоставить не могу, плата на работе. Но это треугольник с периодом от 0,3 до 3 с, пересекающий нуль. Так и задумывалось.
Проблема вот в чем: при переходе Udc от +(-) к 0 на выходе ФВЧ наблюдается выброс недопустимой величины. В это время срабатывает компаратор и мега переводит порт в (z).
Что это и как с этим бороться?
Я экспериментировал вот над чем:
1.Для однозначной идентифицикации проблемы заменил 1-бит ЦАП на ШИМ 8 бит. Проблема исчезла, но 16-бит ШИМы заняты, 8 бит недостаточно – слишком большой шаг трекинга. Зато появилось еще одно предположение – несинхронность (с выборками) перехода через 0… Как я думаю, это достаточно случайный процесс и частота переключений близка к частоте фильтра. Дело в том, что шум ФВЧ при управлении от ШИМ оказался в 3-10 раз ниже, чем от ЦАП.
2.Убрал состояние (z) - все равно выбросы есть. И не понять, то ли уменьшились, то ли нет...
3.Трассировка платы – выпаивал смдэшки и заменял напрямую подлюченными обычными компонентами; подавал сигнал на RC витой парой; пытался найти ошибку в заземлении и убрать возвратные токи толстым проводом java script:emoticon(':07:', 'smid_5') . Не помогло.
4.Влияние ESR конденсатора С – применял всякие, и обычные электролиты, и танталы, и от материнок с малым значением этого самого ESR. Не помогло.
5.Менял постоянную времени RC цепочки – не помогло.
6.Не успел проверить – многократное переключение порта на границах переходов от 0(1) к (z). Можно вылечить введением гистерезиса на 1-3 МЗР
7.Бросок по питанию в аналоговой части схемы (при переключении порта) – не проверял еще. Питание от общей 78L05, развязка LС (22нг*22мкф*100нф) для проца и RC (10ом*22мкф*100нф) для аналога. Есть земля проца и аналоговая земля. Точку соединени блок.кондера не подбирал.

Чувствую, где-то прокол в экспериментах. Что-то должно было повлиять, но не повлияло. Сейчас остались только 6-й и 7-й варианты…
Может, подскажете еще что-нибудь?

Не очень понял, зачем подмешивать нечто с порта, если порт питается не от опорника. И какое питание у ОУ, а то ведь он не Rail-to-Rail.
Попробовал бы в лоб - с делителем питающего напряжения - и определил бы кто кому синхронно/асинхронно какие такие всплески дает и как это видится осциллографом.
И что там всё-таки - АЦП или компаратр, а если компаратор, то каким боком порт в z переводится?

>Не очень понял, зачем подмешивать нечто с порта, если порт питается не от опорника. И какое питание у ОУ, а то ведь он не Rail-to-Rail.

На мой взгляд, не имеет значения, есть ли опорник или нет - тау RC очень велика, длительность импульса мала. Есть замкнутая цепь ООС через программный компаратор. RR не нужно - все крутится около виртуального нуля, а он равен половине питания. И работаю со смещениями, допустимыми для обычного ОУ. Если вышел за пределы - подстраиваю предыдущий каскад.

>Попробовал бы в лоб - с делителем питающего напряжения - и определил бы кто кому синхронно/асинхронно какие такие всплески дает и как это видится осциллографом.

Что делить, поясните. Смотрю и осциллографом на порту, и реальный сигнал АЦП мониторю.

>И что там всё-таки - АЦП или компаратр, а если компаратор, то каким боком порт в z переводится?

АЦП - думал, из формул ясно, раз присутствует z...

на прямой вход операционника задайте напряжение делителем с питания или с опорника и посмотрите на вход АЦП

больше 0, равно нулю и меньше 0 можно организовать и на компараторе (не на всяком, но можно). Получается, что "нулей" 2 - один Вы предполагаете, задавая скважность ШИМ (плевать на чём он организован), а второй - это соответствующее число для сравнения значения АЦП. Если так, то смещение АЦП и неточность опоры как учитываете?

Не понял этой фразы:
1. "при переходе Udc от +(-) к 0" - вы на вход меги (Udc это вход меги) напряжение <0 подаёте что-ли?
2. Выброс на выходе ФВЧ (это 3я нога ОУ) возникает сам по себе без управления со стороны порта P меги?
3. И в какую сторону этот выброс?

8 бит ШЫМ - за глаза. Масштабируйте 0...5В в 0..50мВ. А ещё лучше в ±20-30мВ. Если опер работает от одного питания и "земля" подвешена, в этих пределах гоняйте "землю".
А на "1-битный ЦАП" в том виде как у вас, забейте, если это не типа дельта-сигма ЦАП, ессно. А он у вас сто пудов не Δ/Σ ;О)

Не вижу ФВЧ с Ку=2000, и зачем он?
Сформулировал бы задачу вцелом.

Так, ответов много. Хотя они больше похожи на вопросы... Отвечаю по порядку.

sensor_ua
>на прямой вход операционника задайте напряжение делителем с питания или с опорника и посмотрите на вход АЦП
Это ни к чему - раз с ШИМом работает, то с делителем наверняка будет.

galjoen
>Не понял этой фразы:
>1. "при переходе Udc от +(-) к 0" - вы на вход меги (Udc это вход меги) напряжение <0 подаёте что-ли?
Зачем так жестко :-). Просто и мега, и ОУ питаются от +5В, виртуальная земля ОУ=+2.5В. Работаю со знаковыми величинами - а там 0 примерно в этой области и находится. Схема аналого-цифровая.
>2. Выброс на выходе ФВЧ (это 3я нога ОУ) возникает сам по себе без управления со стороны порта P меги?
Нет, конечно. Именно из-за порта, просто выловить закономерность не могу.
>3. И в какую сторону этот выброс?
А вот это мысль... Я, помнится, смотрел сигнал с фильтра уже преобразованным в абсолютную величину. Надо относительную (знаковую) форму глянуть.

mse
>8 бит ШЫМ - за глаза. Масштабируйте 0...5В в 0..50мВ. А ещё лучше в ±20-30мВ. Если опер работает от одного питания и "земля" подвешена, в этих пределах гоняйте "землю".
Если бы так просто... Нет, выход усилителя идет на ФВЧ. Там нужна плавность и неторопливость подстройки :-). Чуть дернешься - ФВЧ аж зашкаливает. От ШИМа, да еще 8-битного, этого не получить.
Посмотрите на схему - по сути, землю и гоняю... Кстати, в аналоговом варианте, без проца, схема работает прекрасно и выбросов нет. В меге дело.

domowoj
>Не вижу ФВЧ с Ку=2000, и зачем он?
>Сформулировал бы задачу вцелом.
В целом слишком долго. ФВЧ упомянут потому, что он накладывает ограничения на скорость трекинга и
его шаг.
Хотя схема не полная. Вот подробнее.

На выходе ОУ цепочка 10К*47нф.

Это потому, что вопрос был так непонятно задан.

Тут я имел в виду, что порт из состояния 1 в состояние Z может перейти через включение подтягивающих резисторов, или через 0е состояние. В зав-ти от последовательности изменения регистров PORT и DDR. Вы как его переводите? В какой последовательности эти регистры меняете?

А вообще, если нужна особая плавность, вместо фильтра на R и C лучше фильтр на 2х R и 2х C сделать.

Так всё-таки, с чем сравнивается Udc?
И насколько это нечто (один из возможных "виртуальных нулей") может отличаться от расчётного воздействия через ШИМ? Куда прикладывается смещение нуля АЦП и ошибка опоры? Можно пороги понапридумывать по идеальным данным, гистерезис по уровню и по времени не ввести и получить чего-попало. Ну да ладно.
Предполагаю, что причиной может быть непосредственное изменение полярности порта по сомнительному факту достижения виртуального нуля, а не изменение значения ЦАПа(псевдоШИМа) с учётом времени отклика фильтров. Описанный способ управления весьма склонен к перерегулированию - пока на втором фильтре (вход Udc) напряжение нарастёт до некоего порогового значения, на первом фильтре оно будет больше (насколько - можно посчитать). Один фильтр будет догонять другой. А ещё изменяющийся уровень смещения может сложиться в фазе с сигналом и устроить интересные эффекты.
ИМХО, имеем дело с переусложнённой идеей-фикс и с практическими проблемами её реализации.
Если идея создать амплитудный детектор с адаптивным порогом, то это давно делается на одном ОУ - data-slicer
http://www.maxim-ic.com/appnotes.cfm/an_pk/3671
http://www.maxim-ic.com/appnotes.cfm/an_pk/3435

А зачем ФВЧ (хотя нарисован ФНЧ)?
Частота среза?
Если нет свободного ШИМа - организуй програмный - не используя Z-состояние.

Читайте внимательно: 0..5В в 0..50мв. 1:100. Интегрированный ШИМ даст на 5В 100мВ пилу. Большая скорость подстройки вам сто лет не нужна. Полоса ШЫМового ФНЧ пусть будет герц 10-100... Так што 100мВ это с о-о-о-о-о-чень большим запасом. После масштабирования она(пила) уйдёт глубоко в область "меньше 1мВ", т.е. меньше дискрета Мегового АЦП.

Это всё верно, но тут другая проблемма. У такого ЦАП на базе 8 бит ШИМ всего 256 выходных состояний. Т.е. дискрета примерно 20 миливольт (при диапазоне 0..5 В). Можно уменьшить дискрету за счёт уменьшения диапазона. Но если нужен и диапазон и дискрета - придётся всё время изменять регистр сравнения таймера, например по прерыванию. Т.е. фактически програмно увеличивать кол-во разрядов ШИМ.

Никакой проблеМы. ;О) У типового помоечного опера Усм ~30мв, плюс ~10мкв/град по температуре. Отсюда вывод - диапазона 50мВ и дискрета 200мкВ - выше крыши. Арифметика...
А если взять не помоечный ТЛ061, а чо-нить раза в два дороже, то запас становицца неисчерпаемым.

А я бы попробовал канал трекинга организовать чистым софтом. Например, отслеживая медиану, да еще и с адаптивным размером окна наблюдения. Дескать, если дергается медиана сильно, то надо просто окно увеличить. А то, что оценка медианой будет гораздо состоятельней среднего арифметического - даже уверен.