Разрабатываю устройство, которое должно измерять напряжения в диапазоне от +/-1...1000 В. Для улучшения точности измерения разбиваю весь диапазон на 8 поддиапазонов. Использую MUX ADG658 в цепи обратной связи входного операционного усилителя, который выбирает сопротивление обратной связи соответствующие требуемому поддиапазону.


На схеме не показаны половина резисторов и конденсаторы по питанию. Питание ОУ +/-2В.


Участок платы входных цепей соседних каналов (нижний слой платы – GND полигон не показан).
DD1 – AD8616, DD5 и DD6 – ADG658

Все хорошо работает, но если поднести, например палец к резисторам ОС то получаются довольно сильные наводки, которые реальных условиях практически полностью устраняет металлический корпус устройства.

Подскажите как оптимальнее развести данный участок платы, например, будет ли меньше влияние внешних наводок если уменьшить длину дорожек от резисторов до MUX перенеся, 4 резистора на нижний слой, но тем самым уменьшив площадь GND полигона? Или как не крути наводки на высоомные цепи все равно останутся?

Спасибо за помощь.

Предлагаю радикальное изменение - все резисторы подключить к выходу операционника, а общий вывод коммутатора ко входу ОУ и покороче. Это раз. А вообще мне не нравится включение ОУ с усилением меньше 1, лучше сделайте неинвертирующий усилитель и делитель на входе.

Спасибо за помощь.


Я так изначально и сделал, но товарищ хороший электронщик посоветовал перенести резисторы именно “до” MUX, на тот случай что если на вход подадут большое напряжения, может пролазить несколько КВ, MUX не сгорит.


Т.е. сначала максимально ослабить, получается в 1000 раз (для max диапазона +/- 1000), а потом усиливать при необходимости в 1000 раз если на вход подали 1 Вольт?
Если не сложно объясните, пожалуйста, на пальцах чем такой вариант лучше инвертирующей схемы с задаваемым ослаблением.

Ну я конечно не считаю себя очень большим знатоком, так что мои комментарии Вы рассматривайте не как указание к действию, а как пищу для размышлений. Я плохо подкован в теории, но какой-то практический опыт есть. Под делителем на входе я подразумевал использование Вашего мультиплексора для переключения резисторов в нижнем плече делителя. То есть Ваш входной мегаомный резистор остаётся, а резистор на землю переключается. Я так понимаю, что мерять нужно не переменное напряжение, а постоянку, поэтому можно будет подключить ещё и конденсатор с неинвертирующего входа ОУ на землю для уменьшения наводок на высокоомный вход. Кстати, даже в Вашей нынешней схеме фильтрующий конденсатор между выходом ОУ и его входом мог бы помочь в борьбе с наводкой. Или нужно мерять и переменку тоже?
А использовать усилители с КУ меньше единицы не рекомендуют из-за большой склонности к возбуждению в таком режиме.
Можно сделать и как Вы подумали - сначала поделить в 1000 раз, а потом подавать на усилитель с переключаемым коэффициентом усиления от 1 до 1000. Но тут тоже просится неинвертирующее включение или нужен дополнительный высокоомный буфер после делителя, и для входного 1В нужно будет усиливать 1мВ, что конечно опять может привести к сложностям в смысле чувствительности к наводкам.

Только кондёрчик мелкий с выхода ОУ на вход "-" в этом случае пробросить надо. Иначе устойчивость может сильно ухудшиться. Или, ещё лучше, последовательную RC- цепочку.

В этом нет ничего страшного. Делитель получается как бы на опере.

Т.е. с учетом входного сопротивления операционника?
Я правильно понял?

Ага, и Вы про кондёр написали. Только здесь фильтрация второстепенна. Главная его фкнкция - обеспечить малый сдвиг фаз в петле ООС для улучшения устойчивости.

Это не совсем верно.
Большинство современных ОУ содержат снутри себя необходимые корректирующие цепи, и могут использоваться при Кос=1 (стопроцентной ООС).
На каждом усилении и делении же будет теряться точность и расти шумы. Так что делитель бы я не вводил без необходимости.

А диоды защитные у Вас зачем?
Киловольты создадут в них токи в единицы миллиампер. Так что проблема выгорания коммутатора явно надумана.
Первым от перенапряжения сгорит резистор R1.
Да и как поможет килоомный резюк входному мегомнику?

Нет, но и я выразился фигурально.
Входное сопротивление ОУ должно быть большим. С биполярным входным каскадом ОУ не подойдёт - погрешность из-за входных токов будет значительной.

Ага. Значит я Вас все-таки понял правильно
А то, знаете ли, начал сомневатся в своих неглубоких познаниях аналоговой техники и использования ОУ в частности

Всем спасибо за помощь.


У меня и практики в аналоговой электронике не очень много
По этому взял типичную схему входного каскада который использовался нескольких серийно производимых измерительных устройствах.


Спасибо, понял.


Это мотор тестер, т.е. нужно мерять и переменное напряжение (обычно искровые разряды в первичной или вторичной цепи (через емкостной датчик) системы зажигания).


Во втором каскаде (MUX выбора одного из 8 каналов -> ОУ инвертирующий) стоит фильтрующий конденсатор.


За время испытаний (больше года) проблем с возбуждением ни разу не было.


Мне кажется такой вариант будет менее оптимальным.


При эксплуатации данного железа (изначально к сожалению подумал об этом написать) Киловольты могут быть только с очень слабым током (в основном статика на автомобиля и частичный пробой изоляции высоквольного провода на емкостной датчик).
Диоды по замыслу для защиты в моменты переключения MUX и в режиме ограничения ОУ, т.е. пользователь выбрал диапазон +/- 2, а на самом деле подал 100 В.


Точно уже не помню, но по-моему до защиты если ОУ в режиме ограничения.


В принципе помех / наводок при использовании металлического корпуса – НЕТ, я просто хотел для себя разобраться есть ли возможность уменьшить влияние внешних наводок путем оптимизации трассировки.

Уменьшить длину проводников. Для этого надо компоненты располагать не "чтоб красиво", а так, чтобы длина чувствительных к наводкам проводников была минимальна. Проводники надо вести по кратчайшему пути, а не под прямыми углами и под 45 градусов. И компоненты надо использовать минимального размера, а не те, которые в ближайшем магазине продаются.

По схемотехнике: надо включить керамический кондер малой емкости (хотя бы десяток пик) между "-" входом и выходом ОУ. Это повысит устойчивость работы ОУ и заодно снизит наводки. А защитные диоды на входе должны быть с малыми утечками, как минимум BAV199

Не меня, а ващще.
Самонадеянность слепа. Сомнение - спутник разума.

Подумайте...

Диоды не помешают- коммутатор может "защелкнуться" от превышения напряжения на входе по отношению к напряжению питания. Хотя нужно посмотреть допустимые токи ч/з внутренние защитные диоды коммутатора данного типа- может быть, в мыслимом диапазоне вх. напряжений и возможных помех/наводок превышения не будет в принципе при мегаомном резисторе.

Да я не против защитных диодов; как раз наоборот.
Собственно, речь о том, что при их наличии ставить реисторы перед коммутатором не имеет смысла.

Хм.. Как то зазоры на плате маловаты для киловольтов

1)если собираетесь мерять переменные напряжения, то сразу возникает вопрос о паразитных емкостях.

2) цепь ООС можно сделать гораздо грамотнее - с регулируемым делителем напряжения. То есть с выхода ОУ на землю переключаемый делитель, а уже со средней точки делителя идет резистор ООС на вход ОУ.

Сообщение отредактировал =L.A.= - Jul 17 2008, 05:34

Вообще, включение доп. резисторов последовательно с входами коммутатора может иметь смысл в том случае, если падение напряжение на внешних защитных диодах превосходит падение на внутренних диодах подлжки ИМС, при одинаковых токах, само собой. При таких условиях ток при перегрузке входа потечет, в первую очередь, через диоды ИМС. При наличии резисторов доп. падение на них приведет к открывание внешних защитных диодов. Но, в подавляющем большинстве случаев, диоды типа КД510-521 открываются при меньшем напряжении, чем диоды подложки ИМС.