Вот Вы и вникли в проблему.
Автору нужно очень точно вычитать фон, поэтому такой сыр-бор. А в "установившемся равновесии" (которое не устанавливается с нужной точностью) провал (пусть не полный) одного полупериода?
Мне тут только что одна, возможно, глупая мысль пришла.
Если у автора засветка только лампами накаливания, то поставить еще одну лампочку (идентичную), питаемую от той же сети, детектор на нее идентичный (с кабелем) и после усилителя управляемый делитель (умножающий ЦАП). Подбирая коэффициент деления, добиваемся (динамически) нулевого сигнала на 100 Гц. Ну не совсем нулевого.
Остаток добиваем кубической интерполяцией сэмплов фоновой засветки. Два измерения до и два после импульса подсветки.
Еще можно вместо ТИ усилителя взять IVC102 или DDC от TI.
Там ворота можно открывать-закрывать на интегратор.

Нет, к сожалению не только лампами накаливания.
Кстати, с DDC112 работал как-то раз, в итоге от трансимпедансного усилителя можно бОльшего отношения сигнал-шум добиться.

В итоге, в сухом остатке:
-> использовать ли синхронизацию относительно 50 Гц частоты 8 кГц - 50/50, надо пробовать. А какую схему для синхронизации - так и не определились.
-> поставить на выходе трансимпедансного усилителя ФВЧ для удаления помех от засветок, в том числе и 100 Гц (может быть ФВЧ сделать цифровым фильтром), а на самом трансимпедансном усилителе организовать ФНЧ для ограничения полосы и защиты от наложения спектра
-> выбрать АЦП ADS1672 вместо ADS1675, так как и 625 KSPS достаточно
-> организовать цифровую фильтрацию данных на скорости 625 KSPS
-> алгоритм работы сделать следующим: значения с АЦП во время подсветки светодиода усреднять, значения без подсветки (в течение 100 мксек) усреднять тоже и два усреднённых значения вычитать. Полученные значения уже отфильтровывать ЦФ для ограничения полосы полезного сигнала 0...40 Гц.
-> выполнить коррекцию ёмкости кабеля для уменьшения фототоков утечки на экран посредством повторителя напряжения на OPA827
Если у кого-нибудь будут дополнительные предложения или коррекции высказанных тезисов, с удовольствием выслушаю.

можно покаркать? и еще лампами дневного света с электронными балластами и малым временем свечения люминофора. А также , чтобы служба мёдом не казалась, и перспективными светодиодными светильниками с электронным импульсным балластом, килогерц на 50-150. Медведев скоро таки запретит лампочки Ильича, могобыть.

имхо аналоговую не стОит , цифровую можно и приспособить. В смысле регулировать период подсветки 125 мкс медленно и печально с точки зрения подстройки под фазу сети, путем исключени\добавления некоторых циклов\клоков каких-нибудь.


не забудьте про 5.5 мкс Settling Time, которое надо еще и увеличить в связи с ненулевым фронтом аналогового сигнала от подсветки.
не надо сразу вот так и усреднять. Лучше усреднять разницу между интерполированными значениями фонофой засветки и собственно отсчетами во время подсветки (для каждого момента Ti) . тем самым 6.28нА , о которых Вы писали как о помехе во время мкксимального фронта внейшней засветки, можно будет нейтрализовать (теоретичски).

Синхронизация в данном случае вредна, т. к. ВЧ помехи привязанные к частоте сети будут детектироваться синхронно.
Лучше выбрать частоту оцифровки некратной частоте сети, тогда помехи будут "размазываться".
Скважность светодиода лучше выбрать равной 2, кратной частоте оцифровки и использовать только вторую половину отсчётов и на вершине и в паузе. Значения в первой половине искажены в процессе установления усилителя и уровень интермодуляции там намного выше.

Имхо обратносмещенного фотодиода, нагруженного на резистор 100к - 1М и разделительного конденсатора (как фильтр первого порядка) вполне достаточно. Цифровой ФВЧ само собой должен быть.

Завышено в несколько раз.

Сначала вычитать из отсчётов на вершине отсчёты в паузе и только потом усреднять разности.


Сообщение отредактировал alexkok - Oct 27 2009, 19:56

Кстати дельная мысль...оцифровывать фон непрерывно, и делать интерполяцию этих отсчетов на момент включения светодиода. И интерполированное значение вычитать в импульсе. С лампами накаливания, учитывая их инертность, это точно сработает. А вот с другими -трудно сказать...

Решение из прошлого века.
Моторчик, синхронный, с ветрушкой. Именно синхронный, асинхронный некатит. Синхронизируется с сетью очень хорошо. Постоянная времени фильтра десятки-сотни секунд. Ну и синхронный детектор сигнала с синхронизацией от вертушки. Сдвиг по фазе учесть в обработке сигнала (неизвестно на какую из трех фаз сядет моторчик, а какая генерит помеху).
Эстеты могут написать модель моторчика с маховиком для микроконтроллера. Только в моделе надо учитывать моменты разгона-торможения ротора во время одного периода синуса с достаточной точностью- десяток точек или более на период.

Ну, я себе представляю это так: Шаг 1. Время подсветки светодиода 25 мксек, в течение которых отсчёты интерполируем МНК (кстати, мне МНК не совсем нравится малой устойчивостью к помехам, но другого на ум пока не приходит) по возрастающей экспоненте. Берём асимптотическое значение, к которой стремится экспонента (Исходим из гипотезы, что фото сигнал возрастает по экспоненте). Шаг 2. Берём 100 мксек, когда светодиод не светит. Разбиваем на 4 участка. В каждом участке проводим усреднение. Четыре усреднённых отсчёта используем для экстраполятора, который определит значение фона, когда была засветка светодиодом. Из величины асимптоты, полученной на первом шаге, вычитаем экстраполированное значение и получаем результирующий отсчёт. Всё это выполняется для каждого отсчёта аппаратно, "на лету". Результирующая выходная частота отсчётов 8 кГц. Как организовать экстраполятор - это, конечно, вопрос. А если ещё учитывать 100 мксек от предыдущего отсчёта, то можно обойтись только интерполятором для восстановления отсчёта фона во время подсветки светодиодом. Сейчас буду писать мат. модель в MatLab'е и смотреть графики величины ослабления фона от частоты засветки в зависимости от применяемого алгоритма.


Это само собой будет. Можно будет изменять частоту 8 кГц в пределах +-1кГц с шагом 1 Гц. Я, кстати, попробовал определить частоту, при которой комбинационная помеха от помехи 50 Гц с учётом разброса +-0.5 Гц была бы как можно дальше от нуля, а лучше вообще не попадала в 0..40 Гц, но такой частоты не существует. Поэтому подобрать 8 кГц для конкретной частоты сети в конкретном месте я смогу, но в другом месте - это не получится.

Имхо, надо интерполировать в соседних интервалах по 100мкс, со всевозможными условиями гладкости (сплайном, например), т.е. получается сплайн по 4 точкам до засветки и по 4 - после. Значение фона во время засветки на предыдущем этапе вычисляете по сплайну итд. для след цикла работы. Усреднения внутри 25мксек для повышения С/Ш.
ЗЫ: а есть гарантия, что во время засветки не полыхнул какой-нить протуберанец? То-то же... Значит, надо еще делать стат. обработку с отбраковкой данных - медианную фильтрацию, например. Да и во время измерения фона за дисперсией значений поглядывать...

1. Ну уверен, что это будет лучше. Думаю, что с учётом разрешения 10 пА фотовольтаический режим будет по шумам применить целесообразнее, чем фотодиодный. В принципе, можно схемку посчитать. Будет время, попробую.
2. А сколько должно быть? При 625 KSPS на весь период 125 мксек будет всего лишь 78 отсчётов. С учётом усреднения и интерполяции этого вполне достаточно, но и меньше будет не очень хорошо. К тому же не забудем про спектр амплитудно-импульсного сигнала, частоту Найквиста и требованиям к ФНЧ от наложений. Здесь можно будет хотя бы обойтись фильтром 2-ого порядка, построенного сразу же на трансимпедансном усилителе, который заодно и полосу ограничит.
3. Не понял, если учесть фронт 5,5 мксек, то из каких отсчётов подставки вычитать? Которые идут сразу же после завершения подсветки светодиодом?




Согласен, имхо, будет самый оптимальный по С/Ш вариант. А вот по поводу амплитуды подсветки - вопрос.Убрать фронт 5,5 мксек? Ведь даже когда он заканчивается, всё равно есть наклон. А вот если все точки в пределах 25 мксек интерполировать, то точки из первых 5.5 мксек также внесут свою лепту в конечный результат, повышая С/Ш. Только вот по поводу МНК сомневаюсь. Может какой другой алгоритм есть?


Я думал об этом варианте в самом начале, но конструктивно его выполнить физически невозможно. Доступ в конструкцию запрещён, доступ в оптический канал - тоже.

Явно напрашивается противоречие меежду целями усреднения - повышения С/Ш, и целью не вдаваться в форму импульса засветки светодиода - т.е интегрирование.

Я так понимаю, что чем больше априорной информации о сигнале, тем лучше. Если априорно известна форма импульса - почему бы её не воспользоваться? Тем более, что это только увеличит С/Ш вычисляемого во время подсветки значения?

Обратносмещенный фотодиод имеет на порядок более высокий динамический диапазон.
Шумы при сильной внешней засветке должны быть примерно те же.

По минимуму достаточно 16кГц, но с синхронизацией по светодиоду.
По одному отсчету на второй половине вершины и паузы.
Фактически это будет преобразователь частоты в ноль.

Для измерения амплитуды это излишне.
Но ФНЧ с частотой среза около 10кГц, чтобы подавить засветку от флуоресцентных ламп, не помешает.

Из отсчёта взятого на вершине вычитать отсчёт в паузе.
Я уже писал, что лучше взять скважность равную двум.

Вот поэтому и нет смысла использовать отсчёты в первой половине, усилитель ещё не установился.

Сообщение отредактировал alexkok - Oct 28 2009, 20:26

С фотодиодным режимом - попробую.
Скважность брать равной двум - не получится. Номинальный ток светодиода 20 мА, максимальный 25 мА. У меня скважность 1/5, т.е. я могу увеличить ток подсветки светодиода в 5 раз. Увеличение этого тока приведёт к увеличению сигнала, и именно для сигнала с засветкой 100 мА я и привёл разрешение в 10 пА. Если сделать меандр, то требуемое разрешение упадёт до 2 пА, что на мой взгляд обеспечить будет совсем нереально. Поэтому и АЦП другое и спектр пошире. А по поводу интерполяции импульса фототока от светодиода - не убедили. Я не понимаю, чем это вариант плох.

Я не об интерполяции писал, а о том что отсчеты после фронта имеют низкую точность и их лучше исключить из обработки.

Честно говоря, не понял. Поясните, пожалуйста. У нас есть 25 мксек импульс фототока от светодиода и 100 мксек фототок от фона. В 25 мксек есть восходящий по экспоненте фронт 5.5 мксек. Нас интересует разность между амплитудой импульса фототока от светодиода и фототока от фона.