Проебразователь ток-напряжение, как бороться с наводками?? Опции

[deus]

Есть преобразователь ток-напряжение.
На вход поступают импульсы тока, амплитудой от 1 мкА до 10 мА. Длительность импульсов от 1 до 50 мкс. Перключением реле изменяется коэффициент преобразования/усиления. Сигнал на выходе приводится к диапазону 1 В. Измерение параметров импульсов производится при помощи цифрового осциллографа.

Все хорошо, только при максимальном коэффициенте преобразования ~100000 (токи 1-10 мкА) схема ловит посторонние шумы и наводки, в особенности от DC-DC преобразователей AIMTEC, которые находятся на одной плате с данным преобразователем.
Может у Вас возникнут какие-либо мысли по поводу улучшения помехозащищенности или других методов борьбы с наводками в моем случае.

Схема прилагается:

Вот так выглядит преобразованный сигнал:
Амплитуда P-P импульсов тока ~ 5 мкА.
То, что это наводки от DC-DC конверторов проверено точно. Кстати конверторы, 2 шт - про-во AIMTEC AM1DR-1212S. Они необходимы для обеспечения гальванической развязки некоторых узлов схемы.
Я уже думаю, может эти конверторы слишком шумные, или это свойство все подобных преобразователей. Может есть смысл их заменит на другие. Посоветуйте.
Заранее благодарен.

[Aleks17]

Преобразователи менять думаю смысла нет. Советы попробую дать следующие:
а) после импульсных преобразователей поставить линейные low-drop (у них пульсации на выходе гораздо меньше) а те 200 мВ, что они скушают думаю не так уж и важны. Вообще это по-моему общепринятая практика для аналоговых схем где требуется обеспечить высокое соотношение сигнал/шум.
б) фильтрации напряжения (вторичного). Т.е. индуктивность (сопротивление) - ёмкость (ещё лучше - для каждого ОУ персонально)
в) как-то смущает ваш входной каскад. У вас + вход операционника привязан к земле. Может стоит использовать дифференциальную схему включения ?

[deus]

2 Aleks17
по а) и б)
Дело в том, что преобразователи DC-DC запитывают другие части схемы, не связанные с данным преобразователем ток-напряжение.
На приведенной мною схеме этого не видно, но операционники как раз запитываются от low-drop стабилизаторов + кондеры по питанию на каждый вход +- 5VA каждого операционника. Это у нас, как говорится, даже не обсуждается...

по в) не совсем понял как в данном случае реализовать дифференциальную схему включения. Входной каскад - классическая схема перобразователя тока в напряжение с коэффициентом преобразования К = Iвх*Rобр.связи, то есть в данном случае это будет K1=I*3300 или K2=I*32,7 (в зависимости от состояния реле К17). + операционника посадили на 0V потому, что ток должен утекать на землю.
Был вариант с гальванически развязанным входным каскадом. Но при этом опять встал вопрос о запитке входного операционного усилителя от DC-DC преобразователя. При этом наводки были ещё больше и чаще. Вообщем я сдела для себя вывод что данные преобразователи напряжения не для прецезионных схем.

[Aleks17]

Ну, в вашем случае все паразитные импульсы на земле передадутся на выход первого каскада с коэффициентом 1:1, учитывая, что усиление последующих каскадов значительное, вы их увидите на выходе в виде ...
Не пробовали простой вариант: резистор (для выделения напряжения) + дифференциальный усилитель. Вариантов то большое кол-во, для выбора правильного надо думать и пробовать.
Ещё один момент - диоды на входе обычные или шоттки? Надо шоттки.

[Dmitron]

Угу, для получения высокой чувствительности приходится делать собственные DC/DC.

Какого рода помеха? Синфазная, али противофазная?

[=AK=]

Не пробовали простой вариант: резистор (для выделения напряжения) + дифференциальный усилитель.

Вот и я думаю: а на фига там операционник на входе? Я бы поставил эти 33 ома или 3.3к на землю, и усиливал бы потом напряжение.

Понятное дело, что с ОУ входное ниже, но неужели это так критично? При 5 мкВ p-p входного тока на 3.3к падение всего +/- 8 мВ, неужто это влияет на точность измерения?

[dxp]

по в) не совсем понял как в данном случае реализовать дифференциальную схему включения. Входной каскад - классическая схема перобразователя тока в напряжение с коэффициентом преобразования К = Iвх*Rобр.связи, то есть в данном случае это будет K1=I*3300 или K2=I*32,7 (в зависимости от состояния реле К17). + операционника посадили на 0V потому, что ток должен утекать на землю.

Идея в том, что источник тока подключается не через землю, а обоими концами на вход ОУ, включенного как преобразователь тока.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[_artem_]

На осциллограмме видно две частоты кроме полезной - где то 60 КГц и чтот около мегагерца. Думаыу что первая - родная преобразователя , а вторая паразитная ли? Если да то хорошо бы разобраться с ней .
На такой чувствительности и частоте усиления может даже правильная схема с плохой трассировкой отказывать.

На первом каскаде реле не ставил бы - уж слишком мал сигнал и высока частота хотя и входное сопротивление маленькое тоже.Можно это проверить его выпаиванием и проверкой осциллографом на минимальном входном напряжении. Можно уменьшить коэффициент усиления первого каскада для работы без ограничения а догонять на следуюших , в случае когда диапазон входного напряжения позволяет это сделать.

Если поставили кондеры на питание это еше не означает что все хорошо. Надо бы питание ОУ все таки проверить - на больших частотах PMRR очень низкий бывает.

Надеюсь экранировка у вас сделана ?

Аналоговая или сигнальная земля тоже нуждается в отдельном рассмотрении.

Может стоит поставить фильтр на выходе DC DC конвертера и оценить пульсации на его выходе? А каковы пульсации питания прямо на выводах питания ОУ ?

[iosifk]

Идея в том, что источник тока подключается не через землю, а обоими концами на вход ОУ, включенного как преобразователь тока.

Абсолютно верно. И здесь надо добавить, что если ОУ включен как интегратор, то он может интегрировать только те сигналы, которые входят в его полосу частот, где он усиливает сигналы.
Если приходит импульсная помеха в той полосе частот, которую усилитель на пропускает, то его перекашивает по входу и возможно входные каскады входят в насыщение. Потом выходные каскады судорожно пытаются этот перекос задавить. Т.е. Вы получаете импульсный усилитель помехи.
Вывод: высокочастотную импульсную помеху надо давить ДО первого каскада!
Методы известные:
пассивные фильтры во входном проводе, экранирование, симметрирование входных линий, гальваническая развязка и др.
Кстати, на одном из входов есть резистор, а другой напрямую на землю...

Удачи!
И с НГ!

[deus]

Ответы на некоторые вопросы:
1) Вариант с шунтом нами рассматривался изначально но макетирование показало что из за большой паразитной емкости линии по которой течет измеряемый ток, фронты и срезы импульсов слишком заваливаются. То есть, паразитная емкость + шунт образовывала фильтр. Кроме этого, есть ещё требования по макимальному падению напряжения на шунте. Надо веть, кроме микроамперов ещё и 10 мА преобразовывать... То есть, если, случайно 10 мА попадут на 3,3кОм = не выполняем ТЗ.
2) Пульсаций по питанию как операционников так и самх DC-DC перобразователей НЕ наблюдаю. Фактически, я нигде на плате не вижу ту помеху, которая присутствует на выходе преобразователя (см. мою осциллограмму).
3) Весь преобразователь экранирован, экран соединяли как с 0V, так и с корпусом всего изделия. Результаты мало утешительные в обоих случаях. Что по моему лишний раз говорит о том что помеха наводится на измерительную линию (на схеме обознач как Импульсы тока), которую в принципе всю экранировать нельзя + она достаточно длинная.

А так, ВСЕМ спасибо. Сейчас обрабатываю полученную информацию.
О результатах сообщю, как только они будут...

Всех с наступающим! Удачи!

Сообщение отредактировал deus - Dec 30 2005, 09:12

[Tanya]

Что-то мне непонятно. R147 именно так и включен? И вообще многое непонятно. Зачем второй каскад с небольшим усилением, и почему там 100 и 200 ом(нужна большая полоса)? Зачем DA25? Зачем диоды? Ведь 8065 по входу защищен (точно не помню, но около 10 ма). Совсем непонятно, почему 33 ома в первом каскаде. Это никак не сочетается с килоомом... Вообще 10 миллимпер на 1 килооме даст 10 вольт.

[Tanya]

Что-то мне непонятно. R147 именно так и включен? И вообще многое непонятно. Зачем второй каскад с небольшим усилением, и почему там 100 и 200 ом(нужна большая полоса)? Зачем DA25? Зачем диоды? Ведь 8065 по входу защищен (точно не помню, но около 10 ма). Совсем непонятно, почему 33 ома в первом каскаде. Это никак не сочетается с килоомом... Вообще 10 миллимпер на 1 килооме даст 10 вольт.

Вопрос был в том, что этот самый килоом НЕ шунтирован конденсатором. А надо, так как входную емкость надо задавить. Иначе, как раз, всплески и появятся.

[тавр]

ИМХО:
1. R147 не нужен (вреден).
2. Перераспределить козф. преобразования: на порядок увеличить ток-напряжение, т.е. не 3,3 кОм, а, например, 33 кОм (соответственно причесать емкости конденсаторов). Соответствующим образом уменьшить усиление по напряжению. А может вообще обойтись одним "чистым" преобразователем ток-напряжение? R78 - 100 кОм, R147 - долой в любом случае. Выход через разделительный конденсатор.

[Stanislav]

ИМХО:
1. R147 не нужен (вреден).
......................

Да, мне тоже кажется, что наводки - из-за него. Однако, без этого резистора оперу может быть плохо, если импульсы тока имеют крутые фронты (из-за перегрузки входного каскада ОУ DA24). Я бы применил в качестве преобразователя ток-напряжение усилитель с токовым входом, от тех же AD (AD8000 и иже с ним), т.к. они имеют очень низкое вх. сопротивление по токовому входу и из-за этого менее чувствительны к помехам.

Далее, схему нужно упростить. Каскады на ОУ DA29 и DA35 представляются явно избыточными. Их удаление также благотворно скажется на помехоустойчивости схемы.

[Tanya]

ИМХО:
1. R147 не нужен (вреден).
......................

Да, мне тоже кажется, что наводки - из-за него. Однако, без этого резистора оперу может быть плохо, если импульсы тока имеют крутые фронты (из-за перегрузки входного каскада ОУ DA24). Я бы применил в качестве преобразователя ток-напряжение усилитель с токовым входом, от тех же AD (AD8000 и иже с ним), т.к. они имеют очень низкое вх. сопротивление по токовому входу и из-за этого менее чувствительны к помехам.

Далее, схему нужно упростить. Каскады на ОУ DA29 и DA35 представляются явно избыточными. Их удаление также благотворно скажется на помехоустойчивости схемы.

Про что и речь... 8065 имеет хитрый входной каскад (мелким-мелким шрифтом написано)- как только входное напряжение подбирается к плюсу питания на 1.5 вольта, так сразу входной ток меняется на много порядков (от пико- до микро-). Со всеми вытекающими последствиями на фронтах. При этом ничего не горит (это штатный режим), а только иголки лезут. И пролезают в другие места, хотя на шинах питания ничего страшного не видно.
А у автора (который потерял, видимо к этому интерес) стоят, наверное, 8066 - сдвоенные 8065...