О фильтрации выходного сигнала драйвера АЦП Опции

[DSIoffe]

Здравствуйте все!
Я хочу слегка отфильтровать выходной сигнал драйвера АЦП перед тем, как подать его на вход АЦП. Обычно предлагают по небольшой RC-цепи на каждом из выходов драйвера (R9*C8 и R10*C10 на приложенном рисунке). Методом научного тыка в плату я заменил обе ёмкости на одну между входами АЦП (C9). Так получалось меньше шума после АЦП. По результатам моделирования в Micro-Cap фильтрация тоже получается лучше.
Вопрос: есть ли тут грабли? Чем одна ёмкость между входами АЦП хуже, чем по одной ёмкости с каждого входа на землю? Или надо ставить все три ёмкости?
Заранее признателен.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[dxp]

Здравствуйте все!
Я хочу слегка отфильтровать выходной сигнал драйвера АЦП перед тем, как подать его на вход АЦП. Обычно предлагают по небольшой RC-цепи на каждом из выходов драйвера (R9*C8 и R10*C10 на приложенном рисунке). Методом научного тыка в плату я заменил обе ёмкости на одну между входами АЦП (C9). Так получалось меньше шума после АЦП. По результатам моделирования в Micro-Cap фильтрация тоже получается лучше.
Вопрос: есть ли тут грабли? Чем одна ёмкость между входами АЦП хуже, чем по одной ёмкости с каждого входа на землю? Или надо ставить все три ёмкости?
Заранее признателен.

Емкости на землю ставятся для развязки выхода источника от импульсной нагрузки, которой является вход АЦП при работе его входной схемы (там схема на переключаемых конденсаторах, которые потребляют импульсный ток). А именно фильтрующей емкостью является та, что между входами. Если не ставить емкости на землю, то возможен импульсный дрейф постоянки в зависимости от того, насколько несимметричное потребление по входам АЦП. Наличие емкостей на землю должно решать этот вопрос. И не должно ухудшать ситуацию по шумам. Если только там с разводкой какие-то вопросы - например, если по этим цепям текут паразитные токи.

[Xenia]

Была 15-го числа на семинаре в Москве "АЦП/ЦАП Texas Instruments. Свойства, особенности, примеры применения". Так там очень настойчиво советовали не ставить конденсатор между входами АЦП сигма-дельта типа. А у вас какого типа АЦП?

[DS]

Если вход АЦП дифференциальный, т.е. измеряет разность между + и -, то конденсатор между входами предпочтительнее двух на землю почти при любых условиях. Так как фильтруют то, что нужно, не подмешивая помехи с земли.

[Designer56]

Добавлю: С9 фильтрует дифференциальную составляющую сигнала, а С8, С10- и дифференциальную и синфазную. Однако при разбросе емкостей С8, С10 между собой симметрия диф. выхода уменьшается на ВЧ части полосы. При одинаковых R9, R10, естественно. С9 несколько снимает эту проблему, но вообще- то в таком случае его емкость должна быть на порядок выше С8, С10. В данной схеме, это скорее всего, невозможно.

[WEST128]

Из личного опыта убедился, что некоторые микросхемы драйверов очень плохо реагируют на дифференциальную емкость, вплоть до самовозбуждения. К тому же амплитуда сигнала на С9 двойная, а следовательно, емкость С9 каждым выходом воспринимается как удвоенная. Т.е. фактически каждый выход у вас нагружен на 30 пф. Исходя из анализа документации на АЦП от различных производителей, отметил следующее : на частотах до 100 МГц ставят все 3 емкости, на частотах до 300 МГц - что-то убирают, чаще синфазные (С8, С9), на частотах выше 300 МГц - вообще ничего нет (не считая паразитных по плате). Только выше 100-150 МГц драйверы, как правило, уже не ставят, дабы не ухудшать характеристики АЦП.

[Myron]

...вообще- то в таком случае его емкость должна быть на порядок выше С8, С10...

Я бы сказал, в 2 раза больше (см. теорию фильтров).

[one_eight_seven]

Я бы сказал, в 2 раза больше (см. теорию фильтров).

Это если с8 и с10 совпадают. А на практике купить хотя бы 1% конденсаторы не так и просто.

P.S. Фильтр лучше ставить на входе усилителя, а не на выходе.

[Myron]

Это если с8 и с10 совпадают. А на практике купить хотя бы 1% конденсаторы не так и просто.

P.S. Фильтр лучше ставить на входе усилителя, а не на выходе.

Это не антиалиайзинг фильтр. Это RC цепь, главная задача которой убить ухудшение фильтрации X1 далеко выше мах рабочей частоты (выходной импеданс у Х1 увеличивается с частотой, т.к. нет возможности выбрать Х1 с мах частотой в 100...10000 выше мах рабочей частоты да и усиление Х1 с разомкнутой ОС падает с частотой). Постоянная времени RC цепи обычно выбирается так: t=(N+1)*ln(2)*R9*C8 < 1/Fsampling (для R10, C10 аналогично) (С8 и С10 должны успеть перезарядиться за время между выборок с ошибкой меньше половины величины младшего разряда АЦП). На высоких ч. я бы использовал в формуле (С8+Спаразит+С3IIC4.), где Спаразит. - все паразитные емкости правее Х1, C3IIC4 - последовательно соединенные С3 и С4 (аналогично для другого плеча). На практике эта цепь также убивает пролазы с АЦП. Поэтому С8, C10 надо поместить как можно ближе к АЦП. Понятно, что просто использовать С8, С10 с нулевым R9 и R10 нехорошо, даже при малых С8. Мах величина R9 и R10 ограничена необходимой полосой и паразитными конденсаторами справа от R9 и R10.

[one_eight_seven]

Те вещи, о которых вы написали (в той части которая об очень высоких для АЦП частотах), делаются до усилителя, т.к. частоты намного выше максимальной выпрямляются входными цепями ОУ и потом от них уже не избавиться. И расхождение между C8 и С10 очень сильно ухудшает работу всего фильтра, что частично компенсируется увеличением C9, поэтому рекомендуется, чтобы он был как минимум в десять раз больше, чем величина C8, С10. Своего рода Rule of Thumb, как называют это буржуи.

Дальше о том, что вы написали правильно:
На входы АЦП ставятся небольшие резисторы и максимальная величина их определяется входными токами АЦП и допустимой ошибкой преобразования (обычно жертвуют одним битом). Конденсатор между дифференциальными входами АЦП (С9) обычно не ставят. Точнее, я не встречал АЦП, где бы он требовался производителем. С8 и С10 производителем, обычно, требуются - это надо смотреть конкретный Datasheet на конкретную микросхему, они выполняют роль буффера для SAR-АЦП на переключаемых конденсаторах, а резисторы защищают ОУ от переходных процессов из-за переключений SAR-АЦП, и обеспечивают его (усилителя) стабильность. Кроме того, они защищают входы АЦП.
Всё так, но в этой части не фигурирует C9.

[Designer56]

Это если с8 и с10 совпадают. А на практике купить хотя бы 1% конденсаторы не так и просто.

Вот именно. Тем более, что конденсаторы емкостью 10 пик и на 5% уже редкость.По причине трудности измерения такой малой емкости с достаточной точностью в промыщленных условиях, а самое глоавное- из- за того, что емкость монтажа и входные емкости активных элементов того же порядка и все равно картину портят, поскольку малопредсказуемы. Есть прецизионные К10-43, вроде у низ заявлено от 10 пФ, но я всю жизнь из пользую, но ни разу такого номинала не видел. В схемах диффусилителей иногда даже предусматривается балансировка переменным конденсатором для получения приемлемых КОСС на ВЧ.

[ledum]

Фраза из даташита на LTC2209

Input Filtering
A first order RC low pass filter at the input of the ADC can
serve two functions: limit the noise from input circuitry and
provide isolation from ADC S/H switching.
С конденсаторами тоже никаких проблем, например,
http://search.digikey.com/scripts/DkSearch...035A100FA16A-ND
или
http://search.digikey.com/scripts/DkSearch...035A100FA16A-ND
вообще-то там 89 позиций 10пФ 1% конденсаторов.
Мюрата до 9.9 пик делает с точностью +-0.05 пФ (буква W). Мы в полифазных фильтрах на 2-38 МГц используем их 1% 39 пФ
(здесь я немножко кривлю душой нам точность не важна - важна одинаковость номиналов в вертикальных четверках)

Сообщение отредактировал ledum - Oct 22 2009, 09:08

[one_eight_seven]

Не знаю, как у вас в Киеве, а у нас в Москве такая позиция, как 1% конденсаторы на складах не держится. По крайней мере, я не нашёл, и всё, что мне смогли предложить -везётся из-за границы. И очень большое время проводит на таможне. Кроме того, для целей разработки покупать конденсаторы упаковками по несколько тысяч штук каждого номинала - тоже проблема. Digi-Key - это тоже везти из-за границы, и тоже будет томиться на таможне.

Более того, цена, которую просят за такие конденсаторы тоже меня не может устроить в таком применении, как очень грубый (по точности) фильтр защиты от ЭМП. Ведь в этих цепях достойно себя показывают и 5% NP0.

[ledum]

Не знаю, как у вас в Киеве, а у нас в Москве такая позиция, как 1% конденсаторы на складах не держится. По крайней мере, я не нашёл, и всё, что мне смогли предложить -везётся из-за границы. И очень большое время проводит на таможне. Кроме того, для целей разработки покупать конденсаторы упаковками по несколько тысяч штук каждого номинала - тоже проблема. Digi-Key - это тоже везти из-за границы, и тоже будет томиться на таможне.

Странно, первые партии кондеров мы везли из Москвы. Сейчас - да - заказываем 1000 штук на Вдмаисе и через две недели они у нас . Кстати, в фильтре ПЧ на 788МГц у меня стоит Мюрата (0.3 +-0.05) пФ , который мы поначалу тоже возили из Москвы. Обычные конденсаторы 0603 и 0805 10шт и 100шт на Кардачах стоят одинаково (опт ) - так что даже для эспериментов получается выгоднее брать больше.

Сообщение отредактировал ledum - Oct 22 2009, 09:43

[Xenia]

Кондёры это спасение от высоких частот. А вот кто бы подсказал входной (относительно АЦП) фильтр для глушения сетевой наводки 50 Гц.
Проблема в следующем - измеряются биопотенциалы человеческого тела, из-за чего полезный сигнал слабый, а сетевые наводки относительно велики (т.е. амплитуда полезного сигнала на порядок меньше частоты 50 гц, которая туда проникает). Частота наводки легко отфильтровывается цифровыми методами, но только в том случае, если ... она не зашкаливает за пределы шкалы АЦП. Вот и получается, как между Сциллой и Харбидой - при малом коэффициенте входного усиления наводку удается устойчиво держать в рамках, однако полезный сигнал при этом слишком мал и грубо оцифровывается, а если прибавить усиление, то сигнал становится достаточно интенсивным, но тогда сетевая наводка слепит АЦП, т.к. в местах зашкалов пропадает вклад полезного сигнала.
Вот если бы можно было еще до входа АЦП пусть не полностью отфильтровать 50 Гц, а хотя бы понизить ее амплитуду на порядок, то был бы полный ажур. Кондёрами, как понимаете, эта проблема не решается. Нужен какой-то узкополостный фильтр низких частот. Кто-нибудь встречал нечто подобное перед входом на АЦП?
P.S. Область частот полезного сигнал 100-400 гц, это, к сожалению, слишком близко к 50 гц, чтобы давить низкую частоту грубо (типа того, чтобы поставить разделительный конденсатор на проходе) - вместе с 50 герцами такой фильтр завалит мне и полезный сигнал.