Токовая петля и АЦП, сопряжение сигнала 4-20 мА с АЦП Опции

[Evgenius_Alex]

Доброго времени суток!

Надеюсь вопрос достаточно простой и распространённый, с которым сталкивались многие.
Есть проблема сопряжения аналогового входа 4-20 мА с АЦП микроконтроллера.
Схема, по идее, должна обеспечивать защиту входа АЦП от перенапряжений и высокочастотных помех.
Схем, готовых сразу к промышленному использованию не нашёл.

Может кто даст советы, ссылки или может готовые решения данной задачи?

P.S. Желательно, на легкодоступных компонентах без специфических и дорогих микрохем.

Заранее спасибо за ответ!

[Iptash]

...
P.S. Желательно, на легкодоступных компонентах без специфических и дорогих микрохем.

Вопрос у вас специфичный. Есть оптоизолированные усилители. В интернет магазинах легкодостоваемые. Стоят они как 2 бутылки водки, дорого это
или нет решать вам.

[RKS]

от токосъемного резистора делитель на какой-нибудь OPA376. Только про защиту не забыть например от замыкания в шлейфе - это когда на токосъемном резисторе, обычно низкоомном, вдруг оказывается от 8 до 30 вольт...

[=AK=]

Есть проблема сопряжения аналогового входа 4-20 мА с АЦП микроконтроллера.
Схема, по идее, должна обеспечивать защиту входа АЦП от перенапряжений и высокочастотных помех.

Я использую решение довольно специфическое, "заточенное" под АЦП ADS1015. У него встроенный усилитель, поэтому в качестве шунта использую резисторы 10 Ом. Соответственно, в рабочем режиме напряжение на шунте не превышает 200 мВ, что недостаточно для отпирания кремниевого перехода. Вот это обстоятельство я и обыгрываю: от шунта идет отвод через резистор 100 Ом, к второму концу резистора подключен кондер 100 нФ на землю и встречно-параллельно включенные диоды с малой утечкой (сборка BAV199), тоже на землю. От этой точки - еще один резистор 100 Ом на вход АЦП.

[Plain]

Например, цепь из предохранителя/резистора, ограничителя, и источника тока на NMOS и резисторе датчика (эталоне). Ограничитель берётся с низкой утечкой, т.е. номинал более 10 В. Затвор NMOS должен быть блокирован относительно общего конденсатором. В общем случае его можно просто пассивно зафиксировать на определённом уровне, потому что напряжение стока ограничено номиналом ограничителя, а среди 20-вольтовых NMOS достаточен выбор с низким порогом. Если нужных для затвора напряжений в приборе нет, то альтернативное решение — обеднённый ПТ.

[shf_05]

http://www.avagotech.com/docs/AV02-0886EN

в этом даташите есть на стр. 15 то что вам надо?

[Herz]

Например, цепь из предохранителя/резистора, ограничителя, и источника тока на NMOS и резисторе датчика (эталоне). Ограничитель берётся с низкой утечкой, т.е. номинал более 10 В. Затвор NMOS должен быть блокирован относительно общего конденсатором. В общем случае его можно просто пассивно зафиксировать на определённом уровне, потому что напряжение стока ограничено номиналом ограничителя, а среди 20-вольтовых NMOS достаточен выбор с низким порогом. Если нужных для затвора напряжений в приборе нет, то альтернативное решение — обеднённый ПТ.

Что-то я ничего не понял. А для чего источник тока? Зачем на ПТ?

http://www.avagotech.com/docs/AV02-0886EN

в этом даташите есть на стр. 15 то что вам надо?

Вряд ли это такой уж распространённый компонент. Да и автор не просил изолированного решения.

[x-men]

Что-то я ничего не понял. А для чего источник тока? Зачем на ПТ?

Речь видимо идет об ограничении напряжения на шунте и дополнительном ограничителе тока.

Предлагаю простой вариант с защитой шунта. Может быть по ситуации подойдет.
Шунт можно взять "побольше и потолще", например 200 Ом. До шунта ставится самовостанавливающийся предохранитель миллиампер на 50.
Если предполагать питание цепи тока от источника 24В, то максимальный ток в цепи тока при замыкании датчика будет ограничен на уровне примерно 0,1А. 2 Вт конечно достаточно большая мощность для шунта, но через некоторое время сработает предохранитель. Сопротивление шунта немного уплывет после такой прожарки, но цепь останется целой.
После шунта RC-фильтр и прочее.
С ограничителем тока намного лучше, но для многоканальных устройств получится пообъемнее.
В общем зависит от требований к реализации.

[Plain]

ничего не понял. А для чего источник тока? Зачем на ПТ?

Делается обыкновенный источник тока — на заведомо более 20 мА, т.е. предела интерфейса. При номинальном токе в цепи транзистор открыт, при превышении — переходит в линейный режим.

Про ПТ непонятный вопрос. Вносимой током утечки затвора погрешностью можно пренебречь, а если сделать его на биполярном, то дополнительно понадобится измерять ток базы и вычитать его из тока эмиттера.

[shf_05]

может тогда для защиты просто шунт, если на нем больше 0,6В падает, то открываем транзистор сливаем "лишний" ток в обход остальной схемы, конечно, если вместо 20мА может на вход прийти 1А и сотни вольт, то защита должна быть посложнее, чем резисторо-транзисторная.

от перенапряжения (относительно чего перенапряжения?) спасают супрессоры, далее преобразователь ток напряжение на ОУ, RC фильтр и диоды на питание АЦП перед самым его входом, вот вход АЦП обвязан...
ну смотря от каких помех еще защититься есть желание...сложность защиты и фильтров возрастет, можно и к схеме с гальваноразвязкой постепенно прийти...
от каких помех собираетесь спасаться?

[Herz]

Делается обыкновенный источник тока — на заведомо более 20 мА, т.е. предела интерфейса. При номинальном токе в цепи транзистор открыт, при превышении — переходит в линейный режим.

Про ПТ непонятный вопрос. Вносимой током утечки затвора погрешностью можно пренебречь, а если сделать его на биполярном, то дополнительно понадобится измерять ток базы и вычитать его из тока эмиттера.

Я всё равно не понял, уж извините. Если источник тока только для ограничения при к.з. в линии, то зачем его делать прецизионным?

[RKS]

Предлагаю еще один вариант - ограничитель тока. Обычному датчику требуется питание от 8 до 30 вольт. Можно выдавать это питание через ограничитель. Если входов несколько то ограничитель должен ограничивать по суммарному току - количество входов умноженное на 20 миллиампер. Еще полезно этот суммарный ток мерить. Если вытекает столько сколько суммарно втекает по входам то порядок. Если вытекает больше чем намерено - значит где то утечка в шлейфе, если вытекает меньше чем намеряно - значит что-то снаружи пролезает. Каждый шунт надо рассчитать чтобы от суммарного разрешенного тока не сгорел. Можно параллельно резистору поставить сапрессор, чтобы если шлейф замкнется то на сапрессоре все выпало и ограничитель сразу отключил. Ну и не забыть триггерную защиту в ограничитель, чтоб независимо от мозгов выключил...

[Plain]

Я всё равно не понял, уж извините. Если источник тока только для ограничения при к.з. в линии, то зачем его делать прецизионным?

Давайте согласуем. Выше было сказано, что во входной цепи, т.е. от плюса к общему проводу, четыре детали — предохранитель, ограничитель, транзистор и резистор. Последние две образуют источник тока.

Если резистор, например, такой, то например транзистор SI3460DV при фиксации затвора на уровне 3,3 В ограничит ток через него на уровне от приблизительно 23 мА при –55°C до 25 мА при +85°C. Как видите, ничего прецизионного в таком диапазоне нет.

[x-men]

Давайте согласуем. Выше было сказано, что во входной цепи, т.е. от плюса к общему проводу, четыре детали — предохранитель, ограничитель, транзистор и резистор. Последние две образуют источник тока.

Если резистор, например, такой, то например транзистор SI3460DV при фиксации затвора на уровне 3,3 В ограничит ток через него на уровне от приблизительно 23 мА при –55°C до 25 мА при +85°C. Как видите, ничего прецизионного в таком диапазоне нет.

Вроде этого? Я Вас правильно понимаю?

На уровне 25 мА должно работать.

[Plain]

правильно понимаю?

Нет. Выше было повторено, что деталей четыре. У Вас три.

На уровне 25 мА должно работать.

Нет. Выше также было повторено, что затвор должен быть зафиксирован. Пририсуйте к схеме три ёмкости ПТ, подайте на неё прямоугольник 20 В и анализируйте результат, сопоставляя его с указанным в разделе "ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS" из бумаги на TL431.