|
Защита входа АЦП от постоянного высокого и отрицательного напряжение |
|
|
|
Nov 15 2014, 16:54
|
Частый гость
 
Группа: Участник
Сообщений: 111
Регистрация: 4-09-12
Пользователь №: 73 381

|
Добрый день!
Есть конвеерный АЦП (диапазон работы от 0 до 5В) он цифрует несколько каналов через мультиплексор, сигналы на каналах условно постоянны, т.е. имеют малую переменную составляющую менее 1-2% от постоянного значения, но мультиплексор переключается часто каждые 5-6мкс, и на переходные процессы смены каналов отводится не более 1мкс. При нормальной работе на АЦП поступает от 0 до 5В и все бы хорошо да только в следствии сбоя итд. на каждом из каналов может появится постоянка(т.е. не импульсные помехи, а честное постоянное квазибесконечной длительности*) ) до 30В положительного или до -3В отрицательного напряжения с фронтом нарастания 100-300нс. Мультиплексор это съест нормально т.к. имеет отрицательное смещение и сам питается от 30В, а вот АЦП поплохеет.
Т.е. по сути требуется защита для АЦП которая сработает при выходе входного за границы измерения, отключит вход к примеру, но такой вариант мне категорически не нравится т.к. нужна очень быстродействующая защита, для реализации которой у меня пока нет идей
Второй вариант некий буфер-повторитель перед АЦП который физически не способен выдать иное напряжение как 0-5В. Но переварит на входе -3...30В.
Изначально было требование что нештатный сигнал может быть только до 30В, для него буфер придумался, но потом появилось еще и требование по отрицательному и тут я уже встал...
Добавим перчинку к задаче*) Буфер должен быть прецизионным, т.е. вносить погрешности не более 0,01%-0,02% и должен быть на отечественной элементой базе*)) И напомню что время установления штатного сигнала(0-5В) должно быть не более 1мкс.
Если подкинете идейки буду очень благодарен.
Забыл добавить, всякие банальные решения -диоды сливающие сигнал на питание или землю тут не пройдут, т.к. во первых у наших диодов большие утечки, второе т.к. нужно сливать не просто помехи, иголки, а именно постоянный сигнал...
Забыл добавить, всякие банальные решения -диоды сливающие сигнал на питание или землю тут не пройдут, т.к. во первых у наших диодов большие утечки, второе т.к. нужно сливать не просто помехи, иголки, а именно постоянный сигнал...
Сообщение отредактировал Quantum1 - Nov 15 2014, 16:06
|
|
|
|
2 страниц
1 2 >
|
 |
Ответов
(1 - 21)
|
Nov 15 2014, 18:40
|

Гуру
     
Группа: Модератор FTP
Сообщений: 4 479
Регистрация: 20-02-08
Из: Москва
Пользователь №: 35 237

|
Цитата(Quantum1 @ Nov 15 2014, 19:54)  Забыл добавить, всякие банальные решения -диоды сливающие сигнал на питание или землю тут не пройдут, т.к. во первых у наших диодов большие утечки, второе т.к. нужно сливать не просто помехи, иголки, а именно постоянный сигнал... Несмотря на ваше предупреждение, именно этот способ защиты кажется мне наиболее подходящим.  А диоды можно с успехом заменить на микросхему SP724, специально расчитанную для подобного рода применений. Это не диодная сборка, а схема, собранная на транзисторах с высоким входным сопротивлением. Ток утечки через нее порядка 1 nA, а это обычно меньше, чем у входа АЦП.
|
|
|
|
|
Nov 15 2014, 20:49
|
Частый гость
 
Группа: Участник
Сообщений: 111
Регистрация: 4-09-12
Пользователь №: 73 381

|
Цитата(Xenia @ Nov 15 2014, 22:40)  Несмотря на ваше предупреждение, именно этот способ защиты кажется мне наиболее подходящим.  А диоды можно с успехом заменить на микросхему SP724, специально расчитанную для подобного рода применений. Это не диодная сборка, а схема, собранная на транзисторах с высоким входным сопротивлением. Ток утечки через нее порядка 1 nA, а это обычно меньше, чем у входа АЦП. есть одна особеннность, я написал в первом посте про перчинку - "должен быть на отечественной элементой базе" на импорте все просто причем весьма...и вариантов мильён Цитата(Plain @ Nov 15 2014, 22:39)  Решение очевидно — привести сигналы в норму до мультиплексора, никуда не торопясь и без компромиссов. да без проблем(именно этим и занимаемся)! Но как(и зачем)? ведь нештатные ситуации никуда не денутся... и длительность фронта у них останется такая же итд... т.е. выигрыша никакого, только дублирование элементов для каждого канала...
Сообщение отредактировал Quantum1 - Nov 15 2014, 20:55
|
|
|
|
|
Nov 16 2014, 00:38
|
Гуру
     
Группа: Модераторы
Сообщений: 3 868
Регистрация: 15-03-13
Пользователь №: 76 048

|
Цитата(Quantum1 @ Nov 15 2014, 23:49)  есть одна особеннность, я написал в первом посте про перчинку - "должен быть на отечественной элементой базе" Вот эту "перчинку" и используйте. Ищите виновного, сымайте с него штаны и порите по-отечественному квазибесконечно за квазибесконечную помеху в шесть раз больше входного сигнала.. Пока не уберет из ТЗ нелепое требование. Вы ставите перед собой или беретесь решать с чужой бездумной постановки невыполнимые задачи. Ради чего? Если же ТЗ-датель упорно не хочет понимать проблему, то решите ее молча. Поделите резисторами входное в шесть раз и выдайте ему в шесть раз меньшую точность измерения за счет сужения динамического диапазона. Очень вероятно, что и такая точность заказчику будет избыточна. Не нужно только ему об этом назойливо напоминать.
|
|
|
|
|
Nov 16 2014, 09:56
|
Частый гость
 
Группа: Участник
Сообщений: 111
Регистрация: 4-09-12
Пользователь №: 73 381

|
Цитата(Ruslan1 @ Nov 16 2014, 03:01)  Чтобы за микросекунду перезарядить все емкостные составляющие мультиплексора и АЦП, да еще прецизионно, источник сигнала должен быть сильно низкоомным. И на этом фоне фраза об утечках через диоды кажется, мягко говоря, несерьезной. Сильно подозреваю, что эти диодные структуры уже присутствуют в цепи, независимо от того видите ли Вы их или нет (как часть КМОП-структур или специально встроенные для защиты). конечно в АЦП диоды есть! никто и не спорит, но вот только о них нет никаких данных и уверен что они не рассчитаны на жесткие режимы постоянного тока. если нужно было сливать иголки, то да вопросов бы не возникало. теперь давайте по утечкам, конечно этот самый буфер будет выполнять роль и драйвера, хотя давайте рассуждать, емкость последовательного АЦП обычно от 10-50пФ. Как заявлено на мой, входная емкость не более 30пФ накинем еще и примем с запасом емкость в 100пФ, не вижу больших трудностей точно перезарядить такую емкость, при заряде/разряде такой емкости через резистор 1кОм RC = 100нс, а для получения нужной точности с запасом хватит 10 периодов RC т.е. 1мкс, и это с большим запасом. Для того что бы диоды вносили несущественную погрешность т.е. 0,01%, к примеру, их суммарная утечка должна быть около 0,5мкА. Мне не известны наши отечественные диоды с утечкой пусть даже на порядок хуже при температуре 85 градусов, а если мы вспомним что им бы желательно иметь малое падение, да и вообще лучше шоттки... Давайте попробуем уменьшить резистор в 10 раз т.е. до 100 Ом, и поимеем ток при 30В - !300ма!, и это постоянка... т.е. снова мимо.
|
|
|
|
|
Nov 16 2014, 10:03
|
Частый гость
 
Группа: Участник
Сообщений: 111
Регистрация: 4-09-12
Пользователь №: 73 381

|
Цитата(Ruslan1 @ Nov 16 2014, 03:01)  Чтобы за микросекунду перезарядить все емкостные составляющие мультиплексора и АЦП, да еще прецизионно, источник сигнала должен быть сильно низкоомным. И на этом фоне фраза об утечках через диоды кажется, мягко говоря, несерьезной. Сильно подозреваю, что эти диодные структуры уже присутствуют в цепи, независимо от того видите ли Вы их или нет (как часть КМОП-структур или специально встроенные для защиты). конечно в АЦП диоды есть! никто и не спорит, но вот только о них нет никаких данных и уверен что они не рассчитаны на жесткие режимы постоянного тока. если нужно было сливать иголки, то да вопросов бы не возникало. теперь давайте по утечкам, конечно этот самый буфер будет выполнять роль и драйвера, хотя давайте рассуждать, емкость последовательного АЦП обычно от 10-50пФ. Как заявлено на мой, входная емкость не более 30пФ накинем еще и примем с запасом емкость в 100пФ, не вижу больших трудностей точно перезарядить такую емкость, при заряде/разряде такой емкости через резистор 1кОм RC = 100нс, а для получения нужной точности с запасом хватит 10 периодов RC т.е. 1мкс, и это с большим запасом. Для того что бы диоды вносили несущественную погрешность т.е. 0,01%, к примеру, их суммарная утечка должна быть около 0,5мкА. Мне не известны наши отечественные диоды с утечкой пусть даже на порядок хуже при температуре 85 градусов, а если мы вспомним что им бы желательно иметь малое падение, да и вообще лучше шоттки... Давайте попробуем уменьшить резистор в 10 раз т.е. до 100 Ом, и поимеем ток при 30В - !300ма!, и это постоянка... т.е. снова мимо. А и еще забыл... если сливать лишний ток в питание что будет? правильно, возможен дозаряд емкости по питанию эдак на пару вольт... и что тогда? БУМ! Цитата(Егоров @ Nov 16 2014, 04:38)  Вот эту "перчинку" и используйте. Ищите виновного, сымайте с него штаны и порите по-отечественному квазибесконечно за квазибесконечную помеху в шесть раз больше входного сигнала.. Пока не уберет из ТЗ нелепое требование. Вы ставите перед собой или беретесь решать с чужой бездумной постановки невыполнимые задачи. Ради чего? Если же ТЗ-датель упорно не хочет понимать проблему, то решите ее молча. Поделите резисторами входное в шесть раз и выдайте ему в шесть раз меньшую точность измерения за счет сужения динамического диапазона. Очень вероятно, что и такая точность заказчику будет избыточна. Не нужно только ему об этом назойливо напоминать. Данное ТЗ очень даже лепое, учитывая что условия в которых все это работает далеко не лабораторное. В данном случае ТЗ-датель точно такие же разработчики и подобных проблем им не избежать, все вместе несколько часов стояли над блоком, никак обойти данную проблему без ухудшения работоспособности не удалось...так что ныть заказчику смысла не вижу.
Сообщение отредактировал Quantum1 - Nov 16 2014, 10:32
|
|
|
|
|
Nov 16 2014, 10:43
|
Местный
  
Группа: Участник
Сообщений: 495
Регистрация: 6-05-09
Пользователь №: 48 727

|
Цитата(Quantum1 @ Nov 16 2014, 03:49)  "должен быть на отечественной элементой базе" Т.е. импортный АЦП можно, а другую импортную комплектацию - нельзя?
|
|
|
|
|
Nov 16 2014, 10:58
|
Частый гость
 
Группа: Участник
Сообщений: 111
Регистрация: 4-09-12
Пользователь №: 73 381

|
Цитата(Белый дед @ Nov 16 2014, 14:43)  Т.е. импортный АЦП можно, а другую импортную комплектацию - нельзя? АЦП наш - Ангстремовский
|
|
|
|
|
Nov 16 2014, 15:29
|
Гуру
     
Группа: Свой
Сообщений: 2 360
Регистрация: 6-03-06
Из: Кишинев
Пользователь №: 15 025

|
Цитата(Quantum1 @ Nov 16 2014, 11:56)  теперь давайте по утечкам, конечно этот самый буфер будет выполнять роль и драйвера, хотя давайте рассуждать, емкость последовательного АЦП обычно от 10-50пФ. Как заявлено на мой, входная емкость не более 30пФ накинем еще и примем с запасом емкость в 100пФ, не вижу больших трудностей точно перезарядить такую емкость, при заряде/разряде такой емкости через резистор 1кОм RC = 100нс, а для получения нужной точности с запасом хватит 10 периодов RC т.е. 1мкс, и это с большим запасом. Ну, давайте найдем ошибку в моих расчетах. Итак, при переходе к следующему входу нужно перезарядить емкость (выход мультиплексора + печатная плата + вход АЦП) от напряжения, которое могло быть на предыдущем входе (-3...+30В) до напряжения на новом входе (0...+5В, если вне этого диапазона-то точность уже не интересна). То есть напряжение на емкости нужно изменить в худшем случае на 30В, причем эта величина должна быть достигнута с точностью 0.01%. U=Uin + A*e^(-t/RC) В момент t=0 имеем Uin=0В, U=30В, значит A= 30В U=Uin + 30*e^(-t/RC) разницу (U-Uin) хотим 0.01%, то есть 1е-4: 1е-4 = 30*e^(-t/RC) e^(-t/RC) = 3.3e-6 -t/RC = -12.6 t = 12.6RC RC = t/12.6 t у нас равно 100нс=1e-7с, значит RC = 1e-7/12.6 = 7.9e-9 если С у нас равно 100пФ = 1e-10F, то можем посчитать R: R= 7.9e-9/1e-10 = 79 Ом. Значит, чтобы перезарядить 100 пикофарад за 100 наносекунд на 30 вольт с точностью 0.01% максимальное сопротивление источника имеет право быть 79 Ом. С ростом напряжения реверсный ток растет, то есть будем смотреть случай "5 вольт на входе". Ток источника будет I= 5/79 = 63 мА. Через диоды должно утекать не более чем 0.01% от этого значения, а это 63*1е-4 мА, то есть 0.63 мА. Надеюсь, что некапиталистический диод с током утечки 0.63 мА можно и найти. Но опять же, не забудьте добавить и емкость диодов в расчет, она тоже ненулевая. Если я где-то ошибся в расчетах- поправьте, вдруг неверно где-то что-то. Воскресенье, расслабуха, да еще вином хорошим домашним угостили, мало ли....
|
|
|
|
|
Nov 16 2014, 18:07
|
Частый гость
 
Группа: Участник
Сообщений: 111
Регистрация: 4-09-12
Пользователь №: 73 381

|
Цитата(Ruslan1 @ Nov 16 2014, 19:29)  Ну, давайте найдем ошибку в моих расчетах.
... домашнее вино это всегда хорошо*))) Не очень понял вас... В этом диапазоне(от -3 до 0, и от 5 до 30В) не то что точность не требуется а этот диапазон вообще не штатный и должен никогда не попасть на вход АЦП, иначе он просто выгорит... т.е. входная емкость АЦП в 100пф перезаряжается только от 0 до 5В. И грубо за 100нс перезарядиться это конечно хорошо но и 1мкс будет достаточно. и еще при резисторе в 79Ом при 30В ток через него будет почти !400!мА, т.е. на резисторе выделиться !12Вт!, выходит тут нужен просто конский драйвер(усилитель какой нить), мощный диод, здоровый резистор, и целый радиатор что бы все это проработало хотя бы несколько минут... И еще раз повторю, если мы сливаем что то через диод в питание, нужно иметь гарантированных потребителей, иначе питание может подрасти... постоянных потребителей на 400мА по 5 вольтам у меня вряд ли наберется...
Сообщение отредактировал Егоров - Nov 17 2014, 01:21
Причина редактирования: Избыточное цитирование
|
|
|
|
|
Nov 16 2014, 20:14
|
Гуру
     
Группа: Модераторы
Сообщений: 3 868
Регистрация: 15-03-13
Пользователь №: 76 048

|
Цитата(Quantum1 @ Nov 16 2014, 21:07)  И еще раз повторю, если мы сливаем что то через диод в питание, нужно иметь гарантированных потребителей, иначе питание может подрасти... постоянных потребителей на 400мА по 5 вольтам у меня вряд ли наберется... Так если мы давим шестикратное входное не умом, а силой, то эту силу (мощность) нужно куда-то деть. Не тянет источник питания запасных 12 ватт? Ну так поставьте в 10 раз сложнее стабилизатор, ограничитель и сдуйте эти 12 ватт в пространство. Раз уж никуда от 30 вольт на входе не деться. Или ограничивайте входной ток резистором в 100кОм , шунтируйте избыток диодами шоттки на 20мА , но придется скорость коммутации каналов резко уменьшить. Ради рекордов нужно же чем-то жертвовать. Простого, беззатратного решения тут нет.
|
|
|
|
|
Nov 16 2014, 20:48
|
Гуру
     
Группа: Свой
Сообщений: 2 360
Регистрация: 6-03-06
Из: Кишинев
Пользователь №: 15 025

|
вот, из одного файлика своей старинной документации вытащил. думаю, идея понятна. Сначала защита с большой утечкой, потом высокоомный делитель, потом мультиплексор, потом буфер-усилитель, потом АЦП (только этих АЦП там кажется не 8, а 16 было в параллель и буфер без усиления. за 10 лет никто из обслуживающих киповцев опечатки в документации не заметил,
А про "куда рассеивать" - так чудес не бывает, природу не обмануть. Или рассеивать в пространство (супрессором или блоком питания), ли прерывать цепь (ставить предохранитель).
|
|
|
|
|
Nov 17 2014, 14:56
|
Профессионал
    
Группа: Свой
Сообщений: 1 143
Регистрация: 22-04-08
Из: г. Екатеринбург
Пользователь №: 36 992

|
Цитата(Quantum1 @ Nov 16 2014, 15:03)  да и вообще лучше шоттки... утечки у них большие. Цитата(Quantum1 @ Nov 16 2014, 01:49)  да без проблем(именно этим и занимаемся)! Но как(и зачем)? ведь нештатные ситуации никуда не денутся... и длительность фронта у них останется такая же итд... т.е. выигрыша никакого, только дублирование элементов для каждого канала... делите сигнал в 6 раз , теряя 16дБ динамич. диапазона, как вам и говорили с 30 до 5В и с -3 до -0,5В, подаете на АЦП, фильтруете программно. -0,5В для АЦП скорее всего не страшно, опять же после делителя можно прибавить + 0,5В к сигналу. скорее всего я бы сделал так - на вход или выход MUX поставил ОУ, поделил в 6 раз и подал в АЦП, либо поделил, ограничил на 0...5/6 В схемой на ОУ, усилил назад в 0...5 В, если надо оставить дин. диапазон. но проблема - питание надо 2 полярное или ОУ рэйт ту рэйл, коих наверно нет.
|
|
|
|
|
Nov 17 2014, 19:28
|
Частый гость
 
Группа: Участник
Сообщений: 111
Регистрация: 4-09-12
Пользователь №: 73 381

|
Цитата(shf_05 @ Nov 17 2014, 18:56)  делите сигнал в 6 раз , теряя 16дБ динамич. диапазона, как вам и говорили с 30 до 5В и с -3 до -0,5В, подаете на АЦП, фильтруете программно. -0,5В для АЦП скорее всего не страшно, опять же после делителя можно прибавить + 0,5В к сигналу.
скорее всего я бы сделал так - на вход или выход MUX поставил ОУ, поделил в 6 раз и подал в АЦП, либо поделил, ограничил на 0...5/6 В схемой на ОУ, усилил назад в 0...5 В, если надо оставить дин. диапазон. но проблема - питание надо 2 полярное или ОУ рэйт ту рэйл, коих наверно нет. К сожалению поделив сигнал на 6 потеряем всю требуемую точность к чертям собачим, итак АЦП еле еле в вписывается по нелинейке и разрешению. Рейл ту рейл конечно нет*)) Точнее в МОПе парочка есть но по факту из общения с производителем выходит что нет*))) Питание есть любое, точнее сделаем какое требуется это слава богу не проблема. можете пожалуйста по подробнее описать идею.(то что выделено жирным). я уже пробовал нечто подобное наверно но только для ограничение по 5В, минус уже не ловит. У меня пока только одна мысль поставить в проход Jfet и быстрым компараторами 10нс срабатывание(один на на 5,2В, другой на -0,2В ) отключать его... в принципе за 40-50нс защита сработает. немного сгладить фронт нарастания RC и должно быть норм, но все же это так сказать костыль. много плавающих элементов(температура время) получиться
Сообщение отредактировал Quantum1 - Nov 17 2014, 19:29
|
|
|
|
|
Nov 17 2014, 21:17
|
Профессионал
    
Группа: Свой
Сообщений: 1 266
Регистрация: 22-04-05
Из: Киев
Пользователь №: 4 387

|
Припоминается транзистор 2N4117A и примеры его применения - от TI/ BB, INA118 и мультиплексоры с защитой типа ADG508F, MAX358/MAX378
--------------------
aka Vit
|
|
|
|
|
Nov 18 2014, 05:06
|
Профессионал
    
Группа: Свой
Сообщений: 1 143
Регистрация: 22-04-08
Из: г. Екатеринбург
Пользователь №: 36 992

|
Цитата(sensor_ua @ Nov 18 2014, 02:17)  Припоминается транзистор 2N4117A и примеры его применения - от TI/ BB, INA118 и мультиплексоры с защитой типа ADG508F, MAX358/MAX378 автор говорит элементная база - пр-ва РФ, СССР. выделено жирным - я так понимаю поделить сигнал в 6 раз -не проблема при помощи резисторов, далее схема ограничителя напряжения на ОУ типа таких - http://www.ti.com/ww/en/bobpease/assets/AN-31.pdf стр 5 Multiple Aperture Window Discriminator, стр 17 - Precision Diode и Precision Clamp кстати, если ОУ способен принимать до 30В (или 15В) на входе адекватно воспринимать - то делить может и не надо будет (ну или на 2).
|
|
|
|
|
Nov 19 2014, 04:05
|
Частый гость
 
Группа: Участник
Сообщений: 111
Регистрация: 4-09-12
Пользователь №: 73 381

|
Цитата(Ruslan1 @ Nov 17 2014, 00:48)  вот, из одного файлика своей старинной документации вытащил. думаю, идея понятна. Сначала защита с большой утечкой, потом высокоомный делитель, потом мультиплексор, потом буфер-усилитель, потом АЦП (только этих АЦП там кажется не 8, а 16 было в параллель и буфер без усиления. за 10 лет никто из обслуживающих киповцев опечатки в документации не заметил,
А про "куда рассеивать" - так чудес не бывает, природу не обмануть. Или рассеивать в пространство (супрессором или блоком питания), ли прерывать цепь (ставить предохранитель). Давайте посчитаем ток через подобный делитель ~75мкА и это при 30В, при 5В в пять раз меньше, если даже забъем на помехоустойчивость и погрешность от не нулевой утечки стабилитрона, то ток входа опера от 10 до 40нА, уже даст погрешность на 0,25-0,5%, а если вспомним что разные типы стабилитроноов (по крайней мере наши по паспорту) начинает правильно стабилизировать от 1-3 мА имеем шанс что такая защита вообще не сработает. И от -3В все равно спасения нет... даже если поиграемся номиналами координально изменить ничего не удасться. сам такую штуку крутил вертел, но ничего не вышло Цитата(shf_05 @ Nov 18 2014, 09:06)  автор говорит элементная база - пр-ва РФ, СССР. выделено жирным - я так понимаю поделить сигнал в 6 раз -не проблема при помощи резисторов, далее схема ограничителя напряжения на ОУ типа таких - http://www.ti.com/ww/en/bobpease/assets/AN-31.pdf стр 5 Multiple Aperture Window Discriminator, стр 17 - Precision Diode и Precision Clamp кстати, если ОУ способен принимать до 30В (или 15В) на входе адекватно воспринимать - то делить может и не надо будет (ну или на 2). попробую покурить идейку, спасибо!
|
|
|
|
1 чел. читают эту тему (гостей: 1, скрытых пользователей: 0)
Пользователей: 0
|
|
|