Двухдиапазонный амперметр, Вопросы по аналоговой части Опции

[Electroman]

Здравствуйте! Нужно разработать блок амперметра, встраиваемый в другое устройство. Требования такие: измерение тока в двух диапазонах: 0-40мА и 0-400мА, при этом полярность тока может быть любой + нужна гальваничяеская развязка. В главном устройстве есть МК, который будет обрабатывать данные и переключать диапазоны. Дискретность нужна 0.01мА и 0.1мА в зависимости от диапазона. Точность - чем выше, тем лучше. Долго думал и прикидывал - решил поставить АЦП с диф. входом, шунт привязать к виртуальной точке 2.5В и относительно нее усиливать сигнал. Прикрепленная схема иллюстрирует идею. Собственно, у меня два основных беспокойства - первое, это подключение устройств с другим потенциалом - насколько устойчивое будет решение к статике? Сажать шунт на землю как-то привычнее, но мне такое решение кажется неудобным - придется поднимать сигнал к тем же 2.5В с помощью диф. усилителя, а это значит, что ноль будет хоть и немного, но плавать. Второе - это вопрос точности, мне кажется, что я замучаюсь подбирать резисторы в цепи обратной связи. Может быть, лучше два последовательных каскада, каждый с К=10 и выбирать уже между их выходами? В общем, конструктивная критика приветствуется! Возможно, есть какой-то более легкий и простой путь. Развязку планирую на оптронах или ADUM - не принципиально.

[Gorby]

Требования такие: измерение тока в двух диапазонах: 0-40мА и 0-400мА, при этом полярность тока может быть любой + нужна гальваничяеская развязка.

Поведение операционного усилителя в момент переключения?
Плохая схема.
Инвертирующий вход постоянно подключают к делителю обратной связи, и уж евойный (делителя тобишь) нижний резистор
закорачивают контактами на резистор меьшего номинала, увеличивая усиление.

[sanya221]

А не лучше взять АЦП с несколькими входами,сделать два усилителя, каждый из которых имеет свой КУ. И выбирать нужный переключением входов АЦП? При этом не обязательно брать АЦП с диф. входом, достаточно с внешним входом ref, пусть и одним на несколько каналов. Ну и вроде были SPI АЦП со встроенным усилителем, который можно было включать/отключать программно.

[Tanya]

Поведение операционного усилителя в момент переключения?
Плохая схема.

Это нормально. Ключ (про этот конкретный не знаю...) переключается быстро. Конденсатор в обратной связи спасает. Еще есть цифровые потенциометры.
Вот то, что ТС не сказал, с какой скоростью нужно это измерять - плохо.
Можно еще рассмотреть вариант с двумя шунтами - высокоомный зашунтировать еще диодами с малой утечкой или полевыми транзисторами. И еще подумать об инструментальном усилителе или специальном для шунтов.

[sanya221]

Посмотрел, есть немало АЦП типа вот такого что бы позволило полностью избавится от ОУ. Только поискать, что у нас доставабельное и стоящее разумных денег. Ключевое слово при поиске "PGA" (programmable gain amplifier)

Сообщение отредактировал sanya221 - Feb 3 2015, 11:56

[Electroman]

Поведение операционного усилителя в момент переключения?

Верно, плохо, когда вход ОУ болтается. Однако ключ MAX4625 "Guaranteed Make-Before-Break"
Про single-ended АЦП с несколькими входами - была моя первая мысль. Но с таким АЦП придется сигнал приводить к 0.5 Vref - ноль будет немного плавать. Этого хочется избежать.

[Electroman]

Вот то, что ТС не сказал, с какой скоростью нужно это измерять - плохо.

Каюсь. Измерять можно неспешно, скажем, с частотой 100Гц а потом программно фильтровать.
PGA - штука замечательная, но цены на них ныне негуманные. В принципе можно взять что-то типа AD7705, но как-то это нерационально.

И еще подумать об инструменталном усилителе или специальном для шунтов.

Про инструментальный усилитель тоже думал, нашел вполне доступные AD623 и INA126, но смущает довольно большое напряжение смещения - около 200мкВ. Тогда точно придется брать два шунта.
Кстати, не подскажите диоды с малыми токами утечки?
Меня все же принципиально интересует вопрос из первого поста - насколько такая схема будет стойкой к статике? Или все-таки надежнее привязать шунт к земле?

[Tanya]

Про инструментальный усилитель тоже думал, нашел вполне доступные AD623 и INA126, но смущает довольно большое напряжение смещения - около 200мкВ. Тогда точно придется брать два шунта.
Кстати, не подскажите диоды с малыми токами утечки?
Меня все же принципиально интересует вопрос из первого поста - насколько такая схема будет стойкой к статике? Или все-таки надежнее привязать шунт к земле?

bav199, например. Но Вы написали про допуск в 10 микроампер всего. А ИУ есть и с нулевым дрейфом, и (или) с малым смещением и дрейфом. Их много таких.

[Massi]

а параллельно резисторы в землю и перемыкать их ключами...

[Electroman]

Но Вы написали про допуск в 10 микроампер всего.

Простите, не совсем понял, что вы имеете ввиду. Я решил притянуть шунт к средней точке 2.5В потому что сигнал с него может быть разной полярности и его удобно усиливать сразу относительно этой точки, которая также идет и на один из диф. входов АЦП. Тут неважно абсолютное значение этих 2.5В - оно может и будет гулять. Выбранный ОУ имеет напряжение смещения 1мкВ. При токе 10мкА на шунте 0.5 Ом упадет 5мкВ, что в 5 раз больше, то есть вроде точность обеспечивается.

[Tanya]

Простите, не совсем понял, что вы имеете ввиду.

То, что диод с утечкой меньше 10 микроампер легко найти.

[Electroman]

а параллельно резисторы в землю и перемыкать их ключами...

Почему это лучше, чем вариант на схеме?

[Plain]

Обыкновенный 24-разрядный АЦП, безо всяких резисторов, ОУ и т.п., решит задачу.

[Белый дед]

HCPL7860

[Tano]

to Белый дед.
У Вашего протежэ - Effective Resolution - 13,5 (bits). А по условиям, если "в лоб", то надо 16.
Так что придётся докапливать. К тому же для уменьшения влияния помех, кратных 50 Гц надо выбрать
время усреднения кратным 20 мс. В решении похожей задачи (правда диапазон измерения у меня почти на
50 дб больше) собираюсь применить встроенный в МК C8051F350 сигма-дельта АЦП
("живых разрядов" там 18...19). А ещё там есть PGA = 1...128 и стоит всего 350 руб.
(Это не реклама). Скорее всего и у других производителей МК есть нечто подобное.

[OlegPowerC]

Делал на цифровых потенциометрах Microchip, нечто похожее - вполне работает.