Электронная регулировка усиления активного фильтра. Опции

[IMaxI]

Доброго времени суток всем. В двух словах расскажу проблему. В общем есть некий очень слабый сигнал (на уровне сотен микровольт) его необходимо усилить и отфильтровать от помех, чтобы можно было смело его подавать на вход АЦП контроллера это в принципе удалось реализовать (взял 4-ри последовательных звена на ОУ усиление в районе 100 дб). Но вот в голову закралась мысль а что если расширить возможности фильтра и скажем регулировать усиление с помощью МК (тем самым расширить диапазон входного сигнала). Я нашел несколько способов это внешний ЦАП, цифровой потенциометр, и совсем простое полевой транзистор (в цепи обратной связи разумеется).
Но вот закралось большое НО. Если делать активный фильтр (как его делал я т.е. очень просто - минимум компонентов) то меняя коэффициент усиления (сопротивление обратной связи) мы меняем и добротность фильтра и его центральную частоту, если использовать скажем фильтр на переменных состояниях (там можно вроде как менять независимо коэффициент усиления) получается довольно сложно и громоздко.
Может кто то сталкивался с подобным и есть неплохое готовое решение ?.

P.S. Просьба сильно не ругаться со схемотехникой активных фильтров еще разбираюсь.

[Alexashka]

А что мешает сначала усилить, а потом уже фильтровать?

[IMaxI]

Не совсем понял что вы имеете ввиду. Усиливать без фильтрации оцифровывать и фильтровать в контроллере или сперва усиливать потом фильтровать аналоговым фильтром?
В случае если усиливать а потом подавать на мк, боюсь что при таком высоком усилении у меня кроме "шубы" на выходе нечего не будет. Т.е. не фильтруя сразу совершенно не вариант. Помехи забивают все.
Вообще я думал сперва ставить активный фильтр с низким коэффициентом усиления потом усиливать уже не фильтруя (соответственно в этих же каскадах и регулировать усиление скажем тем же ЦАПом) а после в мк запихнуть простенький БИХ фильтр. Но все же данное решение тоже кажется не очень хорошим.
Еще думал совсем по тупому отрубать каскады усиления, но выходит очень грубая регулировка не считая изменяющихся следом других характеристик.


Сообщение отредактировал IMaxI - Jan 29 2016, 19:33

[Plain]

Усилитель –> фильтр –> потенциометр –> усилитель.

[RedD]

Усилитель –> фильтр –> потенциометр –> усилитель.

Это называется АРУ по входу, сделать можно по разному ...
Например вот так http://www.shematic.net/page-166.html

[IMaxI]

Это конечно хорошо но применение специализированных микросхем это уже как то не совсем универсально (хотя наверно и правильнее). Я же имел ввиду что вдруг есть какое нибудь простое, так сказать, красивое решение.
Сейчас склоняюсь к тому, чтобы сделать звено фильтра на входе затем поставить перестраиваемый усилитель затем еще звено фильтра и еще 1 перестраиваемый усилитель. Ну собственно все выливается в 2 микросхемы сдвоенных операционников немного рассыпухи и пару полевых транзисторов и немного шаманства с разводкой ПП (идея задействовать неиспользуемые каналы ЦАПА МК).

Сообщение отредактировал IMaxI - Feb 5 2016, 05:22

[Alexashka]

В общем есть некий очень слабый сигнал (на уровне сотен микровольт)
...
склоняюсь к тому, чтобы сделать звено фильтра на входе

В общем, так не делают, если хотят получить низкий коэф.шума.

Полевой транзистор в качестве регулятора -это моветон, можете забыть о малых искажениях.

[IMaxI]

Что вы имеете ввиду под словами: так не делают. Полевой транзистор в цепь ОС?
Ну положим полевой транзистор можно заменить набором резисторов и транзисторов. Либо на внешние ЦАП-ы. Почему не цифровые потенциометры? Так дешевых не видел а по цене предложных можно приобрести пару недорогих внешних ЦАП-ов.
Ан нет ошибся сейчас погуглил нашел недорогие потенциометры MCP4011T. Может быть их и имеет смысл использовать

Сообщение отредактировал IMaxI - Feb 5 2016, 06:54

[Alexashka]

Что вы имеете ввиду под словами: так не делают. Полевой транзистор в цепь ОС?

Нет, эта фраза относилась к Вашей "склоняюсь к тому, чтобы сделать звено фильтра на входе". Если хотят получить хороший Кш вначале ставят малошумящий усилитель, это азбука.

Цифровые потенциометры состоят из набора транзисторов и резисторов, а Вам не обязательно делать плавную регулировку усиления насколько я понимаю, т.е 3-5 значений усиления будет достаточно: например 1,4,16,64. Ставите ОУ, в обратку 4+1 резистора, которые коммутируете или напрямую ножками контроллера (если питание ОУ однополярное и такое же как у контроллера) или через 4 полевика.

[IMaxI]

Если хотят получить хороший Кш вначале ставят малошумящий усилитель, это азбука.

мм а чем испортят картину частота-зависимые ОС во входном усилителе. Имею ввиду какой шум внесут емкости в обратной связи ОУ. То есть если вместо простого усилителя на входе будет стоять активный фильтр (может вы это и имели ввиду). Под словами фильтр на входе я имел введу активный фильтр тобиш тот же усилитель только с частота-зависимой ОС.
И еще смотрел в примерах схем демо-плат техаса дак там они в качестве микрофонного усилителя ставят сразу активный фильтр.

Получается такая последовательность: активный фильтр без регулировки глубины ОС (ГОС), усилитель с регулировкой ГОС, активный фильтр, и снова (если понадобится) усилитель с регулировкой ГОС.

Идея такая просто на входе фильтр отсекает постоянную составляющую сигнала и отсекает помехи которые по амплитуде значительно выше амплитуды сигнала но по частоте значительно разнесены + ко всему пред усиливает сигнал, далее стоит усилитель который усиливает ну и конечно же сам вносит помехи, далее активный фильтр возможно с немного смещенной полосой (чтобы снизить помехи предыдущих каскадов), ну и последний усилитель на входе АЦП.

Я пока представляю себе как то так, ибо когда собирал фильтр без регулировки с помехами очень сильно наелся, если сразу усиливать сигнал. Помехи которые находятся вне полосы и значительно превышают по амплитуде усиливаются на порядок значительне и в дальнейшем их поводить гораздо сложнее.

И кстати смысл городить огород из сопротивлений и транзисторов (которые тоже будут не кисло шуметь) когда тот же MCP4011T(это я сейчас нагуглил) в терраэлектронике стоит 19р.

Сообщение отредактировал IMaxI - Feb 5 2016, 08:26

[Alexashka]

Имею ввиду какой шум внесут емкости в обратной связи ОУ.

И еще смотрел в примерах схем демо-плат техаса дак там они в качестве микрофонного усилителя ставят сразу активный фильтр.

Емкости не внесут, внесут резисторы (или Вы знаете как сделать фильтр без них?)
Может сразу ссылку дадите для предметного разговора?

Идея такая просто на входе фильтр ... вырезает из спектра помехи которые по амплитуде значительно выше амплитуды сигнала но по частоте значительно разнесены...

Тогда надо уточнить что это за помехи, потому как если радиопомехи, то ничего Вы активным фильтром не задавите, а возможно только продетектируете их
Если НЧ помехи, то вариант с усилителем-фильтром на входе нормальный, такое частенько делают. Только фильтр 1го порядка, не выше. Так сказать предварительное сужение полосы. Смысл его только в том, чтобы немного увеличить динамический диапазон усилителя.

И кстати смысл городить огород из сопротивлений и транзисторов (которые тоже будут не кисло шуметь) когда тот же MCP4011T...

который тоже состоит из тех же сопротивлений и транзисторов, которые тоже будут не кисло шуметь...(или в MCP какието особенные нешумящие резисторы стоят?)
А то, насколько будет шуметь огород из сопротивлений решать сугубо Вам, и Вы вправе свести этот шум к минимуму, а с микросхемой это не так -что есть, тем и придется довольствоваться.

далее стоит усилитель который усиливает ну и конечно же сам вносит помехи, далее активный фильтр

Упс.. Вы хотите сказать, что усилитель вносит помехи, а фильтр нет?

[IMaxI]

Емкости не внесут, внесут резисторы (или Вы знаете как сделать фильтр без них?)
Может сразу ссылку дадите для предметного разговора?

Низкоомные на входе внесут немного, а относительно высокоомные в ОС их так и и так ставить просто зашунтировать емкостью. Или вы знаете схемы усилителей на ОУ без резисторов в цепи ОС?
Ссылочка: http://www.ti.com/tool/msp-exp430f5438 качать архив slac228 (Схема в eagle).

Тогда надо уточнить что это за помехи, потому как если радиопомехи, то ничего Вы активным фильтром не задавите, а возможно только продетектируете их sm.gif

Не там частота порядка 10кГц. И тут задача обрезать лишние и высоко-амплитудные нч помехи и вч шум (это как раз зашунтировав сопротивление в ОС емкостью (на высокой частоте усилитель превращается в повторитель))

который тоже состоит из тех же сопротивлений и транзисторов, которые тоже будут не кисло шуметь...(или в MCP какието особенные нешумящие резисторы стоят?)
А то, насколько будет шуметь огород из сопротивлений решать сугубо Вам, и Вы вправе свести этот шум к минимуму, а с микросхемой это не так -что есть, тем и придется довольствоваться.

Относительно MCP не знаю не использовал их пока что. Но что точно могу сказать длинна дорожек и размер схемы в случае с МСР значительно уменьшаются.

Упс.. Вы хотите сказать, что усилитель вносит помехи, а фильтр нет

Да все оно конечно вносит, это я так написал просто слентяйничал написать несколько лишних фраз, думал вы додумаете.

Сообщение отредактировал IMaxI - Feb 5 2016, 09:00

[Alexashka]

Посмотрел схему в pdf, Орла у меня нет к сожалению, но в принципе итак понятно. Если Вы хотите сделать нормальный малошумящий усилитель для микровольтовых сигналов это одно, а подусилить и немного завалить верха с электретного микрофона -это немножко другое (голос слышно и ладно). Вы же не написали никаких контретных требований. Полоса частот, приведенный ко входу шум, SFDR/SINAD, вот и приходится за вас додумывать и придумывать
Ну вот на вскидку сигнал 100мкВ, хотим чтобы шумы были не более 5мкВ, усиление=20, полоса 10кГц, тогда приведенный ко входу шум должен быть 2,5нВ/корень(Гц) -это с учетом ОУ, резисторов и сопротивления источника сигнала. А что мы имеем в той схеме: TLV2760 с шумами 95нВ, резисторы под килоом (4нВ) -ну короче Вы поняли?

Низкоомные на входе внесут немного, а относительно высокоомные в ОС их так и и так ставить просто зашунтировать емкостью. Или вы знаете схемы усилителей на ОУ без резисторов в цепи ОС?

Первое правильно, а второе -не совсем(или не всегда). Чтобы было понятно нужно смотреть схему конкретного фильтра, если есть -давайте обсудим. По схеме из Вашей ссылки: посмотите как стоят резисторы в ОС -с точки зрения шумов они включены параллельно, поэтому эквивалентное сопротивление шума составит около 800 Ом, что для данного операционника совсем не много. Причем увеличение резистора который 200к не влияет на приведенный шум. По неинвертирующему входу все определяется исключительно шумами источника и ОУ, а резисторы тут не играют рояли, хотя изза маленькой блокирующей емкости ОУ будет усиливать собственный фликкер.

Но что точно могу сказать длинна дорожек и размер схемы в случае с МСР значительно уменьшаются.

А причем здесь длина дорожек? Про размер требований не было вроде.
ЗЫ. ну а цена и простота управления не в счёт?

[IMaxI]

Чтобы было понятно нужно смотреть схему конкретного фильтра, если есть -давайте обсудим.

Все договорились, как накидаю прикреплю .

А причем здесь длина дорожек? Про размер требований не было вроде.
ЗЫ. ну а цена и простота управления не в счёт?

Ну чем короче дорожки, тем меньше на них гадости всякой наводится, разве не так ? (не берем во внимание крайне извращенные случаи)
А про цену и удобство еще вопрос. Там за 25 российских тугриков получается вот эта неведомая штука: http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/22147a.pdf с I2C но правда с допуском 20% (ну да хрен с ним) да и руки чешутся пощупать данное существо .

Не сочтите за подколку

а резисторы тут не играют рояли

какие нехорошие резисторы

Сообщение отредактировал IMaxI - Feb 5 2016, 11:14

[Alexashka]

Там за 25 российских тугриков получается вот эта неведомая штука: http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/22147a.pdf с I2C но правда с допуском 20%

По мне так проще SPI, никаких таймингов не надо соблюдать. И кстати у этой штуки нет ни слова про шумы и искажения. К примеру у AD эти параметры обычно оговариваются (хотя бы типовые приводят).

[IMaxI]

По мне так проще SPI, никаких таймингов не надо соблюдать

. https://ru.wikipedia.org/wiki/I2C Специально еще раз посмотрел стандарт думал что уже схожу сума. Вы так больше не пугайте .
P.S. Сколько всего через I2C юзал и не пересчитать и датчики и RAM и FLASH а вы мне тут про тайминги я аж осерчал.

Сообщение отредактировал IMaxI - Feb 5 2016, 15:17

[Herz]

По мне так проще SPI, никаких таймингов не надо соблюдать.

+1!

[IMaxI]

Глупый вопрос а чем проще, и какие тайминги в I2C?
Или вам принципиально не нравиться I2C
А то так вероломно и что самое главное не аргументированно обгадили мой любимый интерфейс...

Сообщение отредактировал IMaxI - Feb 5 2016, 20:14

[Herz]

Или вам принципиально не нравиться I2C

Именно.

А то так вероломно и что самое главное не аргументированно обгадили мой любимый интерфейс...

А за что Вы его так полюбили? По-моему, экономия проводов никогда не облегчала жизнь. Перенаправления потоков, коллизии, назначения адресов, бр-р-р...

[IMaxI]

А за что Вы его так полюбили? По-моему, экономия проводов никогда не облегчала жизнь. Перенаправления потоков, коллизии, назначения адресов, бр-р-р...

Ну как вам сказать просто и красиво не чего лишнего . А по поводу коллизий то ли просто так складывалось, то ли схемы в основном простые, но не сталкивался, да и кто мешает снизить скорость. У него так то 2 больших минуса это скорость и когда нужно несколько ведущих на одной шине(на практике не разу не сталкивался). А вообще правильно его расценивать как интерфейс для команд управления, а не обмена большими объемами данных с чем он по моему мнению справляется на 5+ за что я его и люблю .

[Herz]

С этим же и SPI справляется не хуже. Но разбирать неисправности в I2C куда сложнее. Попробуй разбери в барахлящей шине, подключив простой сниффер, кто прав, а кто виноват. Особенно, когда "мастеров" несколько. Издержки экономии. Как в USB, автора которого, будь моя воля, подвесил бы за известное место...

[ШСА]

Как в USB, автора которого, будь моя воля...

+1

[IMaxI]

Это конечно совсем офф топ ну да ладно. Вы знаете тут уже получается такая штука. Мне надо вспахать огород это можно сделать самым простым трактором а мне предлагают К700 т.е. К700 справляется с этой задачей но вопрос зачем ? когда можно обойтись обычным мотоблоком к примеру. Резюмируя зачем SPI там где замечательно справляется I2C.

[Herz]

Это конечно совсем офф топ ну да ладно. Вы знаете тут уже получается такая штука. Мне надо вспахать огород это можно сделать самым простым трактором а мне предлагают К700 т.е. К700 справляется с этой задачей но вопрос зачем ? когда можно обойтись обычным мотоблоком к примеру. Резюмируя зачем SPI там где замечательно справляется I2C.

Ровно наоборот. I2C, конечно, востребован, иначе бы просто умер. Но его ниша - множество удалённых устройств на одной шине. Где экономия дополнительного провода оправдана. Если же речь идёт о двух-трёх устройствах в пределах одной платы, я всегда предпочитаю SPI. Проще, понятнее, быстрее. Надёжнее, пожалуй. Впрочем, да, это здесь офф-топ.

[IMaxI]

Ну с длинными проводами и паразитная емкость увеличивается как бы. Просто I2C хорошо подходит когда в системе 1 мастер и не надо передавать большие объемы данных. Т.е. датчики что собственно можно и наблюдать на рынке радиокомпонентов. А SPI больше подходит для обмена данными.
И еще интересно если вам так I2C c USB в немилость попали страшно представить что вы думаете о изобретателях 1 wire

[Alexashka]

Сколько всего через I2C юзал и не пересчитать и датчики и RAM и FLASH а вы мне тут про тайминги я аж осерчал.

Серьезно? А кто программу под железо писал?

THE I2C-BUS SPECIFICATION
VERSION 2.1
JANUARY 2000

(За актуальность не ручаюсь, первое что нашел в сети)

Вы так больше не пугайте

Ок. Больше не буду навязываться, успехов)

[IMaxI]

Слушайте не хочу показаться грубым, но у меня создалось стойкое ощущение, что вам важно оказаться правым в любой ситуации даже там где вы ошибаетесь.
Поясню, те тайминги которые вы прикрепили они относятся так сказать к физическому уровню, а не программному как в случае с 1 wire, и смею вас обрадовать что у SPI интерфейса имеются подобные тайминги. Не сочтите за труд пролистайте даташит http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/22060b.pdf на странице 11, 12, 13 имеется очень похожая табличка. И такие таблички имеет каждый интерфейс. Более того в случае со SPI (который как я понял не имеет единого стандарта) от производителя к производителю эти тайминги должны плавать (хотя для I2C я думаю ситуация такая же несмотря на наличие того самого стандарта).

P.S. Что SPI что I2C это оба синхронных интерфейса и не каких таймингов в привычном понимании там нет и быть не может. Поправте если заблуждаюсь.

[Herz]

Поправте если заблуждаюсь.

Давайте, всё-таки, не превращать эту тему в холивар IIC vs SPI. Она о другом, напоминаю.

[Plain]

Я понял тему так, что сигнал 100 мкВ, а помеха 3 В, т.е. задача для обыкновенного полосового фильтра, но никак не разговора на эти две страницы.

[Alexashka]

Уважаемый IMaxI, да все нормально, Вы так не переживайте
Я лишь высказал свое личное имхо, не берите в голову, интерфейс I2C самый лучший, аминь
ЗЫ. Вы спрашивали что за тайминги у I2C и я Вам привел. Не касательно конкретной микросхемы, а интерфейса как такового.

SPI что I2C это оба синхронных интерфейса и не каких таймингов в привычном понимании там нет и быть не может

Как скажете

[IMaxI]

ЗЫ. Вы спрашивали что за тайминги у I2C и я Вам привел. Не касательно конкретной микросхемы, а интерфейса как такового.

На вскидку нагулил не касательно конкретной микросхемы:
http://www.cypress.com/file/132126/download стр 28, 29.
http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/39699b.pdf начиная с 26 стр.

А вообще, спецификацией на I2C занимались Philips (их ребенок так сказать), а спецификацией на SPI походу каждый сам для себя.

На этом предлагаю закончить офф топ и дальше разговор только по теме.

[Alexashka]

нагулил не касательно конкретной микросхемы:
http://www.cypress.com/file/132126/download стр 28, 29.
http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/39699b.pdf начиная с 26 стр.

Опять же никак не связано с конкретным протоколом, а лишь описание характеристик конкретного семейства микросхем: первая ссылка - на блок SPI в микроконтроллерах с реконфигурируемой периферией PSoC -главная специализация как я понимаю фирмы Сайпресс. Вторая ссылка -на SPI блок в контроллерах семейства PIC24F. Да, цифры разнятся, ну и это понятно -у каждой технологии свои ограничения по быстродействию