Подскажите новичку, Усиление сигнала Опции

[URANst]

Поскажите пожалуйста в каком направлении нужно двигаться !
Есть сигнал : постоянный ток, фон 0,001pA, ток может возрастать до 10mA. Все что нужно сделать - это оцифровать этот сигнал как можно с большей точностью.
Подскажите общую идею,куда смотреть, что читать, элементную базу, схемное решение, вообщем кто чем может.
Зарание благодарен .

[kipmaster]

Поскажите пожалуйста в каком направлении нужно двигаться !
Есть сигнал : постоянный ток, фон 0,001pA, ток может возрастать до 10mA. Все что нужно сделать - это оцифровать этот сигнал как можно с большей точностью.
Подскажите общую идею,куда смотреть, что читать, элементную базу, схемное решение, вообщем кто чем может.
Зарание благодарен .

Сначала нужно оценить требуемую точность и разрешающую способность. Если можно использовать датчик тока - резистор, включенный на землю - значит обычное АЦП, может быть интегрированное в контроллер.

[WEST128]

Чем вы измеряли ток в 1 фА (1*10^-15 А) ? Если посчитать требуемый вам динамический диапазон, отталкиваясь от данной величины как минимальной, то получим 260 дБ (1 фА - 10 мА). Реализовать измерительный прибор с таким диапазоном - грандиозная задача, если вообще решаемая. Я думаю, вы ошиблись с минимальной величиной. Если вам нужна точность - смотрите сигма-дельта АЦП промышленного назначения, они обычно идут 24 бит, точность с соответвующим источником опорного напряжения можно обеспечить лучше 0,02%. Только у них скорости измерения маленькие, редко больше 20 отсчетов в секунду без потери точности. Неплохо было бы узнать требуемую скорость квантования, а то если вам нужно охватить спектр в 100 МГц - все будет иначе, чем если вас частоты выше нескольких герц не интересуют.

Сообщение отредактировал WEST128 - Nov 28 2007, 15:45

[MILLER]

Частота следования всплесков примерно 100 Гц.

[rloc]

Есть сигнал : постоянный ток, фон 0,001pA, ток может возрастать до 10mA. Все что нужно сделать - это оцифровать этот сигнал как можно с большей точностью.

Не слабый динамический диапазон Подумайте над его сужением.
Когда нужен большой динамический диапазон, то как правило делают по следующей схеме: логарифмический усилитель + АЦП (сигма-дельта).
В качестве логарифмического усилителя можете посмотреть AD8304 160 dB Logarithmic Amplifier with Photo-Diode Interface

[alexander55]

Не знаю каких результатов Вы достигнете, думаю более скромных, чем предполагаете.
Направление движения:
- дифференциальный токовый вход с шунтом на входе
- качественная разводка входных цепей и питаний
- цифровая фильтрация данных.
Каждый пункт - это отдельная тема.

[URANst]

Уважаемый alexander55 если можете опишите поподробнее 1 пункт

[alexander55]

/*- дифференциальный токовый вход с шунтом на входе*/
Перевожу на русский язык.
Весь измеряемый ток проходит через резистор на входе платы. Это есть шунт.
Далее стоит ОУ в дифференциальном включении, т.е. входным сигналом для ОУ является падение напряжения на шунте.

[Designer56]

Остается самая малость- что-то сделать с шумами резистора- шунта и паразитными токами всех видов. А также с шумовыми токами и шумовыми ЭДС усилителя.

[URANst]

А какой канкретно вы посоветовали бы применять ОУ в этом случае.
Я где то видел PGA - говорят хотошие , термостабильные и малощумящие.

[alexander55]

А какой канкретно вы посоветовали бы применять ОУ в этом случае.
Я где то видел PGA - говорят хотошие , термостабильные и малощумящие.

OP297

Остается самая малость- что-то сделать с шумами резистора- шунта и паразитными токами всех видов. А также с шумовыми токами и шумовыми ЭДС усилителя.

В тему
http://www.elart.narod.ru/articles/article8/article8.htm

[atlantic]

Поскажите пожалуйста в каком направлении нужно двигаться !
Есть сигнал : постоянный ток, фон 0,001pA, ток может возрастать до 10mA. Все что нужно сделать - это оцифровать этот сигнал как можно с большей точностью.
Подскажите общую идею,куда смотреть, что читать, элементную базу, схемное решение, вообщем кто чем может.
Зарание благодарен .

Как правило, такие малые токи(пикоамперы), преобразуют в напряжение с помощью трансимпендансного усилителя (преобразователь тока в напряжение, обычно схема инвертирующего усилителя на ОУ с большим резистором в обратной связи), нужно сделать автоматическое переключение КУ(помогает решаеть проблему с большим динамическим диапазоном), в зависимости от переполнения, и оцифровывайте, только это подходит для довольно медленных процессов.

p.s.
неплохо бы указать область(напр. фототоки итд), в которой применяется такой сигнал (частоты? итд.)

[Designer56]

Вообще было бы хорошо на берегу определиться с точностью, разрешающей способностью и прочь. В цифрах. Тогда все станет намного яснее.

[WEST128]

Измерение таких малых токов, как 1 фА, достаточно проблематично. Оно точно надо ? Просто еще не встречал датчики со столь малыми токами. Можете пояснить вашу задачу ?

[Electrovoicer]

вполне реализуем преобразователь ток-напряжение с погрешностью измерения на уровне процентов при токах на уровне сотен фемтоампер и выше. лучше/точнее сделать сложно по следующим объективным причинам:
- шумы резистора в трансимпедансном усилителе (его номинал - гигаомы). причем шумы не только тепловые, с предсказуемым распределением, и возможностью увеличить разрешение за счет сужения полосы, а и всякие дробовые и пр. шумы.
- как правило, низкая температурная стабильность таких резисторов. лучше 200ррм/С при номинале в 1 ГОм не встречал, да и те золотые. хотя вру, есть CADDOC серия TG - там 25 ррм/С у 1 ГОм. в руках не держал.
- дикая чувствительность к ЭМ-полям, статическим разрядам и пр. любых схем на такие порядки токов. посмотрите, как сделаны электрометры.
- необходимость применения ЛАМП. электрометрических ламп, вроде ЭМ-1 и т.д., динамических конденсаторов и других хитрых приемов, поскольку полупроводники тут заканчиваются.

приходилось делать измеритель тока для электрохимии с диапазоном токов от пикоампер до 100мА. он представлял из себя многодиапазонный преобразователь ток-напряжение с коммутацией резисторов обратной связи с помощью герконовых реле
-

[Designer56]

Ток 100 фА на резисторе 10 ГОм создаст падение всего 1 мВ. Такое напряжение само по себе сложно точно измерить, тем более быстро.
Если бы не требования по динамике, можно было бы попробовать решить задачу интегрированием измеряемого тока на конденсаторе с ультрамалой утечкой.

[Electrovoicer]

про то и речь, что быстро такое не измерить. никак. ни интегратором, ни ПТН... хотя о требуемой полосе ни слова не было.

к автору просьба точнее сформулировать требования.

[EvgenyNik]

"Подскажите новичку"... Эта задача очень даже нехилая и для профи :-)
По поводу трансимпедансного усилителя на ОУ:
1. входные токи ОУ - как раз и лежать в диапазоне fA-pA...
2. чем больше сопротивление ОС, тем бОльшим должно быть выходное сопротивление источника тока. Иначе ОУ не будет "чувствовать себя по входу" и уйдёт в смещение.

[alexander55]

про то и речь, что быстро такое не измерить. никак. ни интегратором, ни ПТН... хотя о требуемой полосе ни слова не было.

к автору просьба точнее сформулировать требования.

Полностью согласен.
Обычно всегда вопрос стоит так.
- Точность при малом быстродействии.
- Быстродействие при малой точности.
Мне кажется, что автор недопонял что-то и подстраховался на всякий случай.

[Designer56]

что-то где-то здесь упоминалось о 100 герцах

[alexander55]

что-то где-то здесь упоминалось о 100 герцах

Да, я тоже помню.
Обычно частоты такого порядка требуются для регулирования. Бессмысленно что-то регулировать на уровне шума (надо вначале что-то получить более-менее похожее на правду).

[Electrovoicer]

не видел насчет 100Гц. ну да ладно.
просто напомню, что за 10миллисекунд при токе 1 фемтоампер мимо нас проскочит всего около 60 электронов

[URANst]

Уважаемый Electrovoicer очень интересно было бы посмотреть на схемку которую вы делали для электрохимией.

В инете нарыл вот такие микрухи: LOG114, OPA380/381, IVC102, DDC112.
Впринципе видимо это то что мне нужно. Только вот по datasheet пока непонял какие входные токи у DDC112. Может кто подскажет.
И вообще если кто работал с этим делом - поделитесь опытом.

Прикрепленные файлы

 DDC112.pdf ( 272.72 килобайт ) Кол-во скачиваний: 170

 

[Electrovoicer]

схемка по сути очень простая. AD549 + набор прецизионных резисторов, переключаемых с помощью специальных герконовых реле. алгоритм автодиапазона реализован на микроконтроллере. основные сложности:
- конструкция (монтаж входных цепей на фторопластовых стойках, защитные кольца, двойной экран (посеребряная медь + магнитомягкое железо))
- способы подключения исследуемой цепи (двойные экраны с "активной землей")
- выбор комплектующих (резисторы, реле)
- сложности в реализации защитных цепей (статика) без ущерба для характеристик схемы
- источник питания

в результате измерял ток на поддиапазоне 100 пА с разрешением 10 фА и погрешностью измерения порядка 1.5% при полосе единицы герц

не пытайтесь на одном поддиапазоне на микротоках получить больше 60-80дб

[URANst]

А что вы скажете по поводу предыдущей моей реплики ?

[Herz]

Чем вы измеряли ток в 1 фА (1*10^-15 А) ? Если посчитать требуемый вам динамический диапазон, отталкиваясь от данной величины как минимальной, то получим 260 дБ (1 фА - 10 мА). Реализовать измерительный прибор с таким диапазоном - грандиозная задача, если вообще решаемая.

Почему нет? Вполне. Только всё действительно зависит от точности и других конкретных требований. С которыми автор сам не может пока определиться.... Пусть расскажет, для чего это нужно.

Частота следования всплесков примерно 100 Гц.

Что это значит?

/*- дифференциальный токовый вход с шунтом на входе*/
Перевожу на русский язык.
Весь измеряемый ток проходит через резистор на входе платы. Это есть шунт.
Далее стоит ОУ в дифференциальном включении, т.е. входным сигналом для ОУ является падение напряжения на шунте.

Совершенно непонятно, для чего? ТИ-усилитель применить гораздо логичнее, ИМХО.

А какой канкретно вы посоветовали бы применять ОУ в этом случае.
Я где то видел PGA - говорят хотошие , термостабильные и малощумящие.

PGA - это всего лишь усилитель с программируемым коэффициентом усиления. Термостабильность и шумы здесь ни при чём и могут быть у них совсем не очень...

Вообще было бы хорошо на берегу определиться с точностью, разрешающей способностью и прочь. В цифрах. Тогда все станет намного яснее.

+1.

[URANst]

На счет требований к точности пока так - чем точнее тем лучше. Вопрос этот у меня пока на обдумывании. Я просто хотел услышать какие либо советы, что да как. На счет сигнала : возникают пики(всплески) тока примерно с частотой 100 Гц, которые могут достигать 1мА.

[Herz]

Только вот по datasheet пока непонял какие входные токи у DDC112. Может кто подскажет.
И вообще если кто работал с этим делом - поделитесь опытом.

[attachment=15767:attachment]

Вы сначала обрисуйте задачу подробнее.

На счет требований к точности пока так - чем точнее тем лучше. Вопрос этот у меня пока на обдумывании. Я просто хотел услышать какие либо советы, что да как.

Зачем Вам "какие-либо" советы? Среди них могут быть и ненужные и даже вредные. Советы должны быть конкретными по конкретным вопросам, ИМХО.

[Electrovoicer]

Вы и правда бы обрисовали задачу... вполне возможно, что не нужны Вам пикоамперы...

[URANst]

Вообщем дело вот в чем : я студент. Предполажительная тема моего диплома такая : разработать устройство детектирования сигнала пламенно-ионизационного детектора, применяемого в хроматографии. У меня щас время на обдумываня вопроса, поэто я и задаю немного глупые и не точные вопросы, и прошу у вас совета.

Herz !
Насколько я умею переводить с энгл. Input bias current - это смещение входного тока. А мне интересен минимальный уровень тока который регистрирует эта микруха.

Herz !
Насколько я умею переводить с энгл. Input bias current - это смещение входного тока. А мне интересен минимальный уровень тока который регистрирует эта микруха.

[Tanya]

Вообщем дело вот в чем : я студент. Предполажительная тема моего диплома такая : разработать устройство детектирования сигнала пламенно-ионизационного детектора, применяемого в хроматографии. У меня щас время на обдумываня вопроса, поэто я и задаю немного глупые и не точные вопросы, и прошу у вас совета.

Не верю! Не верю, что в хроматографе пики с частотой 100 герц вылезают....
Раньше делали на вибрирующем конденсаторе и электрометрической лампе методом компенсации тока.
Предел самый мелкий на старом ИМТ (примерно по памяти) 2 пикоампера на всю шкалу...

[rezident]

Насколько я умею переводить с энгл. Input bias current - это смещение входного тока. А мне интересен минимальный уровень тока который регистрирует эта микруха.

Input bias current если дословно, то "входной смещающий ток". Т.е. это дополнительный к входному (собственный для ОУ) ток, который суммируется (с учетом знака) со входным током.

[wodya]

Занимаемся измерением малых токов в хроматографии (вещь специфическая). Схема измеряет малые токи с переключением диапазонов. Самый маленький диапазон 0..200 пА.
В процессоре реализована достаточно мощная цифровая фильтрация. В принципе разрядов 18 выжимаем. Только весь монтаж входного каскада выполняется на весу (ножка 2 весит в воздухе). Весь входной каскад убирается в металлическую коробку, которая землится.

Прикрепленные файлы

 1.pdf ( 78.72 килобайт ) Кол-во скачиваний: 116

 

[URANst]

rezident !!! ну я так и понял по поводу Input bias current.
А вот какой сигнал (диапазон) можно подавать не понял.

[wodya]

URANst, а в каком институте учитесь?
В принципе, по хроматографии могу предложить любые схемы и программы, поскольку работаю в этой области

[URANst]

wodya !!! Мне видимо очень повезло , что я стокнулся с вами. Если вы можете помогите плиз. Меня интересует электронная часть прибора. В первую очередь усиление сигнала датчика и вывод его на компьютер. Не отказался бы посмотреть и на схему управления подачи газа и регулятора температуры. Если вы производитель то укажите адрес сайта с вашей продукцией. Поделитесь опытом что тяжелее всего реализовать (электроника) каких наилучших результатов вы добились в этом деле. Вообщем меня интересует все что вы знаете по этому поводу. Если вы сможете, то вышлите мне пожалуйста документацию (схемы, может быть платы и т.д.). Буду очень вам блогодарен. E-mail : URANstin@mail.ru

[alexander55]

URANst, а в каком институте учитесь?
В принципе, по хроматографии могу предложить любые схемы и программы, поскольку работаю в этой области

Не наделайте глупостей. Есть секреты фирмы, собственность фирмы, в которой Вы работаете, промышленный шпионаж и т.д.