Усилить и оцифровать сигнал порядка мкВ, Посоветуйте решение Опции

[InvisibleFed]

Здравствуйте. Требуется усилить сигнал акустического диапазона (ну точнее, до 50 КГц) с размахом от нескольких мкВ до десятков мВ с минимальными шумами и искажениями. А затем, все это дело еще и оцифровать (АЦП не менее 12-14 разрядов). Два канала. Желательна простая (всмысле доступная не по цене, а по нахождению) повторяемость решения. Кто что может посоветовать, кто с чем работал?

[blackfin]

См. Figure 47. A Low Noise AGC Amplifier: AD603

[DS]

Сразу возникает два вопроса - что за источник сигнала и каков уровень шумов ? Без знания этих параметров трудно дать сколь-нибудь квалифицированный ответ.

[InvisibleFed]

Сразу возникает два вопроса - что за источник сигнала и каков уровень шумов ? Без знания этих параметров трудно дать сколь-нибудь квалифицированный ответ.

Источник сигнала - гидроакустическая антена. Сам сигнал шумоподобный (т. е. уровень шумов сопоставим с самим сигналом). Надо усилить все как можно более точнее, а уж потом цифровая техника отделит котлеты от котят. В данный момент используется обычный аудиокодек (конкретно не назову), но характеристики его очень ограничивают и затрудняют дальнейшую обработку.

[HardJoker]

Источник сигнала - гидроакустическая антена. Сам сигнал шумоподобный (т. е. уровень шумов сопоставим с самим сигналом). Надо усилить все как можно более точнее, а уж потом цифровая техника отделит котлеты от котят. В данный момент используется обычный аудиокодек (конкретно не назову), но характеристики его очень ограничивают и затрудняют дальнейшую обработку.

1. Определить выходное сопротивление источника сигнала (антены).
2. Выбрать топологию входного МШУ для наилучшего согласования по вкладу IшRвых + Uш (согласующий трансформатор, параллельное каскадирование вх.каскадов, оптимизация рабочего тока вх.каскада по Kш и т.д.).
3. Определить полосу полезного сигнала.
4. Выбрать топологию и порядок полосового фильтра (взвешенный, Баттерворта, Бесселя и т.п.).

Экзотику ввиде охлаждения жидким азотом также можно использовать. Результаты положительные, использовалось в далеких 80-х гг.

[DS]

Экзотику ввиде охлаждения жидким азотом также можно использовать. Результаты положительные, использовалось в далеких 80-х гг.

При микровольтах в полосе 50 Кгц охлаждение не нужно - тепловые шумы вполне будут сносные. Учитывая то, что антенну заморозить не удастся. А вот о 1/f тут надо подумать вовсю.

[InvisibleFed]

1. Определить выходное сопротивление источника сигнала (антены).
2. Выбрать топологию входного МШУ для наилучшего согласования по вкладу IшRвых + Uш (согласующий трансформатор, параллельное каскадирование вх.каскадов, оптимизация рабочего тока вх.каскада по Kш и т.д.).
3. Определить полосу полезного сигнала.
4. Выбрать топологию и порядок полосового фильтра (взвешенный, Баттерворта, Бесселя и т.п.).

Выходное сопротивление завтра проясню. А аналоговый фильтр мне не интересен. Мне нужно усилить чтобы оцифровать (ума не приложить как оцифровать ТАКОЕ (5 мкВ - 40 мВ)). Поэтому нужно качественно усилить. Все остальное уже реализовано в цифре (по крайней мере задачи такой не стоит). Полоса, как я и написал - акустика и чуток выше (до 50 КГц, нижняя граница без заморочек, ну до 1 КГц - антена сама как я понял излучает выше 10 КГц).

[HardJoker]

Выходное сопротивление завтра проясню. А аналоговый фильтр мне не интересен. Мне нужно усилить чтобы оцифровать (ума не приложить как оцифровать ТАКОЕ (5 мкВ - 40 мВ)). Поэтому нужно качественно усилить. Все остальное уже реализовано в цифре (по крайней мере задачи такой не стоит). Полоса, как я и написал - акустика и чуток выше (до 50 КГц, нижняя граница без заморочек, ну до 1 КГц - антена сама как я понял излучает выше 10 КГц).

Аналоговый фильтр нужен всегда. В том числе для правильной оцифровки сигнала. На входе АЦП его наличие обязательно. Другой нвопрос - его порядок и крутизна в зависимости от типа используемого АЦП. В случае сигма-дельта преобразователя, требования к фильтру минимальные.

Для понимания разновидностей шумов можно почитать Г.ОТТ, "Методы подавления шумов и помех в электронных системах", гл.8,9 (особое внимание к стр.238 и стр.248).

Кроме того, учитывая абсолютный диапазон полезного сигнала, стоит обратить самое пристальное внимание на методы подавления _собственных_ помех. Бесспорное предпочтение с этой точки зрения должно быть отдано дифференциальному как по входу, так и по _выходу_ усилительному тракту.

P.S. Шумы вида 1/f для биполярных транзисторов могут лежать в диапазоне (1...50)kHz. НЧ-фильтр с характеристическим сопротивлением 50 Ом был бы совсем не лишним.

[InvisibleFed]

Ушел искать ОТТ-а. Спасибо за помощь. Я еще "зеленый", а в аналоговой технике так вообще. Не могли бы Вы, HardJoker, объяснить чем вызвано обязательное применение фильтра на входе АЦП? Сам по себе усилитель так или иначе выступает фильтром, пусть и спад его характеристики будет несколько за пределами интересующего нас частотного диапазона (ну и крутизна, естественно). Почему необходимо ограничивать с помощью фильтра именно перед АЦП частотный диапазон исследумого сигнала до "полезных" частот? А начерта тогда нужен цифровой фильтр (в том числе и вообще, как вид), если я уже и так все отфильтровал (неужели только для ликвидации шумов, появившихся при оцифровки)?

[Herz]

Ушел искать ОТТ-а. Спасибо за помощь. Я еще "зеленый", а в аналоговой технике так вообще. Не могли бы Вы, HardJoker, объяснить чем вызвано обязательное применение фильтра на входе АЦП? Сам по себе усилитель так или иначе выступает фильтром, пусть и спад его характеристики будет несколько за пределами интересующего нас частотного диапазона (ну и крутизна, естественно). Почему необходимо ограничивать с помощью фильтра именно перед АЦП частотный диапазон исследумого сигнала до "полезных" частот? А начерта тогда нужен цифровой фильтр (в том числе и вообще, как вид), если я уже и так все отфильтровал (неужели только для ликвидации шумов, появившихся при оцифровки)?

Одна из целей - предотвращение алиасинга (наложения спектров). Подробнее - в литературе по обработке сигналов.

[HardJoker]

Ушел искать ОТТ-а. Спасибо за помощь. Я еще "зеленый", а в аналоговой технике так вообще. Не могли

Далеко искать не нужно, позиция 2505 на http://ihtik.lib.ru/dreamhost_electrotehn_4janv2007.html

[InvisibleFed]

Мертвый сцылко внутри сцылко. =) Сегодня получил графики ЧХ электрического импенданса для антен. Активная составляющая живет в районе от 800 до 1400 Ом (в зависимости от частоты, там где я работаю - от 800 до 1200). Реактивная составляющая сопротивления - от 600 до 1000 Ом (в интересущем меня диапазоне). Почитал тут, дошло зачем нужен фильтр перед АЦП. Спасибо за это. Обратил свое внимание на несколько усилителей (по буржуйски - Instrumentation Amplifier... Интрументальный усилитель???). На какие парметры помимо полосы, коэффициэнта, линейности характеристик следует обратить? И на чем лучше сделать фильтр? По моему мнению, не очень хочется заморачиваться над слишком крутым фильтром - возможности цифровой части на данный момент позволяет работать на более высоких частотах дискретизации, чем удвоенная (с добавочкой) частота Найквиста (250 КГц смело можно использовать(напомню, что пока верхняя граница полосы - 50 КГц)), да и АЦП таких не мало весьма качественных и доступных. Могу добавить, что антены будут соединятся с системой достаточно длинным кабелем (ориентир - 50 метров коаксиала). Исходя из этого, хочу спросить о дополнительных средствах по согласованию.

[HardJoker]

Мертвый сцылко внутри сцылко. =) Сегодня получил графики ЧХ электрического импенданса для

http://lord-n.narod.ru/download/books/wall...stemah.1979.rar

[InvisibleFed]

Полазил по сайтам производителей. Я в ступоре. Близок к выводу, что на интегральных усилителях (операционном, прецизионном, малошумящем и пр.) даже первый каскад не сделать. Причина - слишком большое напряжение смещения (offset voltage), порядка десятков мкВ. А мне надо единицы мкВ усилить. Обращаюсь за помощью, особенно к HardJoker (за книгу спасибо, читаю). Порыл в нете, по запросу МШУ - одни лишь высокочастотные усилки для спутниковой и пр. радиосвязи. Нет ничего на мой диапазон. Где рыть? Какие решения существуют на сегодня? Может поискать малошумящие транзисторы, да на рассыпухе (хотя сомневаюсь, что там шума меньше будет, книгу еще читаю)? Что посоветуете?

[astronaut]

Источник сигнала - гидроакустическая антена.

В чём проблема?
Типовой усилитель с емкостным источником.
Параметры уже разработанного:
коэффициент усиления 200
полоса работы 0.1...30 кГц
потребляемый ток 50 мкА
напряжение питания 2.5...3 В