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

[dxp]

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.

Так вам надо по постоянному току тоже усиливать? У вас же сигнал с акустического приемника, с них сигнал всегда переменный, как правило. Т.е. постоянная составляющая информации не несет. Или я чего-то не понял.

[EvgenyNik]

У вас же сигнал с акустического приемника, с них сигнал всегда переменный, как правило.

Да, кстати, Вы неверно понимаете смысл смещения, скорее всего. При переменке боятся надо не его, а шума ОУ и выбирать Low Noise и с малыми гармоническими искажениями.
ОФФ: А вот на постоянке с точность до наоборот - там важно смещение, а шумы давятся усреднением.

[HardJoker]

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?

Номенклатура малошумящих НЧ-транзисторов крайне ограничена. В этом нет ничего удивительного, поскольку наибольшая активность производителей аналоговых решений давно сместилась в сторону беспроводной связи, video и т.п. Кроме того, для ВЧ-СВЧ диапазонов технологически проще сделать малошумящий транзистор с коэффициентом шума на уровне (1,5...3)dB. Для НЧ Kш будет лежать в диапазоне (4...6)dB. Можно опробовать комплементарные пары 2T3102E/2T3107В или их зарубежные аналоги. Для них были подробные характеристики Kш=f(Iэ), h21э=f(Iэ) как для обычного режима рабочих токов (1...30)mA, так и для микротоков (1...50)uA. Из импорта можно взять BC847/BC857, но они нормированы по Kш на частоте 50MHz, что не очень подходит для текущей задачи. Недостаток высокого Kш можно компенсировать параллельным включением двух-трех транзисторов для получения выигрыша по шумам во входном каскаде.

[InvisibleFed]

Да, кстати, Вы неверно понимаете смысл смещения, скорее всего. При переменке боятся надо не его, а шума ОУ и выбирать Low Noise и с малыми гармоническими искажениями.

Конкретно, меня интересовали, так называемые Instrumentation Amplifiers. Для них существует такой параметр как RTI, который складывается из двух параметров: Vosi (input voltage offset) и Voso (output voltage offset). Точная формула RTI = Vosi + Voso/G (где G - коэффициент усиления). Вы совершенно правы, несмотря на наличие некоторых все же знаний, меня ввела в заблуждение не совсем понятная картинка из книги от AD по усилителям. Уже после того как написал сообщение, дошло.

Что касается задачи. В 1991 году неизвестным инженером (он может и известный, но кто он - никто не знает =)) была разработна схема и реализована плата усилителя сигнала с фиксированной частотой (сигнал был неманипулирован, а не как в моем случае - по фазе) чувствительностью 5мкА на 6 дБ (усилитель тот работал на резонансе, как я понял из схемы) с положительным соотношением С/Ш. Так вот этих параметров мне мало. Думаю, это не просто, но надо впрямом смысле вогнать сигнал до уровня шума и извлеч его отттуда.
Всем ответившим мое большое спасибо, в особенности HardJoker (раз уж к нему обращался). Буду работать дальше.

[alexkok]

Так вот этих параметров мне мало. Думаю, это не просто, но надо впрямом смысле вогнать сигнал до уровня шума и извлеч его отттуда.

Прежде чем выбирать усилитель Вам надо знать параметры источника сигнала - какая емкость, затем полосу сигнала и центральную частоту.
"вогнать сигнал до уровня шума" очень просто - поставьте аттенюатор

[InvisibleFed]

Здравствуйте. Все потихоньку приходит к определенным формам реализации. Я принял решение использовать усилители с двуполярным питанием (по разным причинам их актуальности для меня). Двуполярное питание +-5В собираюсь организовывать посредством соответствующего маломощного DC-DC перобразователя. Дело в том, что большинство АЦП с паралельным выходом и нужной мне частотой дискретизации (и пр. параметрами), работают в диапазоне аналогового напряжения (хотя и имеют диференциальный вход) от 0 до +2.5 (3.3, 5, вообщем в положительных значениях).Вот вопрос. Как грамотно (!) сместить сигнал из диапазона +-2.5 В в диапазон 0..+5В для согласования с АЦП (усилитель на опеационнике с делителем на выходе?)? Заранее спасибо.

[Herz]

Здравствуйте. Все потихоньку приходит к определенным формам реализации. Я принял решение использовать усилители с двуполярным питанием (по разным причинам их актуальности для меня). Двуполярное питание +-5В собираюсь организовывать посредством соответствующего маломощного DC-DC перобразователя. Дело в том, что большинство АЦП с паралельным выходом и нужной мне частотой дискретизации (и пр. параметрами), работают в диапазоне аналогового напряжения (хотя и имеют диференциальный вход) от 0 до +2.5 (3.3, 5, вообщем в положительных значениях).Вот вопрос. Как грамотно (!) сместить сигнал из диапазона +-2.5 В в диапазон 0..+5В для согласования с АЦП (усилитель на опеационнике с делителем на выходе?)? Заранее спасибо.

Можно это сделать при помощи дифусилителя. В application note для конкретных АЦП, как правило, приводятся схемы их возможных включений. Если определитесь с типом, можно будет решать. При питании же предусилителя двуполярным напряжением при помощи DC-DC удобно сделать "плавающую землю" и "привязать" её к середине входного диапазона АЦП. В этом случае согласование сильно упрощается.

[Stanislav]

Здравствуйте. Все потихоньку приходит к определенным формам реализации...

Да Вы бы, как уже и советовали здесь неоднократно, определились сначала с источником сигнала (нужно знать его комплексный импеданс в интересующей полосе частот, а также саму полосу сигнала, или его спектральные характеристики. Кроме того, нужно задаться уровнем шума на выходе при отсутствии сигнала на входе и заданном усилении, грубо говоря. Ну, ещё и статистики входных сигналов и шумов знать бы не помешало (или хотя бы модули их спектров).
Без ответа на эти вопросы все Ваши попытки соорудить "нечто удовлетворительно работающее" обречены на провал с вероятностью 100%.

Пардон, не заметил почему-то при первом прочтении...

...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)...

Ну, вот и привели бы эти графики+эквивалентную схему. А то не совсем понятно, что есть что...
Судя по импедансу, полевички могут подойти лучше биполярников. Только ток при этом будут кушать довольно приличный.
Хотя, и на БТ тоже должно получиться. Завтра посмотрю: должны быть даже интегральные усилки для Ваших целей.

А почему аудио кодек не подошёл? И зачем Вам нужен АЦП непременно с параллельным выходом?

[Mik174]

При питании же предусилителя двуполярным напряжением при помощи DC-DC удобно сделать "плавающую землю" и "привязать" её к середине входного диапазона АЦП.

А разве можно использовать DC-DC преобразователи при питании схемы, которая работает с сигналами на уровне единиц микровольт?

Не испортят ли они всю картину?
Ведь у них на выходе приличные пульсации, да и шумят они.

[Alex11]

Использовать можно, если хороший DC-DC, но не очень нужно. И хотелось бы сделать еще несколько замечаний по поводу всего, сказанного выше.
1. Уже поднимался вопрос по поводу шума 1/f. Это будет безумной проблемой, если нижняя интересующая Вас частота ниже 10 Гц. Если этот диапазон не нужен, то в усилитель нужно ввести фильтр, чтобы отрезать лишние шумы.
2. По поводу АЦП. Для оцифровки данных лучше применить дельта-сигма преобразователь. Это позволит уменьшить нелинейные искажения и обойтись минимальным антилайзинговым фильтром, т.к. современные АЦП этого типа имеют высокую частоту первичного преобразования и их не смущает наличие сигналов выше частоты сэмплинга во много раз. Фильтр должен обеспечивать только срез сигналов выше 64*Fs или 256*Fs (в зависимости от типа и режима работы), что гораздо проще. Выбор там достаточно широкий, в зависимости от требований к динамическому диапазону и от того, нужно ли измерять точные значения в мкВ, или нужны только относительные измерения. Для абсолютных можно посмотреть в сторону ADS1271, ADS1274. Для относительных - PCM4220, PCM4222.

[InvisibleFed]

Поясню. Вся проблема в том, что люди "наверху" в данный момент не знают конкретные модели антен, которые будут использоваться в конечной системе. Есть две или три модели. Одна из них - на руках. Также, мне не могут точно сказать, на какой частоте они будут работать. Насколько я понял, существует возможность раскачать антены на нескольких различных частотах (несущих) в пределах их динамического диапазона (до 50 КГц, так было заявлено). Сам сигнал - фазоманипулированный. Т. к. нет надежных исследований для антен на предмет их эффективности при передачи сигналов на различных частотах (особенно для фазоманипулированных сигналов - никто мне не может сказать, что будет с бедной антенкой, если эелектрончики через ее пьезоэлементы резко потекут в другую сторону =)). Это одно. Что касается спектров. Что передаем - математическая последовательность, на основе фазовой манипуляции гармонического сигнала. Причем уровень сигнала равен или меньше уровня шума (там в океане рыбки булькают, пузыри надувают)! Отсюда, единственный вывод, который приходит мне в голову (может он и не верный) - мне надо усилить ВСЕ!.. в пределах заданного диапазона. Естественно, постоянная составляющая, совсем низкие частоты в единицы, десятки герц мне побоку - это не эффективно с точки зрения передачи информации, да и антена сомневаюсь, что захочет "петь" в таком режиме.

DC-DC преобразователи надеюсь все-таки использовать (если нет других предложений). Нашел с погрешностью в 3%. Помехи придется ответственно фильтровать.

Alex11, сигма-дельта АЦП я бы и сам с радостью, посмотрю предложенные Вами. Главное чтобы частоты и разрядность "пролезли".

Stanislav, про аудио-кодек не знаю, честно. Ну как минимум по требуемым частотам он уже не может удовлетворить... А параллельный выход - требование (в цифре там FPGA с кучей I/O - не жалко). Вопрос к Вам. Поясните: "Судя по импедансу, полевички могут подойти лучше биполярников". Я не ктому что не согласен, а к тому, что реально не знаю =).

Всем спасибо.

P.S. И вот еще что... Не помню, писал или нет. Из моего поста может быть не совсем понятно - "Антена посылает сигнал...."???? Антена приемо-передающая. Одна и та же может и посылать и передавать. Я разрабатываю только приемник... пока. =)

[Alex11]

Если у Вас фазоманипулированный сигнал на фиксированной несущей, то нужен достаточно узкополосный усилитель, настроенный на частоту несущей. Полоса будет определяться частотой модуляции. В этой ситуации жить Вам будет гораздо легче. Если Вам нужен усилитель, который может без перестройки работать на разных несущих, тогда, конечно, хуже. Но лучше определитесь с требуемой полосой и сразу отрезайте лишнее, шума будет меньше.

[Stanislav]

Поясню. Вся проблема в том, что люди "наверху" в данный момент не знают конкретные модели антен, которые будут использоваться в конечной системе. Есть две или три модели. Одна из них - на руках. Также, мне не могут точно сказать, на какой частоте они будут работать. Насколько я понял, существует возможность раскачать антены на нескольких различных частотах (несущих) в пределах их динамического диапазона (до 50 КГц, так было заявлено). Сам сигнал - фазоманипулированный. Т. к. нет надежных исследований для антен на предмет их эффективности при передачи сигналов на различных частотах (особенно для фазоманипулированных сигналов - никто мне не может сказать, что будет с бедной антенкой, если эелектрончики через ее пьезоэлементы резко потекут в другую сторону =)). Это одно.

Понятно.
Теоретики (в хорошем смысле слова; термин такой) построили некие модели, и на основе этих моделей получили некие решения. Вопрос за "малым": как это реализовать на практике.
Извиняюсь за лирическое отступление, сильно смахивающее на оффтоп.
Грамотно поставленная(т.е. формализованная до "возможности предела") задача всегда имеет практическое решение. И таких решений - всегда несколько.
Более того, попытка решить задачу, которая не формализована (т.е., условия не оговорены, а есть только "пожелания"), обречена на заведомый провал.
Из данных положений следует (они не бесспорны, но этому меня когда-то неявно учили), что для решения Вашего вопроса необходимо и достаточно строгое понимание начальных условий, и параметрические, сиречь, формально определённые требования к результату (в данном случае, выходному сигналу усилителя), а также хороший уровень инженерного мышления и сообразительности.
Насчёт схемотехники рассуждать рано. Схемные решения есть лишь "железное" воплощение мысли.
А если её нет изначально - делайте усилок любым. Пипл схавает...

...Что касается спектров. Что передаем - математическая последовательность, на основе фазовой манипуляции гармонического сигнала. Причем уровень сигнала равен или меньше уровня шума (там в океане рыбки булькают, пузыри надувают)!

Китики пе.дят...
Я не понял, чессно, ежли у Вас активная антенна (насколько я могу представить, гидрофонная решётка), будьте добры хотя бы узнать модуль долговременного спектра излучаемого сигнала.
А также ознакомиться с характеристиками комплексного сопротивления передающе-приёмного элемента в данной полосе частот.
Ежли у Вас пассивная антенна, определитесь со спектром принимаемых сигналов. Об остальном - см. выше. Ещё очень желательно знать их статистические свойства (это, правда, уже не для усилка).

...Отсюда, единственный вывод, который приходит мне в голову (может он и не верный) - мне надо усилить ВСЕ!.. в пределах заданного диапазона.

Какого диапазона?
Учтите, что "диапазон" должен быть взят не "от балды", а технически обоснован.

...Stanislav, про аудио-кодек не знаю, честно. Ну как минимум по требуемым частотам он уже не может удовлетворить... А параллельный выход - требование (в цифре там FPGA с кучей I/O - не жалко)...

Вот так-то всё, "не жалко". Я, например, каждый вывод экономлю...
Аудио-кодэки способны цифровать сигнал до 50 кГц однозначно. Для "бытовухи" сойдёт.
Если у Вас приложение более серьёзное, конечно, такую технику применять нельзя.
Но последовательный вывод данных ничем не хуже параллельного, если речь идёт об оцифровке сигналов звукового (и даже ультразвукового) диапазона. Поясните это вашим спецам по FPGA, плиз.

ЗЗЫ. Для обработки сигналов такого частотного диапазона нужно применять не FPGA, а DSP. Правда, от коликчества приёмных элементов зависит. Ежли более 1000, тогда FPGA может иметь сенс...

Вопрос к Вам. Поясните: "Судя по импедансу, полевички могут подойти лучше биполярников". Я не ктому что не согласен, а к тому, что реально не знаю =).

Я просто предположил, что Ваш приемо-передающий элемент есть титанат-баривая пластина, нагруженная на воду. Для неё полевики подходят лучше, если не играет роль энергопотребление.
Для начала конкретного обсуждения, приведите комплексный импеданс приёмного элемента в интересующем диапазоне частот. А также прочитайте ещё раз всё то, о чём я писал выше.

ЗЫ. Да, ещё. Если принимающий элемент соединён с усилком посредством кабеля, будьте добры, пожалуйста, привести характеристики такого кабеля (погонную ёмкость, прежде всего; длину Вы уже определили).
Схемотехника и топология усилительного тракта от этого сильно зависит. Особенно, когда речь идёт о микровольтах.

[InvisibleFed]

Спасибо за ответ, Stanislav. Привожу пару графиков ЧХ для антен (сам не знаю для каких - просто дали, когда я спросил о сопротивлении и то не сразу). Там только от 15 до 30 КГц, но мне уточнили, что нужно от 1 до 50 КГц. В отсутсвтии дополнительной информации, предполагаем, что "тенденция" (по графикам) там примерно та-же =) (ну а что еще остается делать?). Кстати, 50 КГц входного сигнала... ну ни разу не встречал такого кодека - даже если пишут - гон на деле. Совсем низкие частоты действительно никого не интересуют. Поэтому остановимся на диапазоне входного сигнала 1 - 50 КГц. Сигнал должен быть усилен с минимальными искажениями (амплитуда, фаза.. (допустим фиксированный сдвиг фазы для всего диапазона)). Что до DSP - на цифре уже все готово (на FPGA). И посчитано потребление (для многоканальной системы - что и нужно) - DSP (TI и AD) в пролете.

Не сразу получилось приложить картинки...

Эскизы прикрепленных изображений

 

[alexander55]

ВыхА аналоговый фильтр мне не интересен.

Ну Вы даете прикурить.
Нужен обязательно. Вопрос только в его частотных характеристиках.

Аналоговый фильтр нужен всегда.

Нас уже двое несогласных.

Двуполярное питание +-5В собираюсь организовывать посредством соответствующего маломощного DC-DC перобразователя.

Нужно хорошо подумать, чтобы шумы с него лезли в усилительный тракт.

А разве можно использовать DC-DC преобразователи при питании схемы, которая работает с сигналами на уровне единиц микровольт?

Не испортят ли они всю картину?
Ведь у них на выходе приличные пульсации, да и шумят они.

Я тоже это имел ввиду, тем более устройство маломощное. А может быть батарейное питание для пред.усилителя ?

[InvisibleFed]

Ну вот, кстати, вопрос. А какая существует альтернатива DCDC преобразователю (батарейка хоть и не шумит почти, но не катит) для организации двуполярного питания кроме как городить тоже самое, что в нем уже реализовано? Тем более, что хотелось бы питаться от одного вторичного источника +5В. Может кто посоветует качественный фильтр? А то порылся - то что нашел я и так знал - R/L С с несколькими разными C в параллель (тантал, керамика). Надо что-то посерьезней. Нашел DC-DC конвертера с шумом 6 мВ макс. Правда КПД аж всего 45%. С внешнем фильтром на паре кондеров пишут должно меньше 2 мВ получиться по шуму. У кого какие мнения? И возвращаясь к посту Alex11:

Если у Вас фазоманипулированный сигнал на фиксированной несущей, то нужен достаточно узкополосный усилитель, настроенный на частоту несущей. Полоса будет определяться частотой модуляции. В этой ситуации жить Вам будет гораздо легче. Если Вам нужен усилитель, который может без перестройки работать на разных несущих, тогда, конечно, хуже. Но лучше определитесь с требуемой полосой и сразу отрезайте лишнее, шума будет меньше.

Некогда, давным давно, была разработана схема (я о ней уже упоминал) приемника, в которой как раз и применялся узкополосный услилитель, настроенный на частоту приема (тогда это были 12 КГц). Сейчас действительно сложнее. Во-первых, частота приема - объект исследований и может перенастраиваться. Во вторых, чувствительность нового приемника должна быть гораздо лучше. Многих интересует спектр сигнала в моей задачи, но в этом и особенность. В моем случае, если рассматривать худший случай распознавания полезного сигнала на фоне шума, спектр будет представлять собой спектр шума (в полосе 1 до 50 КГц по заданию). Сказать же о спектре полезного сигнала мне действительно сложно, по той причине, что такие вещи как частота несущей, количество полюсов манипуляции являются объектами исследования (с применением той железки которую мне поручили делать).

[alexkok]

Привожу пару графиков ЧХ для антен (сам не знаю для каких - просто дали, когда я спросил о сопротивлении и то не сразу). Там только от 15 до 30 КГц, но мне уточнили, что нужно от 1 до 50 КГц. В отсутсвтии дополнительной информации, предполагаем, что "тенденция" (по графикам) там примерно та-же =) (ну а что еще остается делать?).

Уже что-то, можно прикинуть параметры источника с точки зрения шумовых характеристик.
Надеюсь, что эти графики снимались в воде, а не на воздухе.
Итак, судя по графикам, импеданс источника - это десятки Ом активного сопротивления и примерно 12нФ последовательной емкости. Параллельно источнику подключена емкость кабеля, порядка 1-2нФ, и вход усилителя.
Шумовое сопротивление этого источника будет около 12к на 1кГц и около 200 Ом на 50кГц.
Для такого источника необходим усилитель с напряжением шумов ≤1nV√Hz и шумовым током ≤0.1pA√Hz.
Осталось выяснить требования к динамическому диапазону и можно приступать к выбору усилителя.
Если особых требований к ДД не предъявляется, то можно использовать полевые транзисторы, например 2SK170, можно несколько в параллель.
Если же нужен высокий ДД, то придется выбирать что-то из операционников, например LT1792.
Шумы при этом будут выше.

Кстати, 50 КГц входного сигнала... ну ни разу не встречал такого кодека - даже если пишут - гон на деле.

А конкретнее насчет гона?

[One]

а также посмотрите на AD8099; ADA4899

[Stanislav]

Привожу пару графиков ЧХ для антен (сам не знаю для каких - просто дали, когда я спросил о сопротивлении и то не сразу). Там только от 15 до 30 КГц, но мне уточнили, что нужно от 1 до 50 КГц.

Тогда пусть дадут импеданс антенны в этом частотном диапазоне.
Учтите, что индуктивная составляющая там тоже может он может оказаться значительной (см. например, эквивалентную схему и характеристики импеданса кварцевого резонатора - любой пьезоэлемент должен быть на неё похож).

...В отсутсвтии дополнительной информации, предполагаем, что "тенденция" (по графикам) там примерно та-же =) (ну а что еще остается делать?).

Странный какой-то подход... То есть, предлагается гадать на кофейной гуще?

...Кстати, 50 КГц входного сигнала... ну ни разу не встречал такого кодека - даже если пишут - гон на деле.

Ну, не знаю... Вот навскидку:
PCM1804,
PCM4220,
и т.д...

...Совсем низкие частоты действительно никого не интересуют. Поэтому остановимся на диапазоне входного сигнала 1 - 50 КГц.

Лучше давайте остановимся на полосе входного сигнала 15-30 кГц...

...Сигнал должен быть усилен с минимальными искажениями (амплитуда, фаза.. (допустим фиксированный сдвиг фазы для всего диапазона)).

Так не бывает.
Во всяком случае, нужно определить, что же подразумевается под "минимальными искажениями" в конкретных цифрах.

Нужно хорошо подумать, чтобы шумы с него лезли в усилительный тракт.

Если делать импульсный преобразователь в непосредственной близости от усилка - экранировать его нужно со всех сторон обязательно. Не говоря уже о тщательной фильтрации выходных напряжений. Непосредственно на усилок питание нужно подавать с помощью линейных стабилизаторов (LDO, например) с малым уровнем собственных шумов в интересующей полосе.

...Я тоже это имел ввиду, тем более устройство маломощное. А может быть батарейное питание для пред.усилителя ?

Думается, импульсное всё же возможно. Только аккуратность при проектировании нужна.

Уже что-то, можно прикинуть параметры источника с точки зрения шумовых характеристик.
Надеюсь, что эти графики снимались в воде, а не на воздухе.
Итак, судя по графикам, импеданс источника - это десятки Ом активного сопротивления и примерно 12нФ последовательной емкости. Параллельно источнику подключена емкость кабеля, порядка 1-2нФ, и вход усилителя.

Я вижу на графиках порядка 800-1300 Ом активного сопротивления в приведённой полосе частот. Характер реактивного до конца не ясен - в области ВЧ это, конечно, ёмкость, только подключенная, быть может, и параллельно активному сопротивлению (это надо обязательно выяснить). А вот на частоте ~17-18 кГц наблюдается нечто вроде резонанса.
Итак, эквивалентная схема нужна, чтобы разобраться во всём этом деле. За основу предлагаю взять хорошо известную эквивалентную схему кварцевого резонатора.

...Шумовое сопротивление этого источника будет около 12к на 1кГц и около 200 Ом на 50кГц.

Простите, но расчёт непонятен.
И что такое "шумовое сопротивление" в данном контексте?

...Для такого источника необходим усилитель с напряжением шумов ≤1nV√Hz и шумовым током ≤0.1pA√Hz.

Почему? Я имею в виду, почему не 0,5 нВ/√Гц или не 3, например?
С шумовым током тоже пока не всё ясно.

...Осталось выяснить требования к динамическому диапазону и можно приступать к выбору усилителя.
Если особых требований к ДД не предъявляется, то можно использовать полевые транзисторы, например 2SK170, можно несколько в параллель.

Хорошие ПТ, одобрям. Правда, есть и "покруче".
Только всё-таки предлагаю уточнить условия.

а также посмотрите на AD8099; ADA4899

К этим супер-пупер нужно относиться осторожно.
У них шумовой ток по входу весьма велик...

[InvisibleFed]

Итак, судя по графикам, импеданс источника - это десятки Ом активного сопротивления и примерно 12нФ последовательной емкости. Параллельно источнику подключена емкость кабеля, порядка 1-2нФ, и вход усилителя.
Шумовое сопротивление этого источника будет около 12к на 1кГц и около 200 Ом на 50кГц.
Для такого источника необходим усилитель с напряжением шумов ≤1nV√Hz и шумовым током ≤0.1pA√Hz.
Осталось выяснить требования к динамическому диапазону и можно приступать к выбору усилителя.

Как и Stanislav-у, мне тоже интересна методика расчета (но не из-за несогласия, а от незнания - надо же учиться).

А о кодеках я действительно был куда более худшего мнения. Специально не искал, признаюсь, но доверия к ним как -то нет. Вот если бы мне достоверно сказал, тот кто с ними работал, что ровная ЧХ (пусть и до заявленных 48 КГц), не ползет вверх уровень по каким-то своим законам, и самое главное не крутит не понять как фазу перед срезом (не после, а именно перед) - вот тогда можно задуматься. А так - трата времени весьма существенная может получится.

Лучше давайте остановимся на полосе входного сигнала 15-30 кГц...

Я бы с радостью! =) Но... Попробую найти более подробные характеристики (свяжусь с конторой, у которой собираются пока покупать новые антенки).

Странный какой-то подход... То есть, предлагается гадать на кофейной гуще?

Отчего же странный? Чисто по-русски - пойди туда не знаю куда.

Так не бывает.

Как именно? Волнение в 1-2 процента на ЧХ не должно меня пугать.

Непосредственно на усилок питание нужно подавать с помощью линейных стабилизаторов (LDO, например) с малым уровнем собственных шумов в интересующей полосе.

Про LDO думал. Не отметаю. Интересно, а ведь нормально включать пару LDO с общим COM (простите за тавтологию) - один на +5, второй на -5? И видимо тогда прийдется брать DC/DC с напряжением на выходе больше (по мдулю) чем +-5В (Может ли LDO совсем немного понизить то, что на него подали?). Вот тут пишут (правда и тут и там своя специфика), что и LC фильтр достаточно эффеткивен.

Характер реактивного до конца не ясен - в области ВЧ это, конечно, ёмкость, только подключенная, быть может, и параллельно активному сопротивлению (это надо обязательно выяснить). А вот на частоте ~17-18 кГц наблюдается нечто вроде резонанса.
Итак, эквивалентная схема нужна, чтобы разобраться во всём этом деле. За основу предлагаю взять хорошо известную эквивалентную схему кварцевого резонатора.

Емкость на эквивалентной схеме (скажем так, в составе антены)? Про резонанс Вы правы. Начинаем учиться: что мне даст эквивалентная схема (с точки зрения проектирования услителя, если я таки найду ПОЛНЫЕ графики ЧХ)?

Всем большое спасибо.

[alexkok]

Простите, но расчёт непонятен.
И что такое "шумовое сопротивление" в данном контексте?

Очепятка, "шумовое" вычеркнуть, можно заменить на "реактивное".

Почему? Я имею в виду, почему не 0,5 нВ/√Гц или не 3, например?

Ну если принять активное, которое я оценил по АЧХ в десятки Ом, то получаем шум источника около 1нВ/√Гц. Можно конечно и 0,5 нВ/√Гц, но даже при 0 нВ/√Гц больше чем 3дБ не выиграем.

С шумовым током тоже пока не всё ясно.

Если я правильно оценил импеданс, то реактивное сопротивление на 1кГц будет около 12кОм и шум при при 0,1 пА/√Гц будет 1,2 нВ/√Гц.

[InvisibleFed]

alexkok, обоснование с формулами (или ссылку), пожалуйста - очень интересно.

[alexkok]

alexkok, обоснование с формулами (или ссылку), пожалуйста - очень интересно.

Xc = 1/(2*pi*C*f)
Оно?

[alexander55]

Может кто посоветует качественный фильтр?

Многозвенный L-C.
Насчет батареек. Не отметайте этот вариант. Даже если уйдете на DC/DC, в процессе проверок для исключения влияния шумов источника полезно бывает посмотреть работу девайса с батарейным питанием.

[Stanislav]

Ну если принять активное, которое я оценил по АЧХ в десятки Ом, то получаем шум источника около 1нВ/√Гц...

Да откуда там десятки ом?
На первом графике приведено значение активного сопротивления от частоты. И оно порядка килоома для всего диапазона.

[alexkok]

Да откуда там десятки ом?
На первом графике приведено значение активного сопротивления от частоты. И оно порядка килоома для всего диапазона.

Зато на втором 400 Ом на 30кГц и 6дБ/окт.
Делать же надо на худший случай.

[Stanislav]

Зато на втором 400 Ом на 30кГц и 6дБ/окт.
Делать же надо на худший случай.

Реактивное сопротивление не шумит.
Но требует адэкватной частотной коррекции усилка. И накладывает ограничения на выбор усилительных элементов.

[alexkok]

Реактивное сопротивление не шумит.
Но требует адэкватной частотной коррекции усилка. И накладывает ограничения на выбор усилительных элементов.

А я разве говорю что шумит?
Я взял в качестве шумового активное.
Если автор топика сможет предоставить данные о более высокочастотной области импеданса, активное сопротивление можно будет оценить точнее.

[Stanislav]

А я разве говорю что шумит?
Я взял в качестве шумового активное.
Если автор топика сможет предоставить данные о более высокочастотной области импеданса, активное сопротивление можно будет оценить точнее.

Короче говоря, для проектирования МШУ нужно знание полного электрического сопротивления источника сигнала в заданном диапазоне частот.
А также шумовые требования, предъявляемые к усилителю.
Извиняюсь за повторение.

2 Автор темы.
Это основные вопросы, которые Вам придётся-таки выяснить. Иначе Ваша работа не будет успешной.

[alexkok]

2 Автор темы.
Это основные вопросы, которые Вам придётся-таки выяснить. Иначе Ваша работа не будет успешной.

Достаточно, по минимуму, выяснить шумовые параметры предыдущего усилителя и сделать не хуже, но для широкого дипазона частот.

[InvisibleFed]

2 Автор темы.
Это основные вопросы, которые Вам придётся-таки выяснить. Иначе Ваша работа не будет успешной.

Предприниму все усилия, чтобы получить ответ в короткий срок. Но мне все-таки интересна сам подход, методика расчета и выбора элементной базы, исходя из имеющихся данных (когда уже известно все необходимые параметры, четко сформулировано тех. задание). Своей личной целью я преследую не только выполнить работу и получить зарплату, но и чему-то научиться. Поэтому прошу спецов о ликбезе в решении вполне популярной (с точки зрения СЦОС) задачи. За ссылки, книги или свои рассуждения буду признателен. Напрмер, мне неизвестно как оценить шум исходя из данных графиков.

[alexkok]

Поэтому прошу спецов о ликбезе в решении вполне популярной (с точки зрения СЦОС) задачи.

Что такое СЦОС?

За ссылки, книги или свои рассуждения буду признателен. Напрмер, мне неизвестно как оценить шум исходя из данных графиков.

Все очень просто, я же привел формулу.
На последнем графике кривая модуля комплексного сопротивления.
Можете построить такую же для последовательно соединенных R и C.
На высоких частотах основной вклад дает R, а на низких C.
Мы имеем кусок характеристики в переходной области.
По ней можно прикинуть R, хотя и не очень точно.
R является активным и следовательно шумит.
Un = √( 4*k*T*R*B )
Надеюсь хоть эту формулу Вы знаете, иначе сначала идите читать буквари и только потом приступайте к проектированию.
Я только не знаю как зависит сопротивление излучения гидрофона от частоты вне резонансной области, предполагаю его постоянным.
А сопротивление излучения и есть активное сопротивление гидрофона.

Сообщение отредактировал alexkok - Sep 27 2008, 01:22

[Stanislav]

Что такое СЦОС?

Мне тоже очень интересно.

Все очень просто, я же привел формулу.

Эта формула импеданса конденсатора, только и всего.

На последнем графике кривая модуля комплексного сопротивления.

Вы совершенно неправильно интерпретируете графики.
На последнем - (модуль?) реактивного сопротивления антенного элемента.

Можете построить такую же для последовательно соединенных R и C.

Это не есть факт.
Эквивалентную схему датчика, для которой приведены графики, мы не знаем. C может быть включена и параллельно с R.

[alexkok]

Эквивалентную схему датчика, для которой приведены графики, мы не знаем. C может быть включена и параллельно с R.

Для пьезокерамики?
Параллельное сопротивление конечно есть, но это сопротивление изоляции и его величина это десятки МОм (мегаОм). Когда-то лично мерял мегомметром.

[InvisibleFed]

СЦОС - Система(ы) цифровой обработки сигналов.

Un = √( 4*k*T*R*B )
Надеюсь хоть эту формулу Вы знаете, иначе сначала идите читать буквари и только потом приступайте к проектированию.

Отличненько, формулу теплового шума знаем. Только вот с пониманием проблема, видать. Вы утверждете, что мне необходим усилитель с шумом <= 1nV/√Hz. Вот тут как раз недопонимание. Это с чего? Приведенная Вами формула дает собственный тепловой шум антены (вследствии активного сопроивления). Что будет, если шум усилителя будет больше шума антены (ну скажем 5nV/√Hz)?



На втором графике, действительно, реактивное сопротивление, а не полное комплексное.



Спасибо за пяснения.

[alexkok]

Вы утверждете, что мне необходим усилитель с шумом <= 1nV/√Hz. Вот тут как раз недопонимание. Это с чего? Приведенная Вами формула дает собственный тепловой шум антены (вследствии активного сопроивления).

Это не я, это Вы заявили, что Вам нужен усилитель с максимальной чувствительностью.

На втором графике, действительно, реактивное сопротивление, а не полное комплексное.

У Вас в посте 29 написано во множественном числе:

Привожу пару графиков ЧХ для антен (сам не знаю для каких

и я понял что это графики для разных антенн, и взял для расчетов с меньшим сопротивлением.
Так это для одной и той же антенны или для разных?

Что будет, если шум усилителя будет больше шума антены (ну скажем 5nV/√Hz)?

Если оба графика для одной и той же антенны, то шумы антенны будут около 4nV/√Hz и усилитель с шумом 5nV/√Hz вполне подходит. Если же активное сопротивление намного меньше, то просто чувствительность будет неоправданно занижена.

[DS]

Для пьезокерамики?
Параллельное сопротивление конечно есть, но это сопротивление изоляции и его величина это десятки МОм (мегаОм). Когда-то лично мерял мегомметром.

Запросто. Существует ведь еще механичесная "сущность" антенны, которая преобразуется к электрическим параметрам. Там свои RLC, и включены они, в общем случае, могут быть как угодно. Эквивалентную схему нужно давать с уучетом этого. Ну или объяснить, почему взаимодействием антенны с окружающим пространством можно принебречь. (Хотя какая она тогда будет антенна ?).
Если смотреть на графики, то активное сопротивление определяется по-видимому, излучением. И будет параллельным. Параллельно ему - емкость керамики и последовательный контур из приведенных L и C, соответствующих мех. резонансу керамики. Но он практически задемпфирован.

[InvisibleFed]

alexkok, Вы не правильно поняли. Графики эти для одной модели антенн (говоря антеннЫ я имел виду их множество одной модели =)). А по поводу шума. Я вот о чем спрашиваю. Положим, что по нашим расчетам, шум антенны 4nV/√Hz (ну чисто гипотетически). Усилок шумит, скажем, 10nV/√Hz. С чем и как соотносить эти числа? С диапазоном усиливаемого сигнала, друг с дружкой, с чем-то еще? Как числено оценить снижение чувствительности в таком случае (при условии, что усиливаемый сигнал порядка мкВ) если бы я взял усилок с шумом 4nV/√Hz вместо 10nV/√Hz? И насколько я понял из ОТТ-а, тепловой шум - это явление не реактивного сопротивления (как и говорил Stanislav, может я не прав). Спасибо, что помогаете.



И вопрос пока повис про LDO - сколько напряжения в хороших "откусывается" от входного?

[alexkok]

alexkok, Вы не правильно поняли. Графики эти для одной модели антенн (говоря антеннЫ я имел виду их множество одной модели =)).

Тогда задача, на мой взгляд (есть другие мнения), упрощается - шумы усилителя 1nV/√Hz не нужны.
Но надо проверить насчет минимального сопротивления излучения среди возможных типов антенн.

А по поводу шума. Я вот о чем спрашиваю. Положим, что по нашим расчетам, шум антенны 4nV/√Hz (ну чисто гипотетически). Усилок шумит, скажем, 10nV/√Hz. С чем и как соотносить эти числа? С диапазоном усиливаемого сигнала, друг с дружкой, с чем-то еще? Как числено оценить снижение чувствительности в таком случае (при условии, что усиливаемый сигнал порядка мкВ) если бы я взял усилок с шумом 4nV/√Hz вместо 10nV/√Hz?

В первом приближении можно друг с другом. Но более правильно построить кривую суммарного шума на входе от шумов усилителя и решить для себя, с учетом стоимости усилителя или его разработки, какие шумы усилителя являются приемлемыми. Кроме того надо учесть внешние шумы принимаемые антенной, они, вполне возможно, могут ограничивать чувствительность. Как в КВ диапазоне например.

И насколько я понял из ОТТ-а, тепловой шум - это явление не реактивного сопротивления (как и говорил Stanislav, может я не прав). Спасибо, что помогаете.

Да, это так, Вы поняли правильно. Но есть ещё и шумовой ток усилителя. Произведение этого тока на комплексное сопротивление источника тоже будет на входе усилителя, даже если сопротивление источника чисто реактивное.

И вопрос пока повис про LDO - сколько напряжения в хороших "откусывается" от входного?

Десятки мВ, зависит от тока, надо смотреть дэйташиты.

[InvisibleFed]

В первом приближении можно друг с другом. Но более правильно построить кривую суммарного шума на входе от шумов усилителя и решить для себя, с учетом стоимости усилителя или его разработки, какие шумы усилителя являются приемлемыми.

Это все хорошо... но смысла мне не раскрыло . Я не знаю как соотнести минимальный диапазон усиливаемого сигнала (напряжение на входе усилителя). Может перефразировать... меня интересует физический смысл выражения "1nV/√Hz" (уж простите за мое невежество).

Но есть ещё и шумовой ток усилителя. Произведение этого тока на комплексное сопротивление источника тоже будет на входе усилителя, даже если сопротивление источника чисто реактивное.

Согласен и сей факт осознаю.

В очередной раз, благодарю.

[alexkok]

Запросто. Существует ведь еще механичесная "сущность" антенны, которая преобразуется к электрическим параметрам. Там свои RLC, и включены они, в общем случае, могут быть как угодно. Эквивалентную схему нужно давать с уучетом этого. Ну или объяснить, почему взаимодействием антенны с окружающим пространством можно принебречь. (Хотя какая она тогда будет антенна ?).
Если смотреть на графики, то активное сопротивление определяется по-видимому, излучением. И будет параллельным. Параллельно ему - емкость керамики и последовательный контур из приведенных L и C, соответствующих мех. резонансу керамики. Но он практически задемпфирован.

Согласно Вашей модели, на 1кГц мы будем иметь параллельно соединенные 12нФ и 1кОм, и шумовой ток усилителя нас практически не интересует.
Сравните с последовательной схемой и почувствуйте разницу.

Я не знаю как соотнести минимальный диапазон усиливаемого сигнала (напряжение на входе усилителя). Может перефразировать... меня интересует физический смысл выражения "1nV/√Hz" (уж простите за мое невежество).

Формула для теплового шума содержит параметр "B" - это полоса частот и "1nV/√Hz" надо умножить на √B. Но в качестве полосы для сигналов с широкополосной модуляцией надо брать полосу после свертки. Спросите этот параметр у тех кто заведует обработкой.
И ещё поинтересуйтесь для какой модели, последовательной или параллельной, эти графики.

[InvisibleFed]

Формула для теплового шума содержит параметр "B" - это полоса частот и "1nV/√Hz" надо умножить на √B

..,чтобы получить действующее значение помехи (спасибо, к это му же и пришел - книги некоторые странно пишут все-таки).

Но в качестве полосы для сигналов с широкополосной модуляцией надо брать полосу после свертки.

Не осознал. В честь чего? Антенна сама по себе имеет полосу пропускания, которая, по заданию, лежит ниже 50 КГц. С нее мы и принимаем сигнал. В качестве частоты среза для расчета B брать заданные 50 КГц. Или я не прав?

[alexkok]

Не осознал. В честь чего? Антенна сама по себе имеет полосу пропускания, которая, по заданию, лежит ниже 50 КГц. С нее мы и принимаем сигнал. В качестве частоты среза для расчета B брать заданные 50 КГц. Или я не прав?

Не прав. Я затрудняюсь объяснить это достаточно понятно, но для широкополосных сигналов есть понятие "мгновенного" спектра, фактически это ширина спектра передаваемого полезного сигнала.
Вот его-то и надо брать для оценки шумов в канале передачи, при вычислении динамических диапазонов.
Можно для примера рассмотреть случай ЛЧМ сигнала.
Допустим сигнал состоит из 50 кусков синусоид сдвинутых между собой на 1кГц. Длительность каждого куска 1мсек, т.е. полоса 1кГц.
Все эти синусоиды идут одна за другой от 1 кГц до 50. Суммарный спектр будет 50кГц, а мгновенный всего 1кГц.
Оптимальный приемник будет перестраиваться синхронно с сигналом и спектр шумов на выходе будет всего 1кГц.

Сообщение отредактировал alexkok - Sep 29 2008, 04:37

[Alex11]

Это надо, чтобы он еще умел перестраиваться, а если без перестройки - то полоса будет полная.

Про LDO - десятки милливольт - это правильно, только стабилизации при этом нет никакой. Чтобы была, лучше рассчитывать хотя бы на 0.7 В у лучших образцов, а так - 1 В.

[InvisibleFed]

Alex11, спасибо за уточнение по LDO. Ваш пример, alexkok, очень понятен. Но только, действительно, создать нечто подобное (перестраиваемый приемник) в моих условиях (когда не полосы несущей, ни количество полюсов модуляции) сложно. Поэтому вижу разумным, все же брать полную полосу (по крайней мере до тех пор, пока это не приведет к новой сложнорешаемой задаче).
Что касается DC/DC. Был совет экранировать. Кто что может сказать по поводу собственных экранов (корпусов он же экран) некоторых DC/DC? Если располагать ну не совсем прям близко к аналоговой части (2-3см)?

[alexkok]

Ваш пример, alexkok, очень понятен. Но только, действительно, создать нечто подобное (перестраиваемый приемник) в моих условиях (когда не полосы несущей, ни количество полюсов модуляции) сложно.

Перестраиваемый приемник это только пример, Вам его создавать не нужно.
И если даже потребуется, сейчас это делается в цифре.

Поэтому вижу разумным, все же брать полную полосу (по крайней мере до тех пор, пока это не приведет к новой сложнорешаемой задаче).

Самое правильное это использовать суммарную плотность шумов, она Вам потребуется для расчета коэффицциента усиления до АЦП, после того как выберете АЦП.

[rudy_b]

Есть два правильных усилителя AD797 (меньший шум напряжения -0.9 нВ, больший тока - 2пА) и AD8671/2/4 (больший по напряжению - 2.8 нВ, меньший по току 0.3 пА). Шумы - на 1 кГц. Первый для более низкого сопротивления источника, второй - для более высокого. Сигнал сначала усилить, потом фильтровать (антиалиас) потом масштабировать (+ возможно дополнительно фильтровать на входе АЦП) на чем угодно (если нужно, вообще весть оговоренный диапазон можно перекрыть одним ударом). Подходящих АЦП - вагон и маленькая тележка.
При расчете - учесть емкость кабеля обязательно. Все шумовые параметры прекрасно считаются в симуляторе Orcadа.

[InvisibleFed]

Самое правильное это использовать суммарную плотность шумов, она Вам потребуется для расчета коэффицциента усиления до АЦП, после того как выберете АЦП.

Опять же прошу помочь с расчетом (или где читать).

На AD8671/2/4 уже смотрел, но их лучше наверное за предусилитель. А еще недавно нашел ina163.

[alexkok]

Опять же прошу помочь с расчетом (или где читать).

А что тут собственно считать?
Из дэйташита на LT1028:

The total input referred noise of an op amp is given by
et = [(en)2 + (rn)2 + (InReq)2]1/2
where Req is the total equivalent source resistance at the
two inputs, and
rn = √4kTReq = 0.13√Req in nV/√Hz at 25°C

На AD8671/2/4 уже смотрел, но их лучше наверное за предусилитель. А еще недавно нашел ina163.

AD8671 вполне подходит на мой взгляд в качестве усилителя.
Если выбрать в качестве АЦП PCM4222, то у них плотность шумов где-то 13nV/√Hz при частоте дискретизации 96кГц.
Т.е. усиление должно быть 3-4, плюс дифференциальный усилитель с единичным усилением (у PCM4222 дифференциальный вход).

[InvisibleFed]

alexkok, признаться смутило понятие "плотность шумов". Я бы назвал это "мощностью шумов" (из которой легко приходим к "уровню шумов"). Но это так, недопонял. Меня вот интересует еще такой вопрос. Даже вопросы. 1. Откуда беруться 13 nV/√Hz (для PCM422x, что за параметр, или из каких параметров получается). 2. Собственно смежный вопрос. Если, скажем АЦП имеет разрядность 24 бита и динамический диапазон, скажем 110 дБ, то насколько я могу понять, динамический диапазон в данном случае ограничивает эффективную разрадность преобразователя? Если так, то тогда очень хочу узнать из каких составляющих складывается эффектвная разрядность АЦП? Только ли из SNR приведенного в даташите для этого АЦП? На некоторый АЦП просто так и приводится параметр "dynamic range", в то время как на другие - нет.

[alexkok]

alexkok, признаться смутило понятие "плотность шумов". Я бы назвал это "мощностью шумов" (из которой легко приходим к "уровню шумов"). Но это так, недопонял.

Мощность шумов получается из спектральной плотности шумов умножением на полосу.

Меня вот интересует еще такой вопрос. Даже вопросы. 1. Откуда беруться 13 nV/√Hz (для PCM422x, что за параметр, или из каких параметров получается).

Максимальное дифференциальное входное напряжение 5,6Vpp -> 2,8Vmax -> 2Veff/118dB -> 2,5uV/√40kHz ~13nV/√Hz
Но это дифференциальная плотность шумов (тут я немного ошибся), надо ещё привести к "single ended", т.е. разделить на два и получим ~ 6 nV/√Hz.
Для такой чувствительности достаточно усилить сигнал всего в два раза.

2. Собственно смежный вопрос. Если, скажем АЦП имеет разрядность 24 бита и динамический диапазон, скажем 110 дБ, то насколько я могу понять, динамический диапазон в данном случае ограничивает эффективную разрадность преобразователя?

естественно

Если так, то тогда очень хочу узнать из каких составляющих складывается эффектвная разрядность АЦП? Только ли из SNR приведенного в даташите для этого АЦП? На некоторый АЦП просто так и приводится параметр "dynamic range", в то время как на другие - нет.

Да, из невзвешенного "dynamic range".

Сообщение отредактировал alexkok - Oct 1 2008, 17:42

[InvisibleFed]

Спасибо за разъяснения. Никак не могу решить проблему питания всего этого дела. Если использовать правильные AD867x или ina163 (инструментальный предусилитель с шумом в 1nV/√Hz на 1 КГц), то без двуполярного питания не обойтись. Как я и писал, есть желание сделать все это дело на базе преобразователя из +5 в +-5В. Пульсации можно конечно фильтровать парой Г-образных LC-фильтров, но для полного счастья было бы отлично использовать LDO. Только вот найти стабилизатор на -5В не так то просто. Да и можно ли так включать пару LDO (один на +5В, второй на -5В, у обоих ноги земли соединять вместе и цеплять к общему выводу DC/DC)? Или LC должно хватить. Если принять пульсации на выходе DC/DС, скажем, 100 мВ (в полосе 20 МГц), коэффициент сглаживания 1000 или лучше 10000 для всего фильтра (дроссели правда (вдвоем) размером с маломощный DC/DC будут, видимо). Пойдет?

[alexkok]

Спасибо за разъяснения. Никак не могу решить проблему питания всего этого дела. Если использовать правильные AD867x или ina163 (инструментальный предусилитель с шумом в 1nV/√Hz на 1 КГц), то без двуполярного питания не обойтись. Как я и писал, есть желание сделать все это дело на базе преобразователя из +5 в +-5В.

TPS60403

Пульсации можно конечно фильтровать парой Г-образных LC-фильтров, но для полного счастья было бы отлично использовать LDO. Только вот найти стабилизатор на -5В не так то просто. Да и можно ли так включать пару LDO (один на +5В, второй на -5В, у обоих ноги земли соединять вместе и цеплять к общему выводу DC/DC)? Или LC должно хватить. Если принять пульсации на выходе DC/DС, скажем, 100 мВ (в полосе 20 МГц), коэффициент сглаживания 1000 или лучше 10000 для всего фильтра (дроссели правда (вдвоем) размером с маломощный DC/DC будут, видимо). Пойдет?

TL431

[Alex11]

Я все равно, хоть убей, не понимаю, зачем Вам обязательно двуполятное питание. Фильтрануть смещение для опера гораздо проще, тем более, что Вам не интересны самые нижние частоты. А далее Вам все равно придется это смещение добавлять при согласовании с АЦП, его-то Вы никак на двуполярку не развесите. Или цифровой сигнал получится относительно -5, а не относительно земли.

[InvisibleFed]

Спасибо, смотрю.
Alex11, а я хоть убей не понимаю, почему правильных усилителей так много с двуполярным питанием и так мало с однополярным.

[InvisibleFed]

Предусилитель краю как и советовали на AD8671. А дальше есть желание использовать пару усилителей AD8253 и AD8250. Это инструментальные усилители с неплохими вроде характеристиками. + цифровое управление усилением. А потом уже и АЦП. Кстати, АЦП присматриваю уже в сторону AD7764 - есть мнение, что в будущем планируется развивать систему и потребуется поднять частоту до 100 КГц - будет хоть один модуль обучен. Кто что может сказать по этим девайсам?

[khach]

Если, скажем АЦП имеет разрядность 24 бита и динамический диапазон, скажем 110 дБ, то насколько я могу понять, динамический диапазон в данном случае ограничивает эффективную разрадность преобразователя?

На самом деле у PCM4222 110дБ это наихудший случай- узкая спектральная палка на частоте, как то связанной с тактовой частотой АЦП. Если посмотреть на шумовые спектры то видно, что шумовая полка лежит где-то в районе 140 дБ, т.е 23 бита с копейками. Для борьбы с такими спектральными палками есть "финт ушами"- цифровать сигнал два раза с различной (некратной) тактовой частотой АЦП. Если это не аудио-применение (тактовая непривязанна жестко) то такое решение иногда очень помагает.
И еще бывает неплохо сделать вход с трансформатором- он обрезает полосу на НЧ (там, где шум большой) и симметрирует сигнал. Вообще работать с сигналами с динамикой больше 100-110 дб в недифференциальном включении как усилителей, так и линий связи ИМХО бессмысленно. Так что от источника и до ацп сигнал должен идти по экранированной витой паре и все каскады должны быть симметричными.

[arel]

Предусилитель краю как и советовали на AD8671. А дальше есть желание использовать пару усилителей AD8253 и AD8250. Это инструментальные усилители с неплохими вроде характеристиками. + цифровое управление усилением. А потом уже и АЦП. Кстати, АЦП присматриваю уже в сторону AD7764 - есть мнение, что в будущем планируется развивать систему и потребуется поднять частоту до 100 КГц - будет хоть один модуль обучен. Кто что может сказать по этим девайсам?

Если не сложно приведите Ваши выкладки для 8671 - очень интересно при Ваших входных условиях посмотреть что получится; меня смущает 0.3 пА / Hz**1/2

P.S. кстати AD8655 single supply

Сообщение отредактировал arel - Oct 8 2008, 09:40

[InvisibleFed]

Приведу как только переведу из рукописей. А что конкретно смущает в 0,3 пА? Это всего-навсего дополнительные 0,6 нВ при 2КОм источнике. У меня только тепловой шум антенны примерно 3,4 нВ_на_корень (это при эквивалентной частоте равной частоте среза и не учитывает прочие источники шума, которые могут существовать в антенне, об устройстве которой я имею весьма смутное представление). "На тоненького", конечно (3,4 против ~(2,8+0,6) = 3,4)), но что делать. Если втыкать ФВЧ на RC-цепи на входе (чтобы убить постоянку и НЧ), то будет небольшое смещение и все. С этим тоже можно бороться.

[FormatCft]

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?

Самые малошумящие усилители это параметрические.
Шумы на минимуме, т.к. нет шумящих элементов, усиление на максимуме.
Для фиксированной частоты однопараметрический усилитель.
Для диапазона - двухпараметрический.
Делали однопараметрический с кооэф усил, помню, от 160.
С диким усилением нужен экран со всех сторон.
Схемка однопараметрического очень простая. Деталек 7, помнится.

[Herz]

Самые малошумящие усилители это параметрические.
Шумы на минимуме, т.к. нет шумящих элементов, усиление на максимуме.

Такое бывает?!

Для фиксированной частоты однопараметрический усилитель.
Для диапазона - двухпараметрический.
Делали однопараметрический с кооэф усил, помню, от 160.
С диким усилением нужен экран со всех сторон.
Схемка однопараметрического очень простая. Деталек 7, помнится.

Привели бы схемку в качестве примера. Любопытно, что имеется в виду.

[FormatCft]

Такое бывает?!

Привели бы схемку в качестве примера. Любопытно, что имеется в виду.

Может сказал не правильно. Двух контурные и одноконтурные. И шумы на минимуме! (Я не писал что их совсем нет. Шумовая температура всего 50-100К. Если охладить то можно получить и 10-20К)
Ввлел в яндексе "Параметрический усилитель" и выдало. Вообще этим я занимался несколько лет назад. Была выбрана из горы книжек по этой теме книжка, затем выбрана была схемка. Далее расчет. Названия книги не помню и разумеется схему уже давно забыл.
Помню, что из-за дикого усиления эта схема отказывается работать на свежем воздухе, т.е. её обязательно нужно с наружи экранировать со всех сторон.
Еще их сложно расчитывать (дифуры одни).
Чтобы со всякими интересными жидкостями не мучиться, типа гелия или чего там еще, нужно эти именно усилители и использовать.

Сообщение отредактировал FormatCft - Oct 8 2008, 11:27

[khach]

Может сказал не правильно. Двух контурные и одноконтурные. И шумы на минимуме! (Я не писал что их совсем нет. Шумовая температура всего 50-100К.

А что было нелинейным элементом? Варикап или феррит? Вообще интересно- параметрика на звуковые частоты. Можете пример рабочий привести? И каков импеданс по входу? Там же наверно трансформатор нехилый резонансный нужен?

[arel]

А что было нелинейным элементом? Варикап или феррит? Вообще интересно- параметрика на звуковые частоты. Можете пример рабочий привести? И каков импеданс по входу? Там же наверно трансформатор нехилый резонансный нужен?

http://www.springerlink.com/content/r26n6403vj316245/ - селеновый преобразователь
Вопрос вдогонку - кто может подсказать готовое решение с параметриком на частоты 0-10кГц с переносом вверх ?

Сообщение отредактировал arel - Oct 8 2008, 13:47

[Stanislav]

Для пьезокерамики?
Параллельное сопротивление конечно есть, но это сопротивление изоляции и его величина это десятки МОм (мегаОм). Когда-то лично мерял мегомметром.

Простите, но Вы не поняли.
"Сопротивлений" в классическом смысле слова в пьезокерамике нет (во всяком случае, ими смело можно пренебречь). Речь идёт об эквивалентных параметрах антенного элемента, и сопротивление, о котором здесь идёт речь, есть ничто иное, как эквивалентное сопротивление излучения.

Если смотреть на графики, то активное сопротивление определяется по-видимому, излучением. И будет параллельным. Параллельно ему - емкость керамики и последовательный контур из приведенных L и C, соответствующих мех. резонансу керамики. Но он практически задемпфирован.

Совершенно так же и подумал.
В районе 18 кГц лежит собственный резонанс пьезопластины, как Вы и заметили, основательно задемпфированный. Для более высоких частот он должен быть эквивалентен параллельно включенному сопротивлению излучения и ёмкости обкладок.

Согласно Вашей модели, на 1кГц мы будем иметь параллельно соединенные 12нФ и 1кОм, и шумовой ток усилителя нас практически не интересует.

Как это не интересует?

...Сравните с последовательной схемой и почувствуйте разницу.

Дык, весь вопрос-то и состоит в том, какова именно эта эквивалентная схема.

Опять же прошу помочь с расчетом (или где читать).

Чего расчитывать-то собираетесь?

ЗЫ. Вот видите, сколько флейма из ничего. А, между прочим, к решению задачи ни на йоту Вы не продвинулись.
Так что мой Вам совет: отложите на время это гиблое дело. До выяснения условий, без осознания которых, повторюсь, Вашим трудам суждено отправится прямиком в корзину.

[InvisibleFed]

Stanislav, объясните мне наконец, что мне такого даст эквивалентная схема? Это отдельное, как мне кажется не простое исследование. Знаете сколько книг я видел в жизни по гидроакустическим антеннам? Две. И те мои ровесники или старше. С такими сигналами именно в гидроакустике работают единицы, это очень малоизученное направление.

[rudy_b]

Stanislav, объясните мне наконец, что мне такого даст эквивалентная схема? Это отдельное, как мне кажется не простое исследование. Знаете сколько книг я видел в жизни по гидроакустическим антеннам? Две. И те мои ровесники или старше. С такими сигналами именно в гидроакустике работают единицы, это очень малоизученное направление.

Stanislav совершенно прав. Пока у вас нет эквивалентной схемы источника сигнала вы не сможете подобрать правильный усилитель.
Меня сильно смущает активное сопротивление 1 кОм. У меня ощущение, что кто-то кого-то обманывает. С акустическими датчиками (правда вибраций) мне приходилось работать довольно много. Все они (несмотря на разные кривые, приводимые изготовителями) представляют собой чистую емкость для всех частот далеких от резонанса (или резонансов). Даже если предположить идеальный акустический контакт, то активная компонента всяко сильно зависит от частоты, чего не наблюдается. Лучше измерить импеданс самому, много иллюзий пропадет. Может быть это килоом просто впаян для неизвестных целей? Тогда его нужно выкинуть и заменить входным сопротивлением усилителя - при этом сигнал/шум улучшится во много раз.

[InvisibleFed]

Пока у вас нет эквивалентной схемы источника сигнала вы не сможете подобрать правильный усилитель.

Исходя из чего подбирать? Сопротивления источника и, как следствие, шумовых параметров? Вы часто говорите начальнику "очень сомневаюсь в том что Вы мне дали" =)? Может оно и так. Мне правду хочется знать (хотя бы для того, чтобы аргументировать свою позицию перед начальством), что такого мне может поведать эквивалентная схема, кроме собственно активного и реактивного сопротивлений (которые есть в неполноценном виде на графиках) и дополнительной информации о возможных источниках шума? Требуемая полоса от этого не сократиться, а новые данные о том, что антенна сама шумит как ЛЭП только упростят процесс. Видимо я чего-то не догоняю...

[alexkok]

Как это не интересует?

Читайте внимательнее, я же написал практически.
Т.е. для 1к на 1кГц (параллельый эквивалент) шумовой ток до 2-3pA/√Hz никого не волнует.

Дык, весь вопрос-то и состоит в том, какова именно эта эквивалентная схема.

Схема следует из приведенных графиков, а именно последовательная.

ЗЫ. Вот видите, сколько флейма из ничего. А, между прочим, к решению задачи ни на йоту Вы не продвинулись.

Ну как же, уже главный ОУ выбран.

Так что мой Вам совет:
отложите на время это гиблое дело. До выяснения условий, без осознания которых, повторюсь, Вашим трудам суждено отправится прямиком в корзину.

Не идеально сделанный проект гораздо лучше не сделанного вообще.

[Guest_TSerg_*]

Не идеально сделанный проект гораздо лучше не сделанного вообще

Может все же автору сабжа обратиться за помощью в фирмы, которые подобные вопросы решают вполне профессионально ?
Так сказать, съездить в творческую командировку

На выбор:
"Океанприбор", ЦНИИ Крылова, ЦНИИ Гидроприбор, АИ Андреева, ИПФ РАН Тихоокеанского океан.инст-та, Инст-т океанологии Ширшова, ЛЭТИ, ЛКИ...

[rudy_b]

что такого мне может поведать эквивалентная схема, кроме собственно активного и реактивного сопротивлений (которые есть в неполноценном виде на графиках) и дополнительной информации о возможных источниках шума?

Дело в том, что для источника сигнала с активным сопротивлением 1 кОм и для чисто емкостного датчика (а пъезокерамика именно такой источник) используются совершенно разные усилители. Разница в получаемом отношении сигнал/шум может достигать десятка раз, особенно на нижних частотах диапазона.

[Stanislav]

Stanislav, объясните мне наконец, что мне такого даст эквивалентная схема?

Я, как и другие, писал здесь уже: возможность правильно спроектировать усилитель.

...Это отдельное, как мне кажется не простое исследование.

НЕ отдельное. Усилитель с датчиком всегда составляют единое целое, если действительно есть необходимость получить приличный результат.
Никто и не говорит, что сделать такой узел просто. Только, по-моему, Вы ставите телегу впереди лошади. Если нет документации по параметрам датчика в заданной полосе частот - так измерьте их, черт возьми! Это не так уж и сложно. Схему измерения можете разработать самостоятельно и выложить здесь - покритикуем и посоветуем, если что.
Под лежачий камень вода не течёт...

...Знаете сколько книг я видел в жизни по гидроакустическим антеннам? Две. И те мои ровесники или старше. С такими сигналами именно в гидроакустике работают единицы, это очень малоизученное направление.

Тем почётнее будет Ваша работа. Если выполните её на совесть, конечно.

Дело в том, что для источника сигнала с активным сопротивлением 1 кОм и для чисто емкостного датчика (а пъезокерамика именно такой источник) используются совершенно разные усилители. Разница в получаемом отношении сигнал/шум может достигать десятка раз, особенно на нижних частотах диапазона.

Это так. Кроме того, адекватная эквивалентная схема позволит рассчитать параметры противошумовой коррекции.
Только, сдаётся, изначальные требования к системе чересчур круты, и не отвечают реалиям жизни.

[rudy_b]

Только, сдаётся, изначальные требования к системе чересчур круты, и не отвечают реалиям жизни.

Да нет, мы рассчитывали усилители для вибродачиков. Динамический диапазон (THD+шум) получается порядка 120 дб при частотах от 1 Гц до 50 кГц вместе с датчиком. Но это если в самом датчике установлен правильный предусилитель и только потом сигнал идет в кабель.

[alexkok]

Только, сдаётся, изначальные требования к системе чересчур круты, и не отвечают реалиям жизни.

Абсолютно согласен.
Постановка задачи здесь не обсуждалась, но делалась скорее всего таким же "спецом", а может и автором топика.
Скорее всего окружающий акустический шумовой фон как минимум на порядок больше шумов усилителя.

Да нет, мы рассчитывали усилители для вибродачиков. Динамический диапазон (THD+шум) получается порядка 120 дб при частотах от 1 Гц до 50 кГц вместе с датчиком. Но это если в самом датчике установлен правильный предусилитель и только потом сигнал идет в кабель.

Для гидроакустики?

Сообщение отредактировал alexkok - Oct 18 2008, 06:53

[rudy_b]

Нет, именно вибродатчиков для измерения вибраций в механических конструкциях. А большой динамический диапазон и минимальные искажения как раз и нужны именно для хорошего подавления окружающего акустического фона при синхронном детектировании и спектральном анализе.

[Stanislav]

Да нет, мы рассчитывали усилители для вибродачиков. Динамический диапазон (THD+шум) получается порядка 120 дб при частотах от 1 Гц до 50 кГц вместе с датчиком. Но это если в самом датчике установлен правильный предусилитель и только потом сигнал идет в кабель.

Здесь могут быть ньюансы. Сильно зависящие от среды, в которой находится датчик. Кроме того, Вы не указали максимальный уровень сигнала (давления, или силы), при котором был получен данный ДД. Для современных датчиков верхний предел может измеряться десятками (если не сотнями) кг на кв. см. Гидрофон, который "слушает" море, имеет воздействие давления на 6-9 порядков меньше. Вот если бы написали, какое отношение С/Ш получается при ЭДС датчика в 1 мкВ, было бы гораздо интереснее.

ЗЫ. Главная задача здесь состоит не в том, чтобы получить большой ДД, если я правильно понял Автора темы. А в том, чтобы разрешить сигнал порядка 1 мкВ на фоне шума. Для такой полосы это представляется весьма проблематичным.

Скорее всего окружающий акустический шумовой фон как минимум на порядок больше шумов усилителя.

ХЗ. Смотря какого усилителя...
Я не большой копенгаген в данном вопросе, но от свидомых людей слышал, что под термоклином шумы "верхнего моря" практически не мешают акустическому наблюдению.

[blackfin]

Design of a low noise preamplifier for ultrasonic transducer

[Stanislav]

Design of a low noise preamplifier for ultrasonic transducer

Универсальных рецептов, к сожалению, не бывает.
Статью просмотрел по диагонали. Там немного другое - ультразвук. Но, вероятно, Автору темы прочитать будет полезно.
ЗЫ. Схема в конце вряд ли подойдёт здесь. Для минимизации шумов усилок, вероятно, придётся делать на дискретных элементах.

[rudy_b]

Вот если бы написали, какое отношение С/Ш получается при ЭДС датчика в 1 мкВ, было бы гораздо интереснее.

К сожалению мне не оценить сигнал на входе предусилителя датчика. Но при выходном сигнале 3 В (RMS) датчик обеспечивает лучше 120 дб сигнал/шум. А коэффициент усиления преда - неизвестен, оценка 10-100.

Design of a low noise preamplifier for ultrasonic transducer

И низкие частоты срезаны ниже 150 кГц. Не тот случай.

[alexkok]

ХЗ. Смотря какого усилителя...
Я не большой копенгаген в данном вопросе, но от свидомых людей слышал, что под термоклином шумы "верхнего моря" практически не мешают акустическому наблюдению.

Усилитель вроде как выбран.
А по поводу шумов: шумы моря

[Stanislav]

К сожалению мне не оценить сигнал на входе предусилителя датчика. Но при выходном сигнале 3 В (RMS) датчик обеспечивает лучше 120 дб сигнал/шум. А коэффициент усиления преда - неизвестен, оценка 10-100.

Ну, при 3 В 120 дБ максимум - это 0дБ отношения С/Ш при входном сигнале 3 мкВ. Автору же нужно разрешить сигнал около 1 мкВ, т.е., грубо говоря, получить отношение С/Ш при таком сигнале больше, чем 0дБ (хотя, тут снова могут быть ньюансы проистекающие из некорректно поставленых условий задачи).
Ваша пластина, как я понял, жёстко задемпфирована (точнее, согласована по акустике с объектом зондажа), и даёт ЭДС, пропорциональную давлению.
В воде полного демпфирования неполучится - скачок акустических свойств сред очень велик, а согласовать их практически невозможно.
Вам, вероятно, приходится работать даже не с усилителем напряжения, а с усилителем заряда. Причём усилок располатается в непосредственной близости от датчика - по другому и быть не может.
Однако, для воды, насколько я понимаю, придётся применять несколько отличные решения. Там датчик ёмкостным считать нельзя.

Усилитель вроде как выбран.

Я бы не стал горячиться по этому поводу.
Поскольку ничего пока не ясно. А опер - это не усилитель (в смысле функционального узла), а всего лишь усилительный элемент - подходящий или не подходящий.
Для себя я когда-то поставил правило: делать усилок так, чтобы его собственные шумы по мощности были не менее, чем в 10 раз ниже шумов источника сигнала. Не всегда получается, но стараюсь.

А по поводу шумов: шумы моря

Аццтой.
Ну зачем приводить такие статьи? Это лишь научно-популярная муть.
Есть у меня более-менее приличная книга: "The Ocean Engineering Handbook". Счас на местный FTP выложу, потому как здоровая...

ЗЫ. известное место/upload/PHYSICS/Ocean_Engineering/

ЗЗЫ. Ещё вывалил туда кое-что из собственной библиотечки. Надеюсь, полезное...

[alexkok]

Автору же нужно разрешить сигнал около 1 мкВ, т.е., грубо говоря, получить отношение С/Ш при таком сигнале больше, чем 0дБ (хотя, тут снова могут быть ньюансы проистекающие из некорректно поставленых условий задачи).

Откуда такая уверенность, если автор сам не знает толком что ему нужно?

Для себя я когда-то поставил правило: делать усилок так, чтобы его собственные шумы по мощности были не менее, чем в 10 раз ниже шумов источника сигнала. Не всегда получается, но стараюсь.

Такой подход (не считаясь с ценой) годится только для оборонки разве что.
Можно, конечно, и в данном случае такой усилитель сделать на дискретных, но, во первых, это никому не нужно, во вторых, Вы согласны его сделать бесплатно? Я нет.

Ну зачем приводить такие статьи? Это лишь научно-популярная муть.

Для оценки более чем достаточно.

ЗЫ. известное место/upload/PHYSICS/Ocean_Engineering/
ЗЗЫ. Ещё вывалил туда кое-что из собственной библиотечки. Надеюсь, полезное...

Не имею доступа.

[Stanislav]

Откуда такая уверенность, если автор сам не знает толком что ему нужно?

Из названия темы.

Такой подход (не считаясь с ценой) годится только для оборонки разве что.

А для чего ещё подобные задачи могут ставиться?
Кроме того, не соглашусь по сути немного: вояки обычно ставят задачу конкретную, и расписывают её как положено - там свои спецы имеются. Задача разработчика - сделать не хуже, чем требуют. "Перевыполнение плана" особенным прогибом не считается.
Хотя, возможно, я отстал, и сейчас всё не так...

Я же от работы, кроме ощущения рутины, привык получать некое удовольствие. Отсюда и правила непонятные всякие.

...Можно, конечно, и в данном случае такой усилитель сделать на дискретных, но, во первых, это никому не нужно, во вторых, Вы согласны его сделать бесплатно? Я нет.

Во-первых, "если звёзды кто-то зажигает, значит, это кому-нибудь нужно" (Ц)
Во вторых, сделать - согласен. С помощью Автора темы ессно. Для хорошего дела времени не жаль. А всех денег не заработаешь.

Для оценки более чем достаточно.

Не согласен.
Там, если отбросить незначащие слова, нет ничего полезного.

...Не имею доступа.

Положил сюда.

Сообщение отредактировал Stanislav - Oct 19 2008, 02:16

[alexkok]

Задача разработчика - сделать не хуже, чем требуют.

Но ж.. рвать только потому что кто-то наверху не умеет считать и перезакладывается на порядок тоже не интересно, только из спортивного интереса разве..

Во вторых, сделать - согласен. С помощью Автора темы ессно. Для хорошего дела времени не жаль. А всех денег не заработаешь.

Дело не только в деньгах, а и в наличии времени.

Не согласен.
Там, если отбросить незначащие слова, нет ничего полезного.
Положил сюда.

Спасибо за книгу, посмотрю на досуге.
А теперь угадайте: какая картинка откуда и в какой больше пользы?

[rudy_b]

Ну, при 3 В 120 дБ максимум - это 0дБ отношения С/Ш при входном сигнале 3 мкВ. Автору же нужно разрешить сигнал около 1 мкВ,

Вы забыли про коэффициент усиления предусилителя, который по оценке от 10 до 100. Сигнал на его входе от 0.3 до 0.03 мкВ соответственно.