Защита входа АЦП от постоянного высокого и отрицательного напряжение Опции

[Quantum1]

Добрый день!

Есть конвеерный АЦП (диапазон работы от 0 до 5В) он цифрует несколько каналов через мультиплексор, сигналы на каналах условно постоянны, т.е. имеют малую переменную составляющую менее 1-2% от постоянного значения, но мультиплексор переключается часто каждые 5-6мкс, и на переходные процессы смены каналов отводится не более 1мкс.
При нормальной работе на АЦП поступает от 0 до 5В и все бы хорошо да только в следствии сбоя итд. на каждом из каналов может появится постоянка(т.е. не импульсные помехи, а честное постоянное квазибесконечной длительности*) ) до 30В положительного или до -3В отрицательного напряжения с фронтом нарастания 100-300нс. Мультиплексор это съест нормально т.к. имеет отрицательное смещение и сам питается от 30В, а вот АЦП поплохеет.

Т.е. по сути требуется защита для АЦП которая сработает при выходе входного за границы измерения, отключит вход к примеру, но такой вариант мне категорически не нравится т.к. нужна очень быстродействующая защита, для реализации которой у меня пока нет идей

Второй вариант некий буфер-повторитель перед АЦП который физически не способен выдать иное напряжение как 0-5В. Но переварит на входе -3...30В.

Изначально было требование что нештатный сигнал может быть только до 30В, для него буфер придумался, но потом появилось еще и требование по отрицательному и тут я уже встал...

Добавим перчинку к задаче*) Буфер должен быть прецизионным, т.е. вносить погрешности не более 0,01%-0,02% и должен быть на отечественной элементой базе*)) И напомню что время установления штатного сигнала(0-5В) должно быть не более 1мкс.

Если подкинете идейки буду очень благодарен.

Забыл добавить, всякие банальные решения -диоды сливающие сигнал на питание или землю тут не пройдут, т.к. во первых у наших диодов большие утечки, второе т.к. нужно сливать не просто помехи, иголки, а именно постоянный сигнал...

Забыл добавить, всякие банальные решения -диоды сливающие сигнал на питание или землю тут не пройдут, т.к. во первых у наших диодов большие утечки, второе т.к. нужно сливать не просто помехи, иголки, а именно постоянный сигнал...

Сообщение отредактировал Quantum1 - Nov 15 2014, 16:06

[Xenia]

Забыл добавить, всякие банальные решения -диоды сливающие сигнал на питание или землю тут не пройдут, т.к. во первых у наших диодов большие утечки, второе т.к. нужно сливать не просто помехи, иголки, а именно постоянный сигнал...

Несмотря на ваше предупреждение, именно этот способ защиты кажется мне наиболее подходящим. А диоды можно с успехом заменить на микросхему SP724, специально расчитанную для подобного рода применений. Это не диодная сборка, а схема, собранная на транзисторах с высоким входным сопротивлением. Ток утечки через нее порядка 1 nA, а это обычно меньше, чем у входа АЦП.

[Quantum1]

Несмотря на ваше предупреждение, именно этот способ защиты кажется мне наиболее подходящим. А диоды можно с успехом заменить на микросхему SP724, специально расчитанную для подобного рода применений. Это не диодная сборка, а схема, собранная на транзисторах с высоким входным сопротивлением. Ток утечки через нее порядка 1 nA, а это обычно меньше, чем у входа АЦП.

есть одна особеннность, я написал в первом посте про перчинку - "должен быть на отечественной элементой базе"

на импорте все просто причем весьма...и вариантов мильён

Решение очевидно — привести сигналы в норму до мультиплексора, никуда не торопясь и без компромиссов.

да без проблем(именно этим и занимаемся)! Но как(и зачем)? ведь нештатные ситуации никуда не денутся... и длительность фронта у них останется такая же итд... т.е. выигрыша никакого, только дублирование элементов для каждого канала...

Сообщение отредактировал Quantum1 - Nov 15 2014, 20:55

[Белый дед]

"должен быть на отечественной элементой базе"

Т.е. импортный АЦП можно, а другую импортную комплектацию - нельзя?

[Quantum1]

Т.е. импортный АЦП можно, а другую импортную комплектацию - нельзя?

АЦП наш - Ангстремовский

[Ruslan1]

теперь давайте по утечкам, конечно этот самый буфер будет выполнять роль и драйвера, хотя давайте рассуждать, емкость последовательного АЦП обычно от 10-50пФ. Как заявлено на мой, входная емкость не более 30пФ накинем еще и примем с запасом емкость в 100пФ, не вижу больших трудностей точно перезарядить такую емкость, при заряде/разряде такой емкости через резистор 1кОм RC = 100нс, а для получения нужной точности с запасом хватит 10 периодов RC т.е. 1мкс, и это с большим запасом.

Ну, давайте найдем ошибку в моих расчетах.
Итак, при переходе к следующему входу нужно перезарядить емкость (выход мультиплексора + печатная плата + вход АЦП) от напряжения, которое могло быть на предыдущем входе (-3...+30В) до напряжения на новом входе (0...+5В, если вне этого диапазона-то точность уже не интересна). То есть напряжение на емкости нужно изменить в худшем случае на 30В, причем эта величина должна быть достигнута с точностью 0.01%.
U=Uin + A*e^(-t/RC)
В момент t=0 имеем Uin=0В, U=30В, значит A= 30В

U=Uin + 30*e^(-t/RC)
разницу (U-Uin) хотим 0.01%, то есть 1е-4:
1е-4 = 30*e^(-t/RC)
e^(-t/RC) = 3.3e-6
-t/RC = -12.6
t = 12.6RC
RC = t/12.6

t у нас равно 100нс=1e-7с, значит RC = 1e-7/12.6 = 7.9e-9

если С у нас равно 100пФ = 1e-10F, то можем посчитать R:
R= 7.9e-9/1e-10 = 79 Ом.

Значит, чтобы перезарядить 100 пикофарад за 100 наносекунд на 30 вольт с точностью 0.01% максимальное сопротивление источника имеет право быть 79 Ом.

С ростом напряжения реверсный ток растет, то есть будем смотреть случай "5 вольт на входе".
Ток источника будет I= 5/79 = 63 мА.
Через диоды должно утекать не более чем 0.01% от этого значения, а это 63*1е-4 мА, то есть 0.63 мА.
Надеюсь, что некапиталистический диод с током утечки 0.63 мА можно и найти.

Но опять же, не забудьте добавить и емкость диодов в расчет, она тоже ненулевая.

Если я где-то ошибся в расчетах- поправьте, вдруг неверно где-то что-то. Воскресенье, расслабуха, да еще вином хорошим домашним угостили, мало ли....

[Quantum1]

Ну, давайте найдем ошибку в моих расчетах.


...

домашнее вино это всегда хорошо*)))

Не очень понял вас... В этом диапазоне(от -3 до 0, и от 5 до 30В) не то что точность не требуется а этот диапазон вообще не штатный и должен никогда не попасть на вход АЦП, иначе он просто выгорит... т.е. входная емкость АЦП в 100пф перезаряжается только от 0 до 5В. И грубо за 100нс перезарядиться это конечно хорошо но и 1мкс будет достаточно.

и еще при резисторе в 79Ом при 30В ток через него будет почти !400!мА, т.е. на резисторе выделиться !12Вт!, выходит тут нужен просто конский драйвер(усилитель какой нить), мощный диод, здоровый резистор, и целый радиатор что бы все это проработало хотя бы несколько минут...

И еще раз повторю, если мы сливаем что то через диод в питание, нужно иметь гарантированных потребителей, иначе питание может подрасти... постоянных потребителей на 400мА по 5 вольтам у меня вряд ли наберется...

Сообщение отредактировал Егоров - Nov 17 2014, 01:21

Причина редактирования: Избыточное цитирование