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

[Plain]

Но как(и зачем)?

Придётся подождать достаточного количества воды, поскольку Вы традиционно во всех своих темах соизволяете выдавать исходные данные лишь к концам вторых-третьих страниц.

[Ruslan1]

Чтобы за микросекунду перезарядить все емкостные составляющие мультиплексора и АЦП, да еще прецизионно, источник сигнала должен быть сильно низкоомным. И на этом фоне фраза об утечках через диоды кажется, мягко говоря, несерьезной.
Сильно подозреваю, что эти диодные структуры уже присутствуют в цепи, независимо от того видите ли Вы их или нет (как часть КМОП-структур или специально встроенные для защиты).

[Quantum1]

Чтобы за микросекунду перезарядить все емкостные составляющие мультиплексора и АЦП, да еще прецизионно, источник сигнала должен быть сильно низкоомным. И на этом фоне фраза об утечках через диоды кажется, мягко говоря, несерьезной.
Сильно подозреваю, что эти диодные структуры уже присутствуют в цепи, независимо от того видите ли Вы их или нет (как часть КМОП-структур или специально встроенные для защиты).

конечно в АЦП диоды есть! никто и не спорит, но вот только о них нет никаких данных и уверен что они не рассчитаны на жесткие режимы постоянного тока. если нужно было сливать иголки, то да вопросов бы не возникало.

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. Для того что бы диоды вносили несущественную погрешность т.е. 0,01%, к примеру, их суммарная утечка должна быть около 0,5мкА. Мне не известны наши отечественные диоды с утечкой пусть даже на порядок хуже при температуре 85 градусов, а если мы вспомним что им бы желательно иметь малое падение, да и вообще лучше шоттки...
Давайте попробуем уменьшить резистор в 10 раз т.е. до 100 Ом, и поимеем ток при 30В - !300ма!, и это постоянка... т.е. снова мимо.

А и еще забыл... если сливать лишний ток в питание что будет? правильно, возможен дозаряд емкости по питанию эдак на пару вольт... и что тогда? БУМ!

Вот эту "перчинку" и используйте. Ищите виновного, сымайте с него штаны и порите по-отечественному квазибесконечно за квазибесконечную помеху в шесть раз больше входного сигнала.. Пока не уберет из ТЗ нелепое требование.
Вы ставите перед собой или беретесь решать с чужой бездумной постановки невыполнимые задачи. Ради чего?
Если же ТЗ-датель упорно не хочет понимать проблему, то решите ее молча. Поделите резисторами входное в шесть раз и выдайте ему в шесть раз меньшую точность измерения за счет сужения динамического диапазона.
Очень вероятно, что и такая точность заказчику будет избыточна. Не нужно только ему об этом назойливо напоминать.

Данное ТЗ очень даже лепое, учитывая что условия в которых все это работает далеко не лабораторное. В данном случае ТЗ-датель точно такие же разработчики и подобных проблем им не избежать, все вместе несколько часов стояли над блоком, никак обойти данную проблему без ухудшения работоспособности не удалось...так что ныть заказчику смысла не вижу.

Сообщение отредактировал Quantum1 - Nov 16 2014, 10:32

[shf_05]

да и вообще лучше шоттки...

утечки у них большие.

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...

делите сигнал в 6 раз , теряя 16дБ динамич. диапазона, как вам и говорили с 30 до 5В и с -3 до -0,5В, подаете на АЦП, фильтруете программно.
-0,5В для АЦП скорее всего не страшно, опять же после делителя можно прибавить + 0,5В к сигналу.

скорее всего я бы сделал так - на вход или выход MUX поставил ОУ, поделил в 6 раз и подал в АЦП, либо поделил, ограничил на 0...5/6 В схемой на ОУ, усилил назад в 0...5 В, если надо оставить дин. диапазон. но проблема - питание надо 2 полярное или ОУ рэйт ту рэйл, коих наверно нет.