Измерение амплитуды переменного напряжения Опции

[UralAlex]

Добрый день, форумчане!

Посоветуйте, пожалуйста, какой лучше использовать подход для решения следующей задачи:
необходимо измерять изменение амплитудного значения переменного синусоидального сигнала, амплитуда около 10 В (размах 20 В), изменения амплитуды около 100 мВ (это изменение и необходимо измерять), необходимая разрешающая способность 0,3 мВ, частота сигнала 3 кГц, могут быть высокочастотные шумы, выходное сопротивление источника сигнала 500 Ом. Питание схемы однополярное 3-5 В.
Посоветуйте, ставить делитель на входе или пробовать сдвинуть сигнал и, тем самым, не потерять в чувствительности?
Первоначально предполагал сделать так: делитель (резистивный), дифференциальный усилитель (или инструментальный усилитель для преобразования дифференциального сигнала в сигнал с общей землей), ФНЧ, повторитель на ОУ (для согласования уровней), АЦП. Цифровать ли сигнал полностью (накладывается ограничение на скорость АЦП) и определять максимум, или организовать пиковый детектор на аналоговой схемотехнике и цифровать постоянный уровень? Какому из подходов отдать предпочтение? Может есть еще варианты? Раньше мне не приходилось фиксировать небольшие изменения на фоне больших сигналов, поэтому опыта нет. Прошу помощи.
Заранее благодарю за ответы.

[Plain]

У меня сигнал соответствует заданному Вами в первом сообщении темы.

[UralAlex]

У меня сигнал соответствует заданному Вами в первом сообщении темы.

Ясно. Почему-то не получалось запуститься с LTC6244, поменял на AD8551, схема запустилась...
Правильно ли я понял, что на выходе U5 (по Вашей схеме) амплитуда сигнала может изменяться в диапазоне от 1,65 до 3,3 В (для Rail-to-Rail ОУ)?
Это и будет рабочим диапазоном?

Прерываться можно по слегка отфильтрованному падению в насыщение ОУ ПД

Не могли бы Вы пояснить, что значит прерываться? Для чего: оцифровки сигнала?
И что такое "по слегка отфильтрованному"? Где подразумевалось фильтровать сигнал?

[Plain]

Правильно ли я понял, что на выходе

Нет, все ОУ выдают полный размах питания.

Схема настроена R11 на приведение вершины синуса 10 В к уровню 1,65 В на выходе U4.

ЦАП V5 подстраивает этот сдвиг в отношении R9/R10=1:10, т.е. в диапазоне ±165 мВ, однако, исходя из недавно поступившей информации, Ваши первоначальные "около 10 В" конкретно выразились в ±1,5 В, следовательно, вес ЦАП'а V5 требуется увеличить примерно на порядок, т.е. уменьшить R10 до 100 кОм, а диапазон подстройки, соответственно, теперь будет ±1,65 В. Также пропорционально снижаются и требования к точности основного веса сумматора, т.е. R11 может быть 20 кОм, или типа того.

что значит прерываться? Для чего: оцифровки сигнала?

Естественно. Если U6 достаточно быстродействующий для того, чтобы успевать отрабатывать ВЧ-составляющие сигнала, то если взять (компаратором, само собой) сигнал прерывания непосредственно с него, то их получится несколько, и не тогда, когда требуется, т.е. заведомо после окончательного заряда C2 до реальной амплитуды, а раньше, поэтому между ним и компаратором и необходим небольшой фильтр.

И насчёт вышеупомянутых возражений участников, что в схеме не отражены Ваши опасения насчёт этих ВЧ-составляющих — соответствующий ФНЧ требуемого порядка можно воткнуть между U4 и U5.

От U6, как следует из теории ПД, требуется устойчивость работы на ёмкость, т.е. он из категории буферов.

Итого, зашли в прерывание, оцифровали, затем ножкой МК немного разрядили C2, после чего пересчитали текущий средний уровень и с наименьшей ошибкой вернули его к нулю, соответствующе подкрутив ЦАП.

[UralAlex]

От U6, как следует из теории ПД, требуется устойчивость работы на ёмкость, т.е. он из категории буферов.

Собрал такую схему с ПД:


Q1 - для разряда емкости.

Возник вопрос:
- когда входной сигнал схемы амплитудой 10,1 В, то пиковый детектор отрабатывает хорошо:


- когда входной сигнал амплитудой 10 В, то ПД промахивается:


Чем обусловлен данный факт? Неправильным выбором ОУ для ПД? Емкость варьировал от 1 до 100 нФ, не помогло.

[Plain]

ПД промахивается ... Чем обусловлен данный факт? Неправильным выбором ОУ для ПД?

Естественно. На выходе усилителя сигнал порядка 1 В/мкс, но ОУ должен быть не только достаточно быстродействующим, но и быстро восстанавливаться из насыщения, и способным работать на существенную ёмкость. Например, AD8551 однозначно отпадает, потому что по паспорту выходит из насыщения 300 мкс. Кроме того, данный параметр производители указывают достаточно редко.

Поскольку измерения в задаче относительные, и если хватает ФНЧ первого порядка, т.е. интегратора, схему можно весьма упростить, применив в каждом полупериоде единственный ОУ в качестве и сумматора, и усилителя, и с нагрузкой на пассивный ПД (R19 и R20 добавлены лишь для демонстрации работы):

[UralAlex]

Поскольку измерения в задаче относительные

Относительные только в том смысле, что важен диапазон изменения амплитуд сигналов и неважно их абсолютное значение. Правда, работать придется в этом диапазоне и линейность важна.
А насколько важно измерять оба полупериода сигнала? Может ограничиться одним? При этом схема уменьшится вполовину. По моим данным, сигнал симметричен относительно нуля (за исключением выбросов и шумов).