Помогите с выбором АЦП и драйвера для него Опции

[remixx]

Здравствуйте, задача следующая: в зависимости от силы тока, на выходе датчика наводится ЭДС, которую необходимо измерить и оцифровать с определенной точностью.

В проектировании новичок, поэтому опишу полный ход мысли:
1. Проанализировав экспериментальные параметры с датчика, выяснил, что диапазон входных значений составляет ~1,5 - 16 В.

2. В соответствии с ГОСТОМ, рассчитал минимально требуемую погрешность в рабочем диапазоне, и, связав её с коэффициентом преобразования датчика, выяснил, что для её обеспечения нужно измерять напряжение с минимальным шагом 1,18 мВ.

3. В соответствии с полученным значением шага, начал выбирать АЦП, но т.к. не один АЦП не может иметь на входе сигнал в таком диапазоне, рассчитал делитель, который уменьшает выходное напряжение с датчика в 4 раза, отсюда входной диапазон АЦП составил 0,375 - 4 В.
Далее выбрал разрядность: типичное максимальное входное напряжение для большинства АЦП - 5 В, соответственно, чтобы обеспечить измерения с требуемой точностью необходим 16-ти разрядный АЦП.
Затем начал разбираться с частотой дискретизации, на которой я сейчас и застрял. Измеряемый ток будет иметь частоту 50-60 Гц (промышленные сети), из теоремы Котельникова следует, для того, чтобы однозначно восстановить исходный сигнал, частота дискретизации должна в два раза превышать наибольшую частоту в спектре сигнала, соответственно, минимальная частота дискретизации АЦП должна составлять 121 SPS (правильно это или нет понять не могу).
Обобщив все эти требования и почитав информацию об основных типах АЦП, пришел к выводу, что необходим сигма-дельта АЦП, т.к. в данном случае требуется максимальная точность, а S-D более точны в сравнении с SAR, +, как видно из расчетов, не требуется большая скорость измерений.

4. Подавать сигнал с датчика на АЦП напрямую нельзя, т.к. нужен согласующий каскад. В его качестве выбрал повторитель напряжения на ОУ. Но его параметры определить не могу. По сути, раз ОУ используется только как повторитель, то я начал выбирать только из ОУ специального назначения, так называемых Buffer'ов. Насколько я понимаю, главное требование при выборе - скорость, она должна быть выше, чем у АЦП, 100% уверен что необходимо обращать внимание на помехи, параметры которые на них влияют это напряжение смещения и смещение в зависимости от температуры (в этих параметрах не уверен, т.к. не понимаю как они влияют на окончательный результат), при этом не знаю как рассчитать их допустимую величину, из соображений требуемой точности.

Буду благодарен любой помощи!

Сообщение отредактировал remixx - Oct 19 2016, 09:07

[agregat]

С АЦП и теоремой Котельника все верно, но думаю лучше будет если Вы будете оцифровывать сигнал не строго по теореме а с 10 кратным запасом. Скажем с частотой дискретизации 1кГц.
Тогда Вы сможете не просто восстановить сигнал, а получить его форму в виде 20 точек на период.
Хотя я бы тут поспорил. Есть подозрение что Вы собираетесь измерять качество этого самого тока. А раз так, что частота дискретизации должна быть выше самой высокой гармоники,
которую Вы будете измерять. И если это скажем 2кГц, то частота дискретизации уже 4кГц, а не 100 Гц. Минимум. А лучше раз в 5 больше. Тут нужны дополнительные сведения.
Далее по ОУ. Вам нужен инструментальный малошумящий ОУ. Вы написали максимум 16V, предполагаю что это размах pk-pk (пик ту пик). Значит амплитуда максимум 8V, и Вам подойдет любой малошумящий ОУ у которого размах по входу допустим скажем +/-12V ну чтобы с запасом. Их таких много, питание +/-15.
Теперь по шумам. Вы обозначили 1.18mV при 16V. То есть отношение амплитуды к минимальному шагу 16000 или 84dB.
Ну вот и ищите операционный усилитель, у которого
1. по входу допустим размах +/-12V,
2. собственные шумы ниже 84dB, а
3. по выходу он может дать достаточный ток чтобы раскачать входы АЦП, то есть выходной ток ОУ должен быть больше раз в 10, чем входной ток АЦП, и
4. полоса ОУ, то есть частота единичного усиления была бы скажем 10kHz минимум. То есть в 10 раз больше частоты дискретизации.

Так как Вы будете уменьшать сигнал по амплитуде, все что требуется это подобрать резисторы так, чтобы коэффициент передачи каскада на ОУ с входа
на выход был менее 1, а точнее 0.25, судя по вашим замечаниям. Это означает что резисторы на входе ОУ будут в 4 раза больше номиналом, чем резисторы
соединяющие входы ОУ с выходом. Грубо, точнее смотрите формулы расчета ОУ.

Компания TI предлагает вот такой АЦП для измерения качества электроэнергии http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ads131a02.pdf
На мой взгляд классный АЦП.
Причем они предлагают вообще обойтись без усилителя и просто поделить сигнал резисторами или поставить трансформатор.