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

[remixx]

С описанной ГДЕ точностью? Вы про точность упомянули только в туманном:

Исходя из чего выбрана разрядность - непонятно.
Другой вопрос, что значит "судить о велечине тока"? Судят пусть в суде. Вам, как я понимаю, нужно измерить и узнать. Так какая величина Вас интересует: мгновенное значение, среднеквадратичное, какое-то ещё? Без ответа на этот вопрос рассуждать дальше бесполезно.

Требуемую точность я описал выше, а именно указал минимальный шаг и максимальный диапазон, на основе которых и была выбрана разрядность АЦП. Приводить полный расчет шага смысла не вижу, так как он абсолютно никак не связан с физикой процессов, и все что нужно сделать это посчитать несколько простых выражений, утруждать кого-то этим заниматься - не серьезно.
Задачу я сформулировал точно так же, как поставили передо мной. Технического задания нет, поэтому имею полную свободу в плане того, каким образом я приду к требуемому результату. Но так как у меня мало опыта в проектировании и данная тема для меня новая, то информации которую я нашел, хватило лишь на рассуждения приведенные выше. Тонкости, на которые необходимо обращать внимание при проектировании подобных устройств, мне неизвестны, поэтому я и решил обратиться за помощью к людям, которые разбираются в данном вопросе, и пытаюсь дать максимум информации, которой я располагаю.

Ну да, весело — нас же посылать статью, которую сами не читали, потому что иначе не понаписали бы всего, что выше, а тупо собрали бы схему из неё и радовались жизни.

А вы знаете параметры датчика приведенного на схеме? Почему были выбраны именно эти номиналы элементов? Почему выбран именно этот ОУ? Какая точность у выходного сигнала при данном подключении? Уверен что нет. Схема взята непонятно откуда и непонятно из каких соображений. Моя цель, помимо достижения результата, это разобраться в данном вопросе и улучшить навыки проектирования, для того чтобы в будущем решать подобные задачи и совершенствовать разработанную схему в частности.

Да вы правильно поняли. Единственно я похоже не совсем верно прикинул цифры. Там график ослабления напрямую связан с частотой дискредизации. И возможно всё же внешний фильтр будет нужен. Как верно написали выше вопрос лишь в согласованиях сопротивлений по входу или выходу. Т.е. делитель нужно подобрать так чтобы
1. С учётом выходного сопротивления датчика ошибка не превышала 1 разряда.
2. Чтобы входное сопротивление АЦП не давало ошибки больше 1 разряда.
Если это получиться на резисторах то отлично. Если нет то тогда придётся ставить ОУ.

При этим резисторы должны быть 0,001%ные. С температурным уходом не более 0,3ppm/С.

Всё верно. Но у резисторов есть ещё тепловой шум. Который напрямую связан с сопротивлением. Чем больше сопротивление тем больше шум. Его стоит оценить при выбранном номинале резисторов. И обязательно конденсатор после делителя. Он обрежет часть шума.

Поискал АЦП, наткнулся на ADS1120, если ничего не перепутал, то по всем параметрам кроме ИОН (встроенный выдает всего 2В) он подходит. Насколько понимаю, к данному АЦП можно подключить внешний ИОН до 5,5 В, соответственно если найти подобный минимум на 5В (при поиске АЦП встречал такие из серии OPAxxx), то все должно удовлетворять.

Про подбор делителя относительно разрядов не понял, прошу поподробней рассказать каким образом проводить расчет.

Сообщение отредактировал remixx - Oct 20 2016, 17:49

[Den64]

Про подбор делителя относительно разрядов не понял, прошу поподробней рассказать каким образом проводить расчет.

Подбирается делитель так чтобы диапазон входного сигнала для АЦП соответствовал. Точность резисторов определяется заданной точностью измерения. Входное сопротивление делителя выбирается исходя из нагрузочной способности источника сигнала, наводок на линии и других условий.
И АЦП как правило не работает с переменным напряжением.

[MegaVolt]

И АЦП как правило не работает с переменным напряжением.

Не подскажите что вы имели в виду?