Схемотехника 125 kHz считывателя EM-Marin Опции

[VadymEngineer]

Доброго времени суток.
Некоторое время назад занимался разработкой и интеграцией считывателя 125 кГц карт в СКУД. Сделав реверс-инжиниринг некоторых готовых устройств, потрепавшись на форумах и посмотрев на готовые схемы различных умельцев моя больная фантазия родила что-то такое:

Катушка L1(антенна) и конденсатор C1 создают колебательный контур на который из усилителя на Q2 Q1 подаётся несущая 125 кГц (меандр с выхода МК). R3 C2 и D1 - простейший детектор АМ - сигнала. X1 и X2 - ОУ LM324. На X1 собрано какое-то подобие неинвертирующего усилителя (на инв. вход подаётся сигнал с C4 пропущеный через фильтр нижних частот R6 C5, а на неинвертирующий - неотфильтрованый сигнал с C4, на выходе получаем усиленную разность сигналов). На X2 собран формирователь импульсов на чём-то вроде триггера Шмидта. Опять-таки гистерезис задаётся относительно сигнала полученого с ФНЧ R9 C6. Все эти извраты нужны были для того, чтобы обеспечить более-менее стабильное функционирование устройства, так как по шине питания проходило много низкочастотных помех, которые мешали декодированию карт, смешиваясь с выходным сигналом. Сигнал с выхода m_out поступает на МК для декодирования.
Сейчас предстоит разработка новой версии устройства. Кроме считывателя EM-Marin там будут также присутствовать считыватель Mifare(PN532) и NFC-тэг(RF430CL330) для работы со смартфонами. Причём расположение антенн будет приблизительно такое:

Поскольку все антенны расположены очень плотно, то включаться они будут по очереди, отсюда вопрос для знатоков номер раз:
Как определить наличие карты EM-Marin в поле считывателя ещё до того, как она "накачалась" энергией и начала отдавать код? Моя идея-фикс - при включении несущей отслеживать с помощью АЦП, как быстро нарастает амплитуда напряжения в колебательном контуре. Если нарастает медленно - значит есть карта в поле считывателя.
Также есть ряд вопросов по улучшению схемотехники текущего решения:

1. Каким образом производится рассчёт детектора D1-R3-C2-C4 и его согласование с последующими каскадами?
2. Возможно имеет смысл пустить оба ОУ на фильтр и усилитель, а формирователь импульсов вынести на отдельную МС типа 74AHC1G14? Если так, то какую АЧХ я должен получить этими фильтрами?
3. Имеет ли смысл заменять ОУ LM324 на ОУ с лучшими параметрами (Rail-to-rail, меньше напряжение смещения, выше коэффициенты ослабления сигнала по синфазному напряжению и питанию) или же это не даст значительного эффекта?
4. В режиме энергосбережения нужно отключать ОУ, нормальное ли решение использовать линейный регулятор с опцией shutdown чтобы отдельно питать от него ОУ и колебательный контур, или же есть решение попроще?

Почитав AN680 от Microchip набрёл там на такую схему (привожу фрагмент):

Что там делают D7 и D8? Какое-то ограничение по амплитуде? Нужно ли мне добавлять аналогичную защиту?
Прокомментируйте пожалуйста триггер на U5, конкретно интересует цепочка R20-R25-C17.
Буду рад любой критике и комментариям.

[VadymEngineer]

И убедитесь, что анод диода при приеме на постоянном токе замыкается на землю.

Не совсем понимаю, что вы имеете ввиду и как это сделать. Буду благодарен за более подробное пояснение.

[Redcrusader]

Не совсем понимаю, что вы имеете ввиду и как это сделать...

Чтобы работал диод (детектор) надо, чтобы его анод и катод были замкнуты между собой. Тогда через диод будет протекать постоянный ток (ведь, диод из переменного тока делает постоянный ток).
Обычно их замыкают через общий потенциал (земля).
В вашей схеме катод диода замкнут на землю через резистор 1 МОм.
А анод может замыкаться на землю только тогда, когда открыт Q1. Т.е. надо убедиться, что в режиме приема Q1 открыт.
Обычно, анод диода замыкают на землю дополнительным резистором (параллельно С1) который не шунтирует другие цепи (типа L1C1), чтобы сильно не заморачиваться.

[VadymEngineer]

А анод может замыкаться на землю только тогда, когда открыт Q1.

Анод диода может замыкаться на источник питания через транзистор в верхнем плече. При этом на его аноде оказывается напряжение в источника питания + напряжение на катушке индуктивности. Это проиллюстрировано на следующем графике.

На нижнем графике - ток через диод. На верхнем зелёным показазано напряжение на выходе усилителя тока, розовым - падение напряжения на индуктивности, синим - напряжение на аноде диода. Как видим ток протекает в моменты времени, когда транзистор в верхнем плече ещё открыт(передний фронт импульса тока на графике снизу), и когда происходит переключение транзисторов (задний фронт импульса тока на графике снизу и "сосочки" на розовом графике). А вот и схема с которой все снималось:

Новая ревизия пока что выглядит так, трансформатор X3 и всё около него - симуляция карточки (по симуляции Microcap-a и результату в осциллографе вижу что довольно удачное приближение). Операционник - MCP6002. АЧХ учаска цепи после диода D1 и до выхода ОУ выглядит как-то так:

Спаял на "дырочной плате" макет, решил потыкаться осциллографом. Вижу на выходе шумы:

Что смущает (слева направо):
1. Значительное количество низкочастотного шума.
2. Шум с частотой 5.3 кГц (исчезает после выключения несущей 125 кгц с баз транзисторов).
3. Шум с частотой 31 кГц (не зависит от подачи несущей, исчезает только при выключении питания).

Вот думаю, откуда берётся и как это побороть. Если б не эти шумы, то можно было бы поднять коэффициент усиления и, не наращивания мощности в колебательном контуре, читать карту с ещё большего расстояния. Может фильтр какой поставить - ещё один операционник в корпусе то не занят.

Сообщение отредактировал VadymEngineer - Nov 16 2017, 11:51