Двухполярный АЦП из однополярного Опции

[3mile]

собрал милливольтметр сигма-дельта типа на МСП430 по схеме slaa104 . теперь возник вопрос. В моей задаче напряжения двухполярные, тоесть могут быть в диапазоне -3 В ..+3 В. Как можно изменить схему для того чтобы сместить диапазон?

[rezident]

Вот вам готовая схема сдвига уровней.
Резистор RCAin не нужен, он на схеме просто иммитирует вход встроенного в MSP430 компаратора.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[3mile]

Вот вам готовая схема сдвига уровней.
Резистор RCAin не нужен, он на схеме просто иммитирует вход встроенного в MSP430 компаратора.

спасибо, есть над чем поразмышлять =))

Понимаю что много вопросов...
И все-таки, почему необходимо отделять буфером источник напряжения смещения? Я имею в виду случай когда нужно только смещать, скажем на 1в. вот та схема что у меня справа, где в ней ошибки?

Сообщение отредактировал 3mile - Aug 21 2008, 14:48

[rezident]

И все-таки, почему необходимо отделять буфером источник напряжения смещения?

Потому, что это источник напряжения. Идеальный источник напряжения имеет бесконечно малое сопротивление. Я поставил буфер на ОУ, чтобы устранить влияние сопротивлений делителя напряжения на потенциал в средней точке делителя. Можно конечно просто резисторы в этом делителе поставить низкоОмные, но тогда теряется смысл в низком потреблении остальных компонентов. А так, если взять Low-Power ОУ, то вся эта схема смещения будет потреблять не более 100 мкА.

Надо ли учитывать входное сопротивление компаратора в этой оценке?

В принципе учитывать нужно все, но у MSP430 входные токи компаратора не превышают токов утечки GPIO, т.е. не больше чем ±50нА. В данных условиях можно смело забить на них.

Но если исходить из того что у нас меняется сопротивление источника, то почему его не отделить буфером?

В моей схеме входное сопротивление определяется резистором R1. Если выходное сопротивление источника достаточно высокое (выше 1кОм), то входной буфер нужен обязательно (только питать его нужно от двуполярного напряжения). Я ведь изначально предлагал сделать всю схему на сдвоенном ОУ.

[3mile]

Потому, что это источник напряжения. Идеальный источник напряжения имеет бесконечно малое сопротивление. Я поставил буфер на ОУ, чтобы устранить влияние сопротивлений делителя напряжения на потенциал в средней точке делителя. Можно конечно просто резисторы в этом делителе поставить низкоОмные, но тогда теряется смысл в низком потреблении остальных компонентов. А так, если взять Low-Power ОУ, то вся эта схема смещения будет потреблять не более 100 мкА.
В принципе учитывать нужно все, но у MSP430 входные токи компаратора не превышают токов утечки GPIO, т.е. не больше чем ±50нА. В данных условиях можно смело забить на них.
В моей схеме входное сопротивление определяется резистором R1. Если выходное сопротивление источника достаточно высокое (выше 1кОм), то входной буфер нужен обязательно (только питать его нужно от двуполярного напряжения). Я ведь изначально предлагал сделать всю схему на сдвоенном ОУ.

Спасибо, очень доходчиво и конкретно.
Значит если я правильно понял, то все источники напряжения в которых будет изменятся выходное сопротивление (существенно относительно резисторов сумматора) лучше отделять буфером?
про сам входной буфер то это обязательно чтобы питание было двухполярным, или можно использовать рейл-ту-рейл с однополярным питанием?(в каталогах видел такие)

О, и еще по ходу, если я питать контроллер буду от ИОН-а то будет ли изменяться его выходное сопротивление в зависимости от состояния батарей, или еще от чего?

сопротивление определяется резистором R1

но оно то не 100кОм???
Да, я помню про сдвоенный, но ведь понять почему это гораздо лучше чем просто использовать готовое решение, особенно если совсем не понимаешь что к чему =))

[rezident]

Значит если я правильно понял, то все источники напряжения в которых будет изменятся выходное сопротивление (существенно относительно резисторов сумматора) лучше отделять буфером?

Не обязательно. ОУ в буферном включении ведь чем характеризуется: высокое входное сопротивление и сравнительно низкое выходное. Я сначала промоделировал вашу левую схему ( с 4-ми резисторами) и пришел к выводу, что там лучше поставить буфер. А вовсе не с потолка взял это решение.

про сам входной буфер то это обязательно чтобы питание было двухполярным, или можно использовать рейл-ту-рейл с однополярным питанием?(в каталогах видел такие)

Дык вы посмотрите datasheet любого ОУ, даже Rail-to-Rail. У подавляющего большинства из них "рельсы" проложены аккурат по питаниями. Диапазон входных (максимально допустимых!) напряжений от -0,3В ниже "нижнего" питания и +0,3В выше "верхнего" питания. Если вы запитаете ОУ от униполярного источника, то -3В прямо на вход вы подавать не сможете. Точнее подать-то можно, но работать не будет Либо придется использовать что-то типа инвертирующего включения и смещать прямо по входу. Ну и на выходе такой (униполярной) схемы вы чистый 0В тоже не получите, даже на самом супер-пуперском "рельсовом" ОУ. Я вам предложил решение, где суммирование на резисторах происходит, поэтому при -3В на входе, в точке суммирования токов получается нормальные 0В.

О, и еще по ходу, если я питать контроллер буду от ИОН-а то будет ли изменяться его выходное сопротивление в зависимости от состояния батарей, или еще от чего?

ВЫходное сопротивление ИОН меняться не должно, а вот Входное возможно. Какую опору собираетесь использовать?

[3mile]

Не обязательно. ОУ в буферном включении ведь чем характеризуется: высокое входное сопротивление и сравнительно низкое выходное. Я сначала промоделировал вашу левую схему ( с 4-ми резисторами) и пришел к выводу, что там лучше поставить буфер. А вовсе не с потолка взял это решение.
Дык вы посмотрите datasheet любого ОУ, даже Rail-to-Rail. У подавляющего большинства из них "рельсы" проложены аккурат по питаниями. Диапазон входных (максимально допустимых!) напряжений от -0,3В ниже "нижнего" питания и +0,3В выше "верхнего" питания. Если вы запитаете ОУ от униполярного источника, то -3В прямо на вход вы подавать не сможете. Точнее подать-то можно, но работать не будет Либо придется использовать что-то типа инвертирующего включения и смещать прямо по входу. Ну и на выходе такой (униполярной) схемы вы чистый 0В тоже не получите, даже на самом супер-пуперском "рельсовом" ОУ. Я вам предложил решение, где суммирование на резисторах происходит, поэтому при -3В на входе, в точке суммирования токов получается нормальные 0В.
ВЫходное сопротивление ИОН меняться не должно, а вот Входное возможно. Какую опору собираетесь использовать?

Точно, я и не заметил что это та левая схема =)) Тоесть получается что в Вашей схеме входное сопротивление будет (100к+51к+Rвых ОУ), и если выходное сопротивление буфера низкое то оно буде ок 150кОм? Не то что бы это было много или мало, но я не знаю с каим диапазоном выходных спротивлений источников я буду иметь дело, поэтому мне хотелось побольше=))
А правая схема нежизнеспособна, ну при условии конечно что будет стоять буфер на входе и на питании (или ИОН)? У меня такое чувство что входное сопротивление будет высоким.
Ну да это логично("рельсы" проложены аккурат по питаниями), что-то и у меня в голове такое крутилось. Все-таки сделаю двухполярное питание, тем-более что ЖКИ тоже его требует. ну и для ОУ питание тоже требуется стабилизировать максимально как я понимаю.
Кстати про ОУ, мне нужен Рельсовый, с двухполярным питанием, и сдвигом ноля меньше 1мВ, да еще и малопотребляющий. На сайте maxim-ic.com (ну это к примеру) таких совсем немного (я нашел только два) и они у нас не продаются. Как бы с такой ситуацией быть? может я слишком много требую??
ИОН. я не думал об этом, на скорую рукуесли, то получается что на напряжение 3В, с точностью 1мВ (0,03%) то тоже выбор небольшой, всеаки "Ultra-High-Precision" или тоже перебор с требованиями??

[rezident]

и если выходное сопротивление буфера низкое то оно буде ок 150кОм?

Около этого. Но при условии, что выходной сигнал не выйдет из диапазона -3В...+5В. Иначе защитные диоды MSP430 приоткроются и сопротивление до 100кОм упадет.

А правая схема нежизнеспособна, ну при условии конечно что будет стоять буфер на входе и на питании (или ИОН)? У меня такое чувство что входное сопротивление будет высоким.

Эта схема на двух резисторах не позволяет эффективно использовать весь рабочий диапазон входных напряжений вашего сигма-дельта АЦП. Сами догадаетесь почему?

Кстати про ОУ, мне нужен Рельсовый, с двухполярным питанием, и сдвигом ноля меньше 1мВ, да еще и малопотребляющий. На сайте maxim-ic.com (ну это к примеру) таких совсем немного (я нашел только два) и они у нас не продаются. Как бы с такой ситуацией быть? может я слишком много требую??

А почему вы ограничиваете поиск только сайтом Maxim? ОУ производят многие фирмы: National Semiconductor, Texas Instruments, Analog Devices, Liner Technology, Microchip и т.д. У всех них параметрический поиск на сайтах имеется. Или вот, например, параметрический поиск прямо на сайте продавца Терраэлектроника.

ИОН. я не думал об этом, на скорую рукуесли, то получается что на напряжение 3В, с точностью 1мВ (0,03%) то тоже выбор небольшой, всеаки "Ultra-High-Precision" или тоже перебор с требованиями??

Опять же смотрите не только на сайте Maxim, но еще и у вышеперечисленных производителей. Если у вас батарейное питание от 3В, то ИОН нужен на 2,5В. Если 3,6В/3,7В, то наверное можно и 3В. Но по-моему ИОН на 2,5В более распространены.
Насчет начальной точности ИОН. Какую точность измерения вы хотите получить? Только при ответе на этот вопрос не нужно разрешение АЦП путать с точностью измерения. Потому, что если вы захотите получить относительную погрешность измерения не хуже 1мВ на входе устройства, да еще и, например, для всего температурного диапазона Industrial (-40єC...+85єC), то ИОН вам потребуется со стабильностью не хуже (2В-0В)/(3В-(-3В)*1мВ /(85єC-(-40єC))=2,66мкВ/єC или (для REF=2.5В) ±1ppm/єC. А вот это будет уже действительно большо-о-ой проблемой.