RTD и AD7718 - входные токи по REF Опции

[Herz]

...
Если бы я знал все - не спрашивал бы тут совета.
...
Это гуманитарный аспект.
...
Если бы я всерьез называл все своими именами - это выглядело бы намного жестче.

Так Вы сюда за советом пришли или с гуманитарной миссией?
По-моему, следовало бы с уважением (если уж не с благодарностью) относиться к тем, кто пытается Вам помочь А в том, на что указывала Tanya, есть немало рационального - жаль, что Вы не захотели этого заметить. Но даже если некоторые из полученных Вами советов по каким-то причинам неприемлемы, возмущаться отнятым у Вас временем и называть их глупостью.... По меньшей мере, неприлично.

Что касается конденсаторов фильтра и рекомендаций, процитированных Вами из DS. Ставить конденсаторы для защиты от помех именно на референсные входы в ратиометрической схеме просто нелогично. Кроме того, не думаю, что "мелкие" емкости от RF-помех "can cause dc gain errors", что может заботить Вас в "медленной" схеме. К тому же, стоило бы оценить реальное влияние ВЧ-шума на погрешность измерений в рабочей полосе. Вполне может оказаться, что не так страшен чёрт, когда он "размазан"...
А по большому счёту, дискуссия на эту тему выеденного яйца, как говорится... Ставьте уже буфер и забудьте о проблеме.

И даже АЦП. Если надо - поставлю два. Но ставить по АЦП на каждый вход (которых минимум 7-8) - это, согласитесь, неразумно.

Зависит от того, что есть критерий разумности. Абсолютной крамолы я и в этом варианте не вижу. Что важнее в Вашем случае: результат или путь к нему?
Надеюсь, не злоупотребил Вашим временем...

[maharaj]

По-моему, следовало бы с уважением (если уж не с благодарностью) относиться к тем, кто пытается Вам помочь А в том, на что указывала Tanya, есть немало рационального - жаль, что Вы не захотели этого заметить. Но даже если некоторые из полученных Вами советов по каким-то причинам неприемлемы, возмущаться отнятым у Вас временем и называть их глупостью.... По меньшей мере, неприлично.

Я отношусь в благодарностью к тем, кто пытается мне помочь.
Однако это не относится к случаям, когда кто-то просто развлекается. В советах вроде того, что требования к точности должны быть не хуже 1/1000 градуса или что тут можно использовать 10 битный АЦП МК, нет ничего рационального. По сути это не советы, а либо действительно непроходимая глупость, либо издевательство.

Что касается конденсаторов фильтра и рекомендаций, процитированных Вами из DS. Ставить конденсаторы для защиты от помех именно на референсные входы в ратиометрической схеме просто нелогично.

Напротив: именно при ратиометрии это как раз логично. Одно дело когда референс - это локальный опорник (при абсолютных измерениях), а совсем другое, когда к нему идет многометровый внешний провод от датчика.

Кроме того, не думаю, что "мелкие" емкости от RF-помех "can cause dc gain errors", что может заботить Вас в "медленной" схеме.

"Не думаю" - не выглядит как достаточно веский аргумент. Хотелось бы какие-то цифры. А с этим проблемы - в документации нет никаких численных данных о влиянии емкостей. Или вы знаете цифры? Тогда не молчите, скажите!

На самом деле емкости все же не такие уж мелкие - обычно в таких местах ставят единицы нФ. А какую ошибку это может дать - непонятно. Но мне кажется вполне реальной опасность получить заметную ошибку.

Как раз недавно смотрел ДШ на зеродрифт ОУ LMP2021. Там говорится о том, что входной ток зависит от емкости на входе. А все потому, что там на входе ключи - коммутация для создания этого самого зеродрифта, все время тикает. И графики приведены. Добавление 20 пФ меняет ток на 20 пА. И также графики для аналогов от конкурентов - там при той же емкости ток раза в два выше. Теперь вместо 20 пФ ставим 2000 пФ (для фильтра) и частота коммутации у нас не около 1КГц, как в зеродрифтах, а МГцы. И что будет с токами? Может там вместо 20 пА получиться не один десяток нА? ИМХО, вполне может.

К тому же, стоило бы оценить реальное влияние ВЧ-шума на погрешность измерений в рабочей полосе. Вполне может оказаться, что не так страшен чёрт, когда он "размазан"...

Это сделать не так просто. Например, недалеко от прибора стоит усилитель, с которого ВЧ сигнал по коаксиалу идет на модулятор (акустооптика). И коаксиал этот идет рядом с кабелем к термодатчикам. Ну да, кабель возьмем экранированный. И коаксиал "светить" наружу не должен. И генератор/усилитель/модулятор экранированы. А все же там 60-80 МГц и до 5 Вт мощности. Переменной. И как оценить влияние? Ну да, прямой путь - сделать и измерить. Но в установку добавляется то одно, то другое. Все варианты заранее не измерить. И переделывать потом уже возможности не будет. Что отсюда следует: что нужно делать заранее с многократным запасом. Чтобы ВЧ-помехи на вход АЦП гарантированно не попадали.

А по большому счёту, дискуссия на эту тему выеденного яйца, как говорится... Ставьте уже буфер и забудьте о проблеме.

Зачем так нервничаете и торопитесь? Я же уже написал, что склоняюсь к тому, чтобы так и сделать.
Скоре всего поставлю. Но не ранее, чем учту все проблемы и возможности.

>Но ставить по АЦП на каждый вход (которых минимум 7-8) - это, согласитесь, неразумно.
Зависит от того, что есть критерий разумности. Абсолютной крамолы я и в этом варианте не вижу. Что важнее в Вашем случае: результат или путь к нему?

Для меня важен результат. Но, как Вы понимаете, не всякий путь приводит к нужному результату.

И вообще все зависит от задачи. Если требуется быстрая и синхронная оцифровка, тогда да - по АЦП на вход, иначе никак. Там это не просто разумно, но неизбежно.
Но для измерений температуры это неразумно, а кроме того в нашем случае просто нарушит одно из требований к устройству - входы получатся неравнозначными, то есть при перестановке датчика на другой вход потребуется перекалибровка.

[sensor_ua]

нарушит одно из требований к устройству - входы получатся неравнозначными, то есть при перестановке датчика на другой вход потребуется перекалибровка.

Где ж такие одинаковые сенсоры берёте?

[maharaj]

Где ж такие одинаковые сенсоры берёте?

Сенсоры, конечно, неодинаковые. Для каждого своя калибровка.
Но если калибровка зависит не только от сенсора, но и от номера входа, в которому его подключили - это уже перебор.

[sensor_ua]

Сенсоры, конечно, неодинаковые. Для каждого своя калибровка.
Но если калибровка зависит не только от сенсора, но и от номера входа, в которому его подключили - это уже перебор

Калибровка штука системная - она "не принадлежит" сенсору. Да, калибровочная характеристика сенсора задаётся, но это характеристика первичного преобразователя, а это не то же, что калибровка канала измерения. Отдельная же калибровка вторичных преобразователей (их каналов) по некоему эталону - неблагодарная работа. Вы бы хотя бы определились, что же предполагается быть "одинаковым" и насколько.
Учитывая разброс сенсоров, без индивидуальной калибровки каналов измерения получить указанную точность измерения температуры непростая, но более, IMNHO, бессмысленная задача.

[maharaj]

Вы сами себя ограничиваете странными решениями. Во-первых, выбор АЦП, на который есть DS с ревизией аж 0 от 2001 года. Почему вдруг такой динозавр? Почему не по-проще, ну или, если хочется лишнего входа Ref, то AD7794?

Не, не ограничиваю. Это текущий рассматриваемый вариант. С удовольствтем рассмотрю Ваши предложения.

Про "динозавра": далеко не всегда новее значит лучше. У 7794 по сравнению с 7718 есть как преимущества, так и недостатки. О них ниже.

Все АЦП 77-й серии сделаны на основе одного и того же ядра. Отличаются конфигурацией, да немного параметрами. У всех одни и те же характеристики с точки зрения того вопроса, то я задавал вначале - то есть токи по рефенсному входу. Так что не важно, будет это 7718 или 7794 - вопрос остается.

Почему 7718, а не 7794: Да, 7794 в некоторых отношениях лучше. Больше реальная точность (хотя в данном случае это не имеет значения, и так достаточно), есть выходы возбуждающего тока (однако они занимают те же ножки, что и пара входов; эту цепь можно сделать и внешней), больше диапазон допустимых уровней реф (работает при меньших реф, чем 7718) и, наконец, пожалуй самый важный, с моей точки зрения плюс - правильно сделаны отслеживание и индикация отсутствия реф - это на случай повреждений проводов или просто неподключенных датчиков.

И входов у 7794 тоже вроде как много, но тут нюанс: у 7718 можно любые входы использовать как балансные или как несимметричные (single ended). Именно последнее мне также нужно - один реф и 2 балансных входа я предполагал занять под RTD, а еще один реф и 4 остальных входа - в виде single ended, причем относительно земли. Мне нужны именно такие 4 выхода. А 7794 не позволяет измерять сигналы относительно земли. Любой InX- должен быть не ниже 100 мВ. Так что либо 7718, либо два АЦП.

странный резистор 10-15 кОм где-то перед REF. В-третьих, выбор именно 1 кОм RTD - априори принятая уверенность, что полученный результат будет лучше, - на основании чего? а почему не 500 Ом? а почему вдруг на 100 Ом такой точности не получить?

"Странный резистор" - опорный, на нем падает ток для получения реф сигнала. Напряжение на реф должно быть не ниже 1 В. Ток порядка 0.1 мА. Вот и выходит не 1К, как в схемах с 100-Омными датчиками, а 10К.

Сопротивление RTD выбрано высоким только из соображения минимизации самонагрева. Те датчики, что хотим использовать бывают 100 или 1000 Ом. На 100-Омном самонагрев может давать ошибку порядка 5 тысячных - это половина макс. допустимой ошибки.

В-четвертых, неясно, какой диапазон рабочих температур АЦП и опорного резистора, и какая дополнительная погрешность по этой температуре ожидается.

Прибор будет работать при комнатной температуре, более того - в термостатированном помещении (температура воздуха +/-0.5 градуса, также поддерживается стабильная низкая влажность). Поэтому тут на опорный резистор и АЦП могут влиять: опять же самонагрев, нагрев от усилителей мощности и тд. Внешний нагрев постараемся исключить - конструктивно уберем мощную часть подальше. Самонагрев АЦП - не более 1-2 С. Не влияет. Самонагрев резистора - порядка 0.5 С, при его ТКС 5ppm это дает ошибку менее тысячной градуса - пренебрегаем.

В-пятых - о сенсоре не было слова - точность от сенсора и опоры, а от всего остального погрешности

Ссылка на сенсор выше. Погрешности - ну да, если бы тут писали официальный метрологический документ, то нужно было бы внимательнее использовать слова. А так можно по-проще.

0.1 градуса при диапазоне измерений от -40 до +60 град. Цел. (что уж говорить о 0..50) достаточно уверенно получается и на 16-бит АЦП при RTD 100 Ом. Но при определенном умении можно на 24-бит АЦП 0.15 градуса с трудом получать (пару раз отлечивал разные грабли).

Ну да, если сигнал с RTD надлежащим образом усилить (чтоб он не был на порядок меньше опорного), то хватит и 16 бит. На самом деле реальная точность 7718 для сигналов со шкалой 160/320 мВ и будет 16/17 бит. Так что это по сути и есть 17-битный АЦП, зато в нем уже все усиление внутри, высокоомные буферы, ничего добавлять не надо. Вот только входы реф подкачали малость. Но тоже поправимо.

Калибровка штука системная - она "не принадлежит" сенсору. Да, калибровочная характеристика сенсора задаётся, но это характеристика первичного преобразователя, а это не то же, что калибровка канала измерения. Отдельная же калибровка вторичных преобразователей (их каналов) по некоему эталону - неблагодарная работа.

Конечно. Я и говорю о калибровке всего канала, всего устройства. Но входов два. И сенсоры отключаемые. И кроме того, нужны запасные, так как тоненький щуп с сенсором будут каждый раз вручную вводить в место измерения - наверняка поломают не одну штуку за год. Поэтому нужно откалибровать измеритель с каждым из сенсоров. Калибровать будем не у себя (у нас такого оборудования нет), так что это надо сделать единовременно. Организовать такое мероприятие для каждого сенсора, по мере надобности - нереально. Раз в год сделать (пере)калибровку для нескольких сенсоров - это возможно.

Потом при подключении сенсора (изменении аппаратной конфигурации) программа из ПК будет загружать в контроллер нужный профиль - для указанного номера сенсора. Но если при этом пользователь должен будет еще и не ошибиться входом, это наверняка приведет к тому, что в какой-то момент подключат не в тот вход, и измерения пойдут с ошибкой, например, в 0.2 С. А потом данные разных серий экспериментов окажутся несогласующимися друг с другом... Именно поэтому входы должны быть равнозначны. Что, вроде бы, совершенно несложно сделать.

[Herz]

Напротив: именно при ратиометрии это как раз логично. Одно дело когда референс - это локальный опорник (при абсолютных измерениях), а совсем другое, когда к нему идет многометровый внешний провод от датчика.

Не соглашусь. Преимущество ратиометрической схемы именно в её дифференциальности. Применяя же "выборочное" фильтрование, Вы лишаете её этого качества.

Как раз недавно смотрел ДШ на зеродрифт ОУ LMP2021.

Зачем Вам "зеродрифт"? Возьмите "конвенциональный" хороший ОУ.

Зачем так нервничаете и торопитесь? Я же уже написал, что склоняюсь к тому, чтобы так и сделать.
Скоре всего поставлю. Но не ранее, чем учту все проблемы и возможности.

Вам показалось. Опять. Воля Ваша, можете учитывать хоть влияние глобального потепления на работу Вашего термометра, но я не вижу, чем бы Вам грозил дополнительный буфер... Похоже на слона из мухи.

[maharaj]

Не соглашусь. Преимущество ратиометрической схемы именно в её дифференциальности. Применяя же "выборочное" фильтрование, Вы лишаете её этого качества.

Пардон! Дифференциальная - значит "разностная". А "ратиометрия" - измерения отношения. В первом случае математическая операция вычитания, во втором - деления.

Дифференциальность никуда не девается. Четерехпроводное подключение, два сигнальных провода от датчика идут к двум входам АЦП, Ain+ и Ain-, образующим как раз один дифф. вход. И фильтрация РЧ там (по обоим линиям), конечно же есть. Это стандартное включение.

Теперь если не ставить фильтрацию по реф. входу - вот тут как раз и получится "выборочное" фильтрование. Сигнал для числителя дроби (отношения) фильтруем, для знаменателя - нет. Именно этого я и хочу избежать. Помех не должно быть ни по одному из входов.

Зачем Вам "зеродрифт"? Возьмите "конвенциональный" хороший ОУ.

Я не затем его смотрел, не для этого места, не для этой схемы.
Тут, действительно, можно и не зеродрифт. На фоне сигнала порядка 1 Вольт дрейф в единицы мкВ не будет влиять. А такой дрейф бывает и у просто "хорошего ОУ". С другой стороны, с ходу не соображу, не будет ли также важно абсолютное смещение (а не только дрейф), или же оно компенсируется калибровкой и все.

я не вижу, чем бы Вам грозил дополнительный буфер... Похоже на слона из мухи.

Если нет нужного элемента - плохо. Если есть ненужный - тоже плохо. Это принципиальная вещь. Да и энтропийный фактор не стоит забывать.

Да, я в прошлый раз спрашивал про цифры - влияние емкости по реф. входу. Ну так вот, цифры нашлись. Эта тема подробно рассмотрена в AN-608 (Input Buffers on Sigma-Delta ADCs). Речь там идет сначала об измерительных входах и о влиянии емкостей при использовании АЦП в режиме без входных буферов (в обход). Там же в разделе о реф. входе говорится "The reference inputs on the ADC also go directly to a switched capacitor input stage, so similar comments with regards to maximum resistance and capacitance apply."

Еще больше цифр нашлось в ДШ на AD7719, стр. 32. Там видно, что да оно влияет, влияет нехило и даже при не очень больших емкостях. И как-то очень резко растут ошибки - в 1.5 раза увеливаем RC и уже вместо 20 бит точности остается лишь 16. Чтобы получить не хуже 16 бит при 10 К резисторе, емкость можно ставить не более 150-200 пФ. Что на порядок меньше того, что ставят в фильтры. И это данные для сигнальных входов, а там токи в 4 раза ниже, чем на реф. Так что для реф ограничение еще в несколько раз жестче. В общем окончательно ясно, что без буфера по реф не обойтись. Даже при опорном резисторе 1К (это если датчики 100 Ом) и то, наверное, лучше его ставить.

[Herz]

Пардон! Дифференциальная - значит "разностная". А "ратиометрия" - измерения отношения. В первом случае математическая операция вычитания, во втором - деления.

Да, конечно. Выразился я некорректно.

Дифференциальность никуда не девается. Четерехпроводное подключение, два сигнальных провода от датчика идут к двум входам АЦП, Ain+ и Ain-, образующим как раз один дифф. вход. И фильтрация РЧ там (по обоим линиям), конечно же есть. Это стандартное включение.

Теперь если не ставить фильтрацию по реф. входу - вот тут как раз и получится "выборочное" фильтрование. Сигнал для числителя дроби (отношения) фильтруем, для знаменателя - нет. Именно этого я и хочу избежать. Помех не должно быть ни по одному из входов.

Само собой. Это я и имел в виду: либо фильтровать всё, либо - ничего.