Использование керамики в активных фильтрах, какое влияние утечек и пьезоэффекта? Опции

[Altemir]

Добрый день.
Проектируется двухкаскадный активный ФНЧ 4-ого порядка (Саллена-Кея) вход которого подключен к повторителю на ОУ, выход - к 24-битному АЦП. Частота среза по уровню -3дБ равна 3Гц. Пример фильтра приведён на рисунке. В качестве ОУ выбран LTC2051.
На входе фильтра присутствует смещение (~2-3В) для псевдодифференциального режима работы АЦП, на фоне этого смещения необходимо различать единицы микровольт DC, т.е. сигнал может быть очень слабый (и требуется большой динамический диапазон). Без фильтра схема в данный момент работает, метрология устраивает. Интересует, можно ли применять в активном ФНЧ керамические конденсаторы, как скажутся их утечки и пьезоэффект?

Сообщение отредактировал Altemir - Sep 21 2010, 12:36

Эскизы прикрепленных изображений

 

[korolkov24]

Добрый день.
Проектируется двухкаскадный активный ФНЧ 4-ого порядка (Саллена-Кея) вход которого подключен к повторителю на ОУ, выход - к 24-битному АЦП. Частота среза по уровню -3дБ равна 3Гц. Пример фильтра приведён на рисунке.
На входе фильтра присутствует смещение (~2-3В) для псевдодифференциального режима работы АЦП, на фоне этого смещения необходимо различать единицы микровольт DC, т.е. сигнал может быть очень слабый (и требуется большой динамический диапазон). Без фильтра схема в данный момент работает, метрология устраивает. Интересует, можно ли применять в активном ФНЧ керамические конденсаторы, как скажутся их утечки и пьезоэффект?

Если в области ультразвука, никак, при комнатной температуре. (имхо).
Если фильтр звукового диапазона, с керамикой страшные искажения. У керамики ярко выраженная зависимость ёмкости от напряжения, конечно и от типа сильно зависит.

Сообщение отредактировал korolkov24 - Sep 21 2010, 12:39

[Altemir]

Мой полезный сигнал, как я указал - напряжение постоянного тока. Фильтр на 3Гц. Диапазон температур печатной платы: 0..70 градусов Цельсия. Калибровка смещения входных цепей может производиться лишь раз в час. Долговременный уход ёмкости на +-20% не страшен, после активного фильтра будет ещё и цифровая фильтрация, но активный не должен ухудшать метрологию

Сообщение отредактировал Altemir - Sep 21 2010, 12:50

[nbooker]

Добрый день.
Проектируется двухкаскадный активный ФНЧ 4-ого порядка (Саллена-Кея) вход которого подключен к повторителю на ОУ, выход - к 24-битному АЦП. Частота среза по уровню -3дБ равна 3Гц. Пример фильтра приведён на рисунке. В качестве ОУ выбран LTC2051.
На входе фильтра присутствует смещение (~2-3В) для псевдодифференциального режима работы АЦП, на фоне этого смещения необходимо различать единицы микровольт DC, т.е. сигнал может быть очень слабый (и требуется большой динамический диапазон). Без фильтра схема в данный момент работает, метрология устраивает. Интересует, можно ли применять в активном ФНЧ керамические конденсаторы, как скажутся их утечки и пьезоэффект?

Если метрология устраивает, тогда можешь не волноваться фильтром схему не испортишь. Другое дело если требуется выжать из АЦП и датчика максимум, тогда данное решение не подходит т.к. фильтр это второстепенная вещь, он конечно выполняет важную функцию, но главное это вход и выход аналоговой схемы (оффтоп).

На счет конденсаторов, и пьезоэффекта: он проявляется только на низких частотах вследствие приличной массы, и резонансной частоты всей конструкции прибора. Самое главное чтобы во время работы на конденсаторе (любого типа) не висело постоянное напряжение (опора), иначе получиться неплохой акселерометр (был в моей практике случай когда коллега спаял схему в надежде получить удароустойчивый регистратор, а получил - акселерометр , я потом это все переделывал).

Если нелинейность устраивает то можешь ставить керамику.

[Altemir]

Если бы ПОЛНОСТЬЮ устраивала метрология... Преследуются три цели:
1. Выжать максимум из АЦП
2. Получить приличный антиальясинговый фильтр, т.к. перерабатываю схему под последующую цифровую фильтрацию с полосой 0,05-0,5Гц (используется АЦП той же серии, но с управляемой скоростью выборки и проц потолще)
3. Избавиться от помех, которые пролазиют до АЦП с объекта измерения

В данный момент рассматриваю C0G. Вроде, до 0,1мкФ у мураты найти можно. Как пишут в статье http://my.execpc.com/~endlr/ceramic.html , у этого типа диэлектрика самый низкий микрофонный эффект из всей керамики. Я же остановился на керамике ввиду отсутствия свободного места на ПП. Под весь фильтр (а таких надо два) выделено максимум 100мм^2, ну чуточку может ещё выбью.

[DS]

Что у Вас там за АЦП ? Скорее всмего Вы таким фильтром ситуацию по низким састотам только ухудшите, за счет 1/f шумов и дрейфов. Обычно для сигма-дельта достаточно пассивного фильтра первого порядка.

[domowoj]

http://www.electroclub.info/other/conders1.htm
Вот интересная статеечка про керамику.

[sysel]

Практика такая:

В устройстве по входу был сделан ФВЧ 1-го порядка (RC цепочка) с частотой среза 1 Гц (надо было отсечь постоянную составляющую). R = 1 МОм, С = 1 мкФ.
При использовании керамики 1206 X7R или X5R наблюдалось плаванье постоянного уровня на выходе.
Картина была следующей: в течении суток после пайки плаванья не наблюдалось.
По истечении суток конденсаторы начинали генерить постояную составляющую при малейшем дуновении ветерка.
Прогревали их горячим воздухом(до оплавления припоя) - и опять сутки рабтало нормально.
Так и не поняли природы этого эффекта (скорее всего механичские напряжения внутри керамики, т.к. фактор влажности исключили залив лаком(уже после обнаружения этого эффекта)).

Проблема была решена заменой керамики на пленочные конденсаторы EPCOS.

Для Вашей задачи я бы всё-таки задействовал цифровые фильтры. Говорят, они не так чувтвительны к сквознякам и влаге

[Altemir]

Что у Вас там за АЦП ? Скорее всмего Вы таким фильтром ситуацию по низким састотам только ухудшите, за счет 1/f шумов и дрейфов. Обычно для сигма-дельта достаточно пассивного фильтра первого порядка.

А можно поподробнее, пожалуйста?
Я использовал LTC2498, перехожу на LTC2449 с потерей двух бит, но использованием цифрового фильтра с кормлением его на частоте ~220-440Гц. Пассивный слабенький П-образный фильтр присутствует перед активным, но помехи на частотах >1Гц просто кошмарные (объект в окружении промышленных помех). Габариты пассивного фильтра тоже ограничены. Для справки - C1=C2=0.022мкФ, L = 15мГн. Планирую выкинуть L и заменить на R~50кОм. Если повезёт и удастся найти кондёры в данном форм-факторе на 0,1мкФ, то будет просто счастье. Не хотелось бы в АЦП вести помеху, если её значительно можно ослабить средствами активного фильтра.

Сообщение отредактировал Altemir - Sep 21 2010, 15:08

[DS]

Источником сигнала что является ?
Для условий промышленных помех наиболее значимым является грамотная передача сигнала от датчика к прибору и всякие там земли-экранировки. Особенно, есл Вы собираетесь высокую точность получать. Неиспользование дифференциальной схемы сразу ставит под вопрос наличие хоть какой точности при наличии помех.

[Altemir]

Источником сигнала что является ?

К сожалению, не могу раскрыть. Одно - всё самое ужасное, что может только быть в измерительной технике: высокоомный, с ОЧЕНЬ длинной линией до измерителя, подверженной наведённым напряжениям (значительные ЭМ-наводки), линия недифференциальная... и т.д. Короче, весь кошмар для схемотехника-диагноста-программиста. Если что и можно изменять, то только уже после прихода проводов в измеритель-схему. И то - габариты и бюджет последнего крайне ограничены.
Прошу вернуться к теме вопроса, касаемо утечек керамики и пьезо- сегнето- эффекта. Не могу найти значений этих утечек для тех же murata и tdk.

Сообщение отредактировал Altemir - Sep 21 2010, 15:42

[korolkov24]

http://www.electroclub.info/other/conders1.htm
Вот интересная статеечка про керамику.

В статейке не учитывается нелинейность зависимости ёмкости от напряжения.
Y5V
На первом рисунке, 2В*дел, на втором 5В*дел, напряжение снимается с конденсатора, генератор подключен через резистор, импеданс конденсатора соизмерим с импедансом резистора.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Herz]

В статейке не учитывается нелинейность зависимости ёмкости от напряжения.
Y5V
На первом рисунке, 2В*дел, на втором 5В*дел, напряжение снимается с конденсатора, генератор подключен через резистор, импеданс конденсатора соизмерим с импедансом резистора.

Вы бы прокомментировали снимки, куда осциллограф подключен. Какой частот?

[Altemir]

По вопросу слабо. Y5V неактуально. Вот бы X7R, но лучше C0G. На днях мегомметром и феном проведу эксперименты на постоянном токе с обоими типами емкостей. Нашёл очень старый даташит на epcos-овские кондёры C0G http://www.epcos.com/inf/20/10/db/cc_07/C0G_CC.pdf Даташит 2006-ого года, ещё до формирования совместной компании TDK-EPC, так что сегодняшний материал C0G и сами кондёры могут сильно отличаться. Надеюсь, сейчас в лучшую сторону. В даташите показан на графике порядок около 2МОм для моего температурного диапазона, этого маловато будет, т.к. в фильтрах стоят резисторы этого же порядка, что на постоянном токе даст ослабление. Где искать такие же доки на мурату и современную TDK-EPC???

P.S. Нашёл ещё у кемета неплохие доки:
http://www.kemet.com/kemet/web/homepage/ke..._CerPerChar.pdf
http://www.kemet.com/kemet/web/homepage/ke...HighVoltCap.pdf
http://www.kemet.com/kemet/web/homepage/ke...ile/GR900CE.pdf

Получается, что X7R и C0G по утечкам (в доках) не отличаются. Как на деле - не известно. Типовые значения:
25єC IR - 100 GΩ or 1000 MΩ-μF, whichever is less
125єC IR - 10 GΩ or 100 MΩ-μF, whichever is less
Это уже гораздо лучше и очень даже допустимо. Получаем, что на постоянном токе и максимальной температуре 0,1мкФ даёт сопротивление утечки порядка 1ГОм. Если конечно, соблюдать термопрофиль при пайке.

P.P.S. Посмотрел кондёры от Vishay. Параметры утечки один-в-один с кеметом. Разницы между X7R и C0G по даташитам в части утечек нет.
P.P.P.S. При более детальном анализе даташитов мураты выяснил (явной формулы не приведено, но прослеживается чётко), что сопротвление утечки у X7R и C0G у них равно 500МОм*1мкФ

Сообщение отредактировал Altemir - Sep 21 2010, 19:54

[тау]

На входе фильтра присутствует смещение (~2-3В) для псевдодифференциального режима работы АЦП, на фоне этого смещения необходимо различать единицы микровольт DC, т.е. сигнал может быть очень слабый (и требуется большой динамический диапазон).

..... Получаем, что на постоянном токе и максимальной температуре 0,1мкФ даёт сопротивление утечки порядка 1ГОм. Если конечно, соблюдать термопрофиль при пайке.

Это засада полная. смещение на конденсаторе и его утечка даже при 1 ГОм даст плавающую неопределенность 2mV при Rвых порядка 1МОм . А Вы хотели микровольты. К тому же надеяться на 1 ГОм у керамики слишком оптимистично.

Сообщение отредактировал тау - Sep 21 2010, 19:59