Устранение постоянной составляющей сигнала Опции

[Aldaris]

Здравствуйте!
Нужно убрать из сигнала постоянную составляющую. Хочется заложить хороший бюджет погрешностей в систему. Поэтому удалять нужно чисто.
На вход системы приходит отрицательный сигнал, изменяющийся в пределах 20мВ около значения примерно -300мВ. Шумы сигнала порядка 100мкВ. Нужно гарантированно сохранить частоты вплоть до 0,1 Гц. Сразу после предполагаемого фильтра планируется поставить операционник.
Какие варианты для фильтра предложите?

[Lmx2315]

..разделительный конденсатор ?

[Aldaris]

..разделительный конденсатор ?

Тоже так сначала думал. Сейчас приведу расчеты.
Будем считать, что после конденсатора сигнал идет на вход ОУ. Сопротивление входа примем равным 10МОм.
Для погрешности, сравнимой с шумами (100мкВ) на частоте 0,1Гц, требуется конденсатор, сопротивление которого на частоте 0,1Гц было бы в 5*10^3 раз меньше входного сопротивления ОУ. Это сопротивление в нашем случае будет равно 2кОм. Значит его емкость 800 мкФ. Чтобы схема вышла на режим (конденсатор зарядился до 300мВ), требуется время, оцениваемое постоянной времени RC-цепи. В нашем случае время будет равно 10^7[Ом] * 8*10^(-4)[Ф] = 8000c или больше двух часов.
Где я не так посчитал?

[Lmx2315]

..перед операционниками конденсатор всегда ставят обязательно в паре с резистором на землю. И расчитывают постоянную времени уже с его учётом.

[xemul]

Где я не так посчитал?

Везде. Входное сопротивление ОУ учитывается в более других расчётах.
Коль Вы помянули бюджет погрешностей, огласите его примерный/желаемый расклад.

[Aldaris]

Везде. Входное сопротивление ОУ учитывается в более других расчётах.
Коль Вы помянули бюджет погрешностей, огласите его примерный/желаемый расклад.

Требуется различать напряжения разницей в 100мкВ, т.е. точность 0,5%

..перед операционниками конденсатор всегда ставят обязательно в паре с резистором на землю. И расчитывают постоянную времени уже с его учётом.

Тогда по моей логике получается, что расчетная емкость конденсатора должна увеличиться в разы (во столько же раз, во сколько сопротивление дополнительного резистора, включенного параллельно с входным сопротивлением ОУ, меньше просто входного сопротивления ОУ). А в первом расчете емкость и так нехилая вышла - 800мкФ.

[Tanya]

требуется время, оцениваемое постоянной времени RC-цепи. В нашем случае время будет равно 10^7[Ом] * 8*10^(-4)[Ф] = 8000c или больше двух часов.
Где я не так посчитал?

Даже больше - в 8 примерно раз (ln(3000)) постоянных времени. Это для установления с точностью (Вашей) 100 мкв.

[Lmx2315]

..тогда измерять среднее значение , формировать его и вычитать потом на операционнике из вашего сигнала.
А можно оцифровывать (сместив относительно нуля вверх) - вычитать в цифре , потом переводить в аналог и дальше на обработку.

[xemul]

Требуется различать напряжения разницей в 100мкВ, т.е. точность 0,5%

Тогда просто поставьте 16-битный АЦП, постоянную составляющую уберёте в цифре.
Словосочетание "бюджет погрешностей" предполагает чуть более углублённое представление и о погрешностях, и о точности.

[Aldaris]

Тогда просто поставьте 16-битный АЦП, постоянную составляющую уберёте в цифре.

На самом деле конечной целью является оцифровка сигнала. И ничего не мешает поставить АЦП разрядностью и скоростью побольше и упростить всю схему в несколько раз. Интересно было узнать, возможно ли это сделать чисто аналоговыми средствами.

Словосочетание "бюджет погрешностей" предполагает чуть более углублённое представление и о погрешностях, и о точности.

Это понятно, что оно значит больше, чем одно значение. Но в конце концов, зачем забивать сейчас голову температурными, временными дрейфами и прочими стабильностями, когда важно узнать сам принцип?

..тогда измерять среднее значение , формировать его и вычитать потом на операционнике из вашего сигнала.

Видел у Analog Devices микросхемы, как раз формирующие среднеквадратичное значение переменного сигнала(RMS-to-DC converter). Возможно, они бы и подошли для такой задачи. Надо будет посмотреть...

Сообщение отредактировал Aldaris - Sep 21 2011, 12:11

[xemul]

На самом деле конечной целью является оцифровка сигнала. И ничего не мешает поставить АЦП разрядностью и скоростью побольше и упростить всю схему в несколько раз. Интересно было узнать, возможно ли это сделать чисто аналоговыми средствами.

Возможно. Делаете оконный компаратор, который обеспечит быстрый переходный процесс ФНЧ, отслеживающего постоянную составляющую (оценка для частоты среза этого ФНЧ ~ 0.1 Гц * 0.5% = 5*10^-4 Гц, время переходного процесса после выключения компаратора посчитайте сами). Считалку, которая будет обрабатывать данные, желательно уведомить о срабатывании компаратора.

Это понятно, что оно значит больше, чем одно значение. Но в конце концов, зачем забивать сейчас голову температурными, временными дрейфами и прочими стабильностями, когда важно узнать сам принцип?

Пока достаточно оценить, сколько можно отдать на аналоговую часть, сколько - на цифру, сколько - на обработку.

UPD: оценка для частоты среза этого ФНЧ 1-го порядка ~ 0.1 Гц / (20*lg(0.5%) = 2*10^-3 Гц

[Aldaris]

Возможно. Делаете оконный компаратор, который обеспечит быстрый переходный процесс ФНЧ, отслеживающего постоянную составляющую (оценка для частоты среза этого ФНЧ ~ 0.1 Гц * 0.5% = 5*10^-4 Гц, время переходного процесса после выключения компаратора посчитайте сами). Считалку, которая будет обрабатывать данные, желательно уведомить о срабатывании компаратора.

То есть Вы предлагаете накачивать конденсатор, до определенного значения напряжения от другого источника. Когда зарядка конденсатора закончится (сработает компаратор), этот источник отключать и работать только с сигналом. Правильно?
Еще у меня была идея подключать через ключ малое сопротивление на землю (перед ОУ) и заряжать через него. Только вот сопротивление ключа в закрытом состоянии должно быть хотя бы на порядок больше входного сопротивления операционника, что вряд ли достижимо.

[xemul]

То есть Вы предлагаете накачивать конденсатор, до определенного значения напряжения от другого источника. Когда зарядка конденсатора закончится (сработает компаратор), этот источник отключать и работать только с сигналом. Правильно?

Достаточно управлять R фильтра. Но порядок величин (в первую очередь, конденсатора) всё равно получается изрядным, а гираторные схемы мне не нравятся.

Еще у меня была идея подключать через ключ малое сопротивление на землю (перед ОУ) и заряжать через него. Только вот сопротивление ключа в закрытом состоянии должно быть хотя бы на порядок больше входного сопротивления операционника, что вряд ли достижимо.

Вам уже намекали, что вход ОУ не должен висеть в воздухе по постоянному току.

[shkal]

очень странное сравнение уровня шума с неравномерностью АЧХ. Прям температура кипения воды с прямым углом.

[Aldaris]

Всем большое спасибо за объяснения! Мораль для себя - не выпендриваться и делать через цифру.