Измерение напряжения от 0 до 5 В, Ищу оптимальное решение Опции

[Gunner]

Добрый день, форумчане!

Стоит задача измерять напряжение (в диапазоне от 0 до 5 В) в 4 контрольных точках блока. Контролируемый блок и основной блок соединены кабелем длиной примерно 1 м. В кабеле присутствуют цифровые сигналы взаимодействия двух блоков (частоты порядка 1 МГц), а также есть свободные линии для передачи аналоговых сигналов на основной блок.

Рассматриваю 2 варианта решения:
1) На основной блок передавать аналоговые сигналы напряжения и там уже делать измерение. Со входа аналоговый сигнал будет подаваться на согласующий ОУ (на нем же можно реализовать ФНЧ для подавления шумов), а далее на АЦП (внешний либо в составе МК). Поскольку на основном блоке есть МК, то есть возможность откалибровать процесс измерения. Не будут ли в этом случае цифровые сигналы оказывать заметное влияние на аналоговые? Все-таки расстояние между блоками 1 м.
2) Поставить АЦП в самом контролируемом блоке, а на основной блок в цифре передавать данные с АЦП на МК. Этот вариант менее предпочтителен, так как свободного места в контролируемом блоке практически нет. В случае необходимости калибровки тоже не совсем представляю как это делать.

Подскажите, какой вариант будет оптимальнее и позволит обеспечить требуемую точность измерения (0,5 %)?

Разрабатывать измерительную аппартуру не приходилось, так что сильно не пинайте.

[rx3apf]

Подскажите, какой вариант будет оптимальнее и позволит обеспечить требуемую точность измерения (0,5 %)?

Полпроцента это совершенно смешное требование. Любой мелкий микроконтроллер с 10-битным ADC и опорой от местного питающего 5V (если оно есть) обеспечит требуемую точность. Если же подходящей опоры нет, то либо делители на вход и откалибровать с встроенной опорой (да, неудобно), либо сделать стабильное питание чуть с запасом (скажем, 5.2V), тогда точность будет определяться точностью задания этого питания. Отдавать посылками через UART. Уж для SOIC-8 место найдется, наверное ? А то есть и меньше корпуса...

[Herz]

Хотелось бы уточнить: как быстро нужно делать измерения и как быстро меняются сами сигналы? Иными словами, каковы требования к sample rate и полосе? И каков импеданс источника: что за контрольные точки? От этого будет зависеть степень влияния помех и наводок.

[Gunner]

Хотелось бы уточнить: как быстро нужно делать измерения и как быстро меняются сами сигналы? Иными словами, каковы требования к sample rate и полосе? И каков импеданс источника: что за контрольные точки? От этого будет зависеть степень влияния помех и наводок.

Сигналы можно считать практически статическими. Это уровни напряжений с различных детекторов (например, вот этот). Если необходимо, то можно их пробуферизировать на стороне источника, тем самым снизив импеданс. Sample rate - 100 выборок в секунду, думаю, будет достаточно. Возможно немного выше, так как планирую организовать несложную программную фильтрацию.

[Herz]

Тогда действительно задача не сложная. Насчёт источника сигнала понял не совсем, ссылка у Вас на доволно шустрый логгер. Зачем тогда ему такие возможности?
Но раз напряжения в самом деле изменяется медленно, то высокочастотных наводок по кабелю можно не опасаться - их легко отфильтровать. Если выбор ещё не сделан, я бы порекомендовал Вам АЦП "усредняющего" типа, например с двойным преобразованием или сигма-дельта. И выбрать Sample rate кратным частоте сети. Тогда без дополнительных затрат можно получить хорошее подавление всего лишнего. В контролируемом блоке действительно достаточно будет обойтись буферами, один метр - это небольшое расстояние. Не забудьте только про цепи защиты входов измерительной части.

[Сергей Борщ]

Не будут ли в этом случае цифровые сигналы оказывать заметное влияние на аналоговые? Все-таки расстояние между блоками 1 м.

Меня бы больше волновало, не будут ли эти и другие помехи, наведенные на провода контроля, оказывать влияние на работу самой контролируемой схемы.

[Gunner]

Тогда действительно задача не сложная. Насчёт источника сигнала понял не совсем, ссылка у Вас на доволно шустрый логгер. Зачем тогда ему такие возможности?
Но раз напряжения в самом деле изменяется медленно, то высокочастотных наводок по кабелю можно не опасаться - их легко отфильтровать. Если выбор ещё не сделан, я бы порекомендовал Вам АЦП "усредняющего" типа, например с двойным преобразованием или сигма-дельта. И выбрать Sample rate кратным частоте сети. Тогда без дополнительных затрат можно получить хорошее подавление всего лишнего. В контролируемом блоке действительно достаточно будет обойтись буферами, один метр - это небольшое расстояние. Не забудьте только про цепи защиты входов измерительной части.

Спасибо. Еще такой вопрос - необходимо ли делать какое-либо согласование по входу (в основном блоке) аналоговых цепей? Ну, кроме возможного делителя для согласования по уровню сигнала в зависимости от выбранного опорного напряжения АЦП.

Меня бы больше волновало, не будут ли эти и другие помехи, наведенные на провода контроля, оказывать влияние на работу самой контролируемой схемы.

Это пусть волнует разработчиков этих блоков (шучу ). А если серьезно, то исходя из этого, наверное, тоже нежелательно в контролируемый блок ставить АЦП, чтобы он там дополнительно шумел.

[Herz]

Спасибо. Еще такой вопрос - необходимо ли делать какое-либо согласование по входу (в основном блоке) аналоговых цепей? Ну, кроме возможного делителя для согласования по уровню сигнала в зависимости от выбранного опорного напряжения АЦП.

Что Вы под этим подразумеваете?

[Gunner]

Что Вы под этим подразумеваете?

Если проводить аналогию с цифровыми сигналами, то имелась в виду терминация этих сигналов на приемной стороне с помощью резисторов (то есть согласование с волновым сопротивлением линии для уменьшения помех, связанных с отражением и т.п.). Понимаю, что все это необходимо для цифровых быстродействующих сигналов при передаче на длинную линию, но возможно, что-то подобное надо предпринимать и для аналоговых сигналов?

[Herz]

Если проводить аналогию с цифровыми сигналами, то имелась в виду терминация этих сигналов на приемной стороне с помощью резисторов (то есть согласование с волновым сопротивлением линии для уменьшения помех, связанных с отражением и т.п.). Понимаю, что все это необходимо для цифровых быстродействующих сигналов при передаче на длинную линию, но возможно, что-то подобное надо предпринимать и для аналоговых сигналов?

Для практически статических? Нет, эти заботы не из той оперы... Обеспечьте лишь защиту от возможных перенапряжений и достаточное (не более) входное сопротивление. Плюс, конечно, простейший ФНЧ.

[Сергей Борщ]

то исходя из этого, наверное, тоже нежелательно в контролируемый блок ставить АЦП, чтобы он там дополнительно шумел.

А мне кажется с точностью до наоборот. Шумы, которые будет излучать АЦП, мизерны по сравнению с наводками на метровый провод.

[Gunner]

... Обеспечьте лишь защиту от возможных перенапряжений и достаточное (не более) входное сопротивление...

Для защиты имеется в виду последовательно резистор + диодная растяжка на питание?
Планирую строить следующую входную цепь: Вход(0-5В) - Защита(?) - Аналоговый мультиплексор(+5В, ADG708/704) - резистивный делитель напряжения(на 2) - ОУ(+3.3В, ФНЧ) - АЦП.
Отсюда вопрос - не будет ли входной резистор защиты оказывать влияние на всю измерительную цепочку? Ведь для этого его сопротивление должно быть значительно меньше сопротивления резистивного делителя.

Сообщение отредактировал Gunner - Nov 16 2011, 11:47

[Herz]

Для защиты имеется в виду последовательно резистор + диодная растяжка на питание?
Планирую строить следующую входную цепь: Вход(0-5В) - Защита(?) - Аналоговый мультиплексор(+5В, ADG708/704) - резистивный делитель напряжения(на 2) - ОУ(+3.3В, ФНЧ) - АЦП.
Отсюда вопрос - не будет ли входной резистор защиты оказывать влияние на всю измерительную цепочку? Ведь для этого его сопротивление должно быть значительно меньше сопротивления резистивного делителя.

Начните с выбора АЦП. К нему определите входной диапазон сигнала. Последовательный резистор защиты может являться также плечом делителя и резистором пассивного ФНЧ. Активный Вам ни к чему.

[Gunner]

Начните с выбора АЦП. К нему определите входной диапазон сигнала. Последовательный резистор защиты может являться также плечом делителя и резистором пассивного ФНЧ. Активный Вам ни к чему.

Как писал выше, я планирую использовать аналоговый мультиплексор. Его-то мне и надо защищать. Значит резистор защиты будет перед ним, а делитель (для согласования по уровню) - после него. Отсюда и возник вопрос. Если рассуждать как Вы, то делитель надо выносить до мультиплексора (тогда плечо делителя и будет защитным резистором). Но в этом случае делитель будет свой по каждому аналоговому каналу и соответственно калибровать надо будет все каналы по отдельности. А это не желательно ...

[rx3apf]

Как писал выше, я планирую использовать аналоговый мультиплексор. Его-то мне и надо защищать.

Объясните, зачем Вам создавать трудности и потом их героически преодолевать ? Сигнал в диапазоне 0...5 ? Выбросов нет ? Зачем отдельный АЦП, мультиплексер, делители ? Один микроконтроллер с встроенным АЦП и мультиплексером, с опорным (оно же питающее) напряжением не менее входных 5 (например, 5.2V) решает все проблемы (правда, точностью и стабильностью опорника придется таки озаботиться). Чтобы исключить влияние коммутационных помех мультиплексера - отвязать от измеряемых сигналов RC-фильтрами (например, 100К и 10n), заодно резистор фильтра выполнит роль токоограничительного. если все ж на входе напряжение вылезет за допустимое. Цена вопроса - $1..2, и решение уместится в половину кубического сантиметра...