Здравствуйте!
Возникла задача построить многоканальный измеритель с универсальным входом, способным нормально измерять и мостовые датчики (ну, пусть 20mV размах) и обычные напряженческие с диапазоном +/-10V (и диффы и Single-ended). Разрядность хорошо бы иметь 16 бит.
Погуглив и посчитав, пришел к тому, что нужно поставить мультиплексор, пропускающий все (то есть от -10 до +10), а далее (после мультиплексора) извращаться хоть с инструментальным усилителем с переменным коэффициентом усиления, хоть с чем другим- это все уже в одном экземпляре и на стоимости/размерах платы так сильно не сказывается.
С вольтовыми сигналами хорошо, они вольтовые
А вот для милливольтовых(мосты-полумосты) уже веселее, тут мультиплексор может и подгадить. И первое что я вижу- это токи утечки. Грубо говоря, если у меня идет измерения сопротивления 1 килоом и при этом я вижу 20mV, то ток входной цепи (если я хочу иметь 16-битную точность) должен быть (20mV/1kOhm)/65536 = 0.3 nA. Мда. Вот отсюда и начинаются вопросы, по которым и прошу совета у клуба:

1. Можно ли достичь тока утечки в цепи на уровне наноамперов в принципе? я имею в виду паразитные утечки по плате из-за влажности, например. А сколько можно, без особых (больших и дорогих) ухищрений?
2. Есть ли мультиплексоры, гарантирующие ток утечки менее 1nA ? Вот нашел я ADG1208, у него максимальный ток утечки 1nA. Но он один такой, как-то странно...

Наверное, можно решить вопрос, поставив по инструментальному усилителю до мультиплеексора (тогда ток утечки мультиплексора не влияет на результат) и один после (тогда сопротивление канала мультиплексора не влияет на результат), но пока что хочется сэкономить (деньги, место на плате, потребляемую мощность). Например, если утечки по плате больше этих самых долей наноампера, то просто незачем копья ломать для снижения этих утечек выбором "крутой" элементной базы.

Может быть, даже есть какие-нибудь ортогональные решения, буду благодарен если подскажете.....

Странный вопрос. А для чего тогда делают усилители с (фемто)пикоамперными входными токами?

Конечно есть! галетный переключатель пгк...

Ну уж нет! В измерителе малых токов ИМТ-... стояли самодельные (?) галетники из оргстекла.

Неа, шаговые искатели на складах закончились. не катит решение.

Ну не знаю, Вам видней!..

Вот тут пишут, что "Insulation Resistance: more than 1,000,000 MΩ @ 400 C" => MODEL 820 SWITCHES.

Вот и я про то же. Если делают, да еще в нанокорпусах, значит утечки по плате не так уж и велики.

Пока что остановился на мультиплексоре с наноамперной утечкой плюс хороший ОУ после мультиплексора с Ку меньше единицы (чтоб АЦП на +-10 V не искать). Ну а диапазон уже в АЦП выбирать, встроенным усилителем.

А там разве написано, что это керамика?
А к вопросу об утечках на плате... Вот совсем недавно... Не на тефлоне, а на стеклотекстолите. Хорошо промыта, просушена и покрыта силиконовым лаком (ISOTEMP) - утечки не более 10 пикоампер.


А где Вы такой найдете? ИУ бывают, но не с таким входными токами. Делитель только после ОУ - перед АЦП...
Или Вы это и хотели сказать?

как раз и смотрю все это...
На самом деле, не так много хороших, чтобы сразу с +/- 12V запитать можно было. +/-5 гораздо больше.
Или классический AD8221 (G=1), и после него делитель, подходящий под входное сопротивление АЦП. или совсем хорошо- после делителя еще один ОУ(тот же AD8221) с гигаомным входным сопротивлением.

Как известно, хорошо заданный вопрос это больше половины ответа
Нашел очень интересную(для меня) статью:
автор и название: Jim KarKi, Using fully differential op amps as attenuators
гуглится влегкую, вдруг кому еще пригодится.
Даже перевод есть, например тут первая часть(в самом конце):
http://www.ti.com/ww/ru/downloads/Q22009_AAJ_RU.pdf

Ибо когда начал считать блок питания и бюджет потребления, как-то не так однозначно стала выгода от "протащить высоковольтный сигнал через мультиплексор и только потом давить единственным ОУ"

У меня в идентичной задаче использовать аналоговые мультиплексоры не получилось, пришлось делать индивидуальные каналы с мультиплексированием по цифре.

В чем была причина?

Проходное сопротивление мультиплексора - величина меняющаяся от напряжения питания и управления.
Для точности до 100 мкВ пришлось использовать узкополосные АЦП с простейшими фильтрами на входах, соответственно время переключения сильно возрастало и все равно не удалось устранить межканальное влияние.
Мостовые датчики меняли потребляемый ток в зависимости от измеряемой величины, соответственно не удалось использовать один источник питания.

Хм. у меня вроде такого не предвидется. Напряжение возбуждения моста тоже измерять буду (оно у меня вообще конфигурируемое программно), про проходное сопротивление мультиплексора тоже помню.
Самое ближайшее похожее- делал на мультиплексорах схему измерения термосопротивлений, все было согласно расчетам (токи утечки в землю от мультиплексоров и межканальные утечки тоже учитывал- выбрал с минимальным током), MAX4617 оказался самым подходящим по цена/качество, и еще я выбирал по наличию входных диодов и их максимального тока, вот он и подошел.

А индивидуальные АЦП я на термопары ставил, отлично работало(работает). Но сейчас это явно перебор. Многоканальный АЦП еще посмотрю (чтобы коммутатор вообще не ставить), смысл может быть - но индивидуальные АЦП это очень дорого получается, у меня бюджет не резиновый. Вот если бы нашелся 16(24)-битник с входным +/10V и ценой до $5 при 20 единицах- я б наверное поменял свое мнение.

А Вы как мост возбуждали? постоянкой или инвертировали питание? У меня по условию еще инверсия питания моста есть, ей собираюсь убивать сдвижки в ОУ и прочие несимметричности.

Питание только постоянкой, задача была поверка и калибровка. Заказчики использовали постоянное питание. В измерительной части на AD7791 утечек, сдвигов и т.п. не наблюдалось.

Вообще-то в моем конкретном случае решение было принято об отказе от мультиплексоров, когда сильно поползло время на разогрев датчика и переключение измерительных входов, ГПМ не мог столько времени стабильно задавать высокие давления. В Вашем решении все может оказаться иначе, просто надо заранее учесть побочные факторы.

В Ваших исходных данных нет требований по рабочей температуре, т.к. в МОП-ключах токи утечки резко возрастают от температуры. И МОП-ключи лучшие по току утечки на КНИ-структурах (SOI)
С уважением.

Интересное замечание, сам случайно додумался, в будущем буду иметь в виду:

Если используется интегральный мультиплексор для многоканальной системы сбора, то в общем случае можно говорить о точности измерений (имеется в виду SNR) на уровне 15 бит.

Аргументация: Нормальный (не средний, а из хороших) полупроводниковый мультиплексор имеет величины "Channel-to-Channel Crosstalk" и "Off Isolation" на уровне 90dB для низких частот (например, у Analog Device есть внятные графики в даташитах).

То есть можно сказать что из выключенного канала прет шум, ослабленный на эти пусть 90dB. А 15-ти битам соответствует SNR 92dB.

Так что вот нам математическое обоснование того, что если хотим гарантированно иметь свободные от шума 15-16 бит и более, то скорее всего придется отказаться от мультиплексора, либо применять его в извращенной форме (например, цепочные или искать специфические или ставить отдельные ключи опять же с повышенными требованиями).



Да, я понимаю. Я ориентируюсь не на типовые, а на максимальные значения из даташитов (для полного температурного диапазона). Если этот параметр (максимальная величина) в даташите не указан- я такой ключ не применяю.
Кстати, часто вижу как какое-то изделие рекламируется как супер-точно-классное по параметрам, а при внимательном прочтении таблиц или проглядывании графиков из даташита оказывается, что новизна коснулась только типичных величин, максимальные отклонения же остались на общем уровне. Или даже так бывает: по типичным значениям лучше, а по максимальным- дрова полные.