Добрый день!

Появилась задача измерить и вывести на экран осциллограмму напряжения в розетке (220Вольт). Появились вопросы:

1) какой АЦП лучше использовать(биполярный или биполярный с дифференциальным входом) и почему?
2) Какие элементы кроме резисторов нужно ещё использовать (для защиты, для подавления помех) и как их расчитать?

Предполагаю, что защиту можно поставить как в блоках питания: предохранитель, варистор, TVS диод и конденсатор X2 (вам какие частоты интересно посмотреть?) . Наверное, неплохо бы иметь гальваническую развязку. Может делитель на резисторах и датчик тока Холла?

Нашёл вариант цепей для счётика электроэнергии от TI. Смущает несимметричность делителя. И непонятно как расчитываются номиналы конденсаторов.
Какой предпочтительнее АЦП использовать? Так как мне надо оцифровать обе полуволны синусоиды, понимаю, что нужно использовать АЦП с биполярным входом. Среди них встречаются АЦП с дифференциальным входом. Есть смысл использовать с диф. входом?
Я так понимаю, схема ниже для АЦП с обычным биполярным входом.

Вы бы сначала цель этой затеи огласили. А то может оказаться, что никакого АЦП не нужно. Или можно найти готовое решение.
Чтобы измерить напряжение сети достаточно тестера, простого мультиметра. Реже - среднеквадратичного вольтметра. Чтобы вывести картинку на скоп - и того проще: разделительного трансформатора. И то только для безопасности.

Похоже что конденсаторы это обычный фильтр низких частот, который вы рассчитываете учитывая требуемую частоту пропускания и рекомендации производителя АЦП. Наверное можно к исследуемому сигналу добавить смещение и сделать его однополярным. Мне кажется, что в этой схеме нет смысла в дифференциальном усилителе, потому что делитель несимметричный и соответственно синфазная помеха не будет подавляться, хотя наличие надписей AVSS и фильтрация линии V1- наводит на мысль что АЦП все таки дифференциальный. AVSS это общий провод питания АЦП, а сигналы V1- V1+ подаются на диф вход. Любопытно было бы услышать мнение профессионалов об измерении 220В, какие здесь есть тонкие места? Кстати, вроде бы видел у AD высоковольтные АЦП.

что значит высоковольтные АЦП? для целей измерения высоковольтных сигналов у AD есть серия АЦП, но входной диапазон там максимум +/-10В.
Да, на выложенной мной схеме делитель не симметричный, но это не конечный вариант(можно жде и симметричный использовать). Вопрос: стоит ли использовать АЦП с дифференциальным входом для моих целей и как лучше сделать делитель в этом случае?


Мне нужно сделать самому. Цель - создать устройство и самому выводить на свой дисплей. будет использоваться STM32 Discovery +ADC+LCD
Вот над выбором АЦП и входных цепей сейчас и думаю.

Так цель - пристроить STM32 Discovery?
Возьмите трансформатор 220 - что-нибудь маленькое... Так можно избежать жертв.

[indent][/indent]
Что значит "пристроить"? Цель - создать измеритель!
спасибо. нужен именно делитель. АЦП будет гальванически развязан с процессором.
Делители широко используются в этих задачах. А жертвы можно и с трансформатором получить

А смысл? В контроллере же уже есть АЦП... Связанный.

мне недостаточно его разрядности.

Прошу не спрашивайте почему. Пусть это будет задание "для студента" разработать схему АЦП+МК+LCD.

Вопрос: какой АЦП для моих целей лучше: биполярный с дифференциальным входом или просто биполярный? если с дифференциальным входом, то вопрос как доработать схему делителя что выкладывал выше?

А какая точность и скорость Вам нужна?
Можно это спрашивать?

просто, кроме собственно измерения планируется ещё ряд функций, где требуется обрабатывать сигнал с большим динамичекми диапазоном. Разрядность нужна минимум 16 бит. Это априорные данные.

Действительно, не нашел больше +-10, хотя казалось, что видел)). Я тут подумал, что если делитель сделать симметричным, то будет превышено ограничение на максимально допустимую постоянную составляющую напряжения. Придется или общую точку схемы АЦП поднимать до уровня того резистора, с которого будете снимать напряжение или делать гальваническую развязку. А какая разрядность вам нужна, вроде бы с разрядностью выше 16 бит большинство АЦП сигма дельта и с дифф входом, да еще и однополярные.

мне нравится серия AD760X. Но они на восемь каналов. Избыточно

Можно поставить связку драйвер двуполярного недифф сигнала в однополярный диф сигнал + АЦП, например ADA4941-1 + AD7691

Т.е. все эти дополнительные функции Вы собираетесь привязать к сети питания?

что значит "привязать"?

Сеть питания - это и есть объект анализа.

делитель на три резистора (1МОм)-(10кОм)-(1МОм) в розетку, сигналы с ног 10кОм резистора на LT1990, его выход на АЦПшку дисковери, которую вгоняете в 12МГц семпл, имея примерно 100кГц ширину пропускания в LT1990, и семплируя за 20мкс 240 раз, вы получите к базовым 12 битам еще гарантированно 4 бита точности. Если Вас скорость измерения 20мкс устроит - то вот Вам готовое решение.

интересно, можно узнать, за счёт чего выигрыш получается?

Без разницы, потому что у БП для их питания цена практически не зависит от количества выходов. Следовательно, выгоднее тот, интерфейс которого проще развязать, т.е. не I2C.


В паспорте выбранного Вами АЦП внимательно читаете соответствующий раздел "ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS", и выбираете ограничитель, который однозначно выполнит его требования.

усредняя 256 семплов Вы добавите к точности корень из числа усреднений, то есть 16, что и есть те самые 4 бита. Обычно это на втором курсе на статистике проходят, или в математических школах в последнем классе.

Это получается 20/240=80 наносекунд на сэмпл.
А 12 бит за 80 наносекунд получится?
Для 12 бит надо гдето 9 раз постоянную времени заряда конденсатора, иначе он зарядится не успеет.
Для 1 килоОм и 25 пикофарад получится порядка 1 микросекунда на заряд конденсатора, чтобы обеспечить аккуратность 12 бит.
У СТМки 100 Ом резистор или емкость 2 пикофарада?
Непонятно, откуда тут 12 бит возьмется.


Подсчитал. Если использовать SAR, для 16 бит при 1 Гц, надо порядка 1 Мспс скорострельность,
при 50 Гц, соответственно 50 Мспс.
Заряд будет 20 наносекунд... Это получается....
Ужас. Не получится.
Сигма делта может быть..

А если еще 256 раз? Еще 4 двоичных порядка..
Я даже подумать боюсь, что будет, если и дальше замедлять... тормозить. А в школе проходят... Да. Но не все помнят все условия.

С чего вдруг ? Полбита добавится, но и только. А так да, дизеринг дает прибавку разрядности (в разумных пределах). А для решения исходной задачи я бы подумал о использовании готового чипа электросчетчика (из тех, что посложнее, с микроконтроллерным интерфейсом). Та и разрядность, там и фильтры...

Интересно бы узнать, какой из них отдаст наружу 3,5 MSPS.

каюсь, что всех ввел в заблуждение, не 4, а только 3 бита всего, так как а СТМка только на 7.2мегасампла оказывается (что-то я запамятовал про 12MSs), а у ЛТшки ширина пропускания 100кГц, выше которой она естественно чуток шумит, и этот шум как раз хорошо согласуется с пределом чувствительности СТМки.


и читать внимательно тоже в школе учат

Очевидно, что имелось в виду еще одно (повторное) усреднение.


Вот у stm32F303 можно до 20 МГц. Только... ENOB=10 бит.

Всё, дальнейшее обсуждение уже не имеет никакого смысла - это тоже априорные данные. И спрашивать тут нечего. У Вас просто нет ответа, его не может быть.
Обычно, когда не умеешь рассчитывать простейший делитель, сразу замахиваешься на постройку звездолёта с большим динамическим диапазоном. Который априори никому нафиг не нужен... Занять бы студентов чем-то полезным и научить разумно оценивать достаточность вместо чтения фантастики... Тогда, глядишь, и что-то реальное может получиться.

Ага, а ещё тут бывает так:

просишь помочь понять схему.
У тебя спрашивают:
-Зачем?
Отвечаешь:
-для построения измерителя
Получаешь решение:
-Возьми вольтметр

Гениально


Наболело?

Если честно, то ничего строить я не собираюсь, мне стало интеерсно чем делитель биполярного АЦП отличается от делителя для биполярного АЦП с дифференциальным входом.

На такой частоте? Интересно, каким образом?

Жульническим. 4 АЦП поочередно.

Конденсатор то один небось?
Я то ли чегото не понял, но кондер то как правило заряжать надо около микросекунды для достоверных 10и бит.
Никак 20 Мегагерц не получается.

Конденсаторы отдельные. Их зарядка - проблема пользователя. Вот осциллографы ведь существуют как-то.

я вот тоже никак не понимаю, почему у меня ADS5474 с его 14 битами и 50 Омами волнового пикает по 100пикасекунд и позволяет с 50мкВ чувствительностью видеть

Что именно он позволяет видеть?
Там в реале могут быть совсем другие значения чем он показывает.
Посчитайте сами.. Думаю, получится хорошо если 1 килоГерц реально с точностью 14 бит.
Чем быстрее, тем меньше реальных бит

Прям какое-то соотношение неопределенностей однако...

Именно. Потому что такая постановка вопроса только такой ответ и предполагает.

Да, наболело. Потому что вместо реальной задачи с её реальными проблемами бывает так:
Придёт человеку в голову спросить чего-нибудь эдакого (на что и десять мудрецов ответа не найдут), до книжки дотянуться лень. Форумчане, пытаясь помочь и удивляясь странностям постановки вопроса, просят уточнений. Но поскольку всё это высосано из пальца, в ход идут всякие небылицы о необходимости высокой разрядности, суперточности, огромных скоростей.... Звучит неубедительно, поэтому приплетается нечто о дополнительных задачах, которые "к делу не относятся" вроде обработки потоков с большим динамическим диапазоном.... Дескать, почему я так хочу и для чего это нужно - не ваше дело. Надо и всё. Затем и вовсе выясняется, что никто ничего строить не собирается и вопрос - чистый троллинг. Что уже часто видно с самого начала, ведь если человек ищет решения, он анализирует прежде всего чужой опыт.

Удивляюсь вашему долготерпению. Мало того, что ТС нагло врал при постановке задачи, выдавая свою смекалку темной головы, сферического коня в вакууме, за практическую задачу, он еще и откровенно хамить изволит. Моя бы воля, я бы его забанил лет на десять без права переписки.

Иногда, 16 бит и более применяется для измерений токов и напряжений 50Гц.
Например в устройстах РЗиА
http://www.ekra.ru/produkcija/rza-podstanc...e2502a01hh.html

Ни один из параметров устройства по вашей ссылке не требует применения 16-битного АЦП. Все параметры с легкостью обеспечиваются 10..12 - битными. Даже если разработчики и в самом деле ставят туда 16-битные АЦП, это ни в малой мере не является техническим обоснованием, что они там действительно нужны.

Кстати говоря, для точного измерения действующего значения переменного тока нужна не только разрядность, но и скорость, а ее-то 16-битными АЦП обеспечить трудновато. Все почему-то предполагают измерять чистый синус, тогда как форма сетевого напpяжения и тока как правило весьма далека от идеальной.

Автору, с его слов, изначально ничего и не нужно было измерять, а просто показывать в реальном времени и естественном графическом виде гадость сетевого синуса на некоем 16-разрядном ЖК-индикаторе, т.е. стенке из 4096 стандартных ЖК-мониторов, условно называемой им просто "свой дисплей". Очевидно, он "зелёный", или около того, поэтому другим ни к чему пытаться понять смысл этой затеи и пути её реализации.

А смотреть на картинку должен был некий супермен (или, может, Терминатор?), который весь этот поток информации всасывал и обрабатывал "на лету", в реальном масштабе времени.

Если разрядность по вертикали 16 бит, то, для симметрии, на периоде 20 мс надо бы тоже сделать 65 тыс выборок, иначе несолидно как-то супрменам предлагать. То есть, порядка 200-300 нс на одно 16-битное измерение, ага.

Больше чем 65 тысяч. Для аккуратного измерения надо чтобы сигнал менялся не более чем 1/2 LSB за время заряда конденсатора.
То есть не более чем на 1/131072 = 0.00000762939453 от величины сигнала.
Арксинус от этого будет 0.00043713 градуса. То есть надо делать 360/0.00043713 = 47185920.00773094113407 раз за период
47 миллионов сэмплов при 1 Герце. При 50 герцах 2500 миллионов саэмплов в секунду.
Это 0.4 наносекунды
За время одного сэмпла кондер должен успеть зарядится до 16 бит, что во много раз больше постоянной времени RC цепочки - зарядится до 13 бит надо порядка 10 раз больше.
То есть даже зарядится до 13 бит надо иметь постоянную времени 0.04 наносекунды.

Жду опровержения..

Нашёл прибор где применяется 24 бит АЦП
http://www.fluke.com/Fluke/ruru/Analizator...0.htm?PID=56030

A/D resolution Voltage and current: 24 bits
Transient voltage: 14 bits

Не встречал прибор для электроэнергетики с разрядностью АЦП менее 16бит.

Причуда разработчиков?




я думаю, что разрядность АЦП (16 бит) в даном случае обусловлена диапазоном уставок срабатывания.

Нет, не причуда, а понимание: где и зачем это нужно. У Вас этого понимания нет. Нет даже чётко поставленной хотя бы самому себе задачи. Лишь фантазии. Да и то, как выяснилось, без надежды на воплощение.
Так зачем людям дурить голову несуществующими проблемами?

Тогда бы хватило и восьми. Десяти - более чем.

Может, хватит уже? Это трёп ни о чём.

Тема действительно себя исчерпала. Но, решил не создавать новую а спросить здесь.

Зачем такая разрядность (24 бит) в промышленном приборе? Посмотрел спецификацию этого Fluke. Ничего такого, что требует прямо 24 разряда нету... может требует как-то косвенно?

Толку от resolution 24 бит?
Аккуратность/точность измерения будет на несколько порядков ниже все равно

Дельта-сигма на 24 разряда стоит достаточно дёшево. Толку от неё мало, зато выглядит серьёзно. А это маркетинг.

Г.Циглер. Цифровые устройства дифференциальной защиты. с.52

Пример 4-1: Аналого-цифровое преобразование
Исходные данные:

Дифференциальная защита должна работать в диапазоне токов (динамическом диапазоне) ±50xIn. Точность должна составлять 5% от установленного значения 0.1xIn (наименьшее значение уставки).
Какой разрешающей способностью должен обладать АЦП?
Точность в 5% требует разрешающей способности 100/5=20 шагов. В данном случае, это соответствует наименьшему значению уставки, другими словами 20 шагов соответствуют 0.1xIn. 50xIn дает следующее: (50/0.1)x20=10,000 шагов (по действующему значению). Максимальное мгновенное значение тогда равно 2x (корень)2 x50=141A,
что соответствует следующему: 2x (корень)2 x10,000=28,284 шагов.
Ближайшее значение составляет 215=32,768.
Таким образом, необходимо применение 16 битного АЦП (15 бит плюс бит знака).

Dubov, что за дикое форматирование? В следующий раз следите за тем, как выглядит Ваш пост после "копипастинга".
[Исправлено]

Замечательный пример натягивания совы на глобус. Сначала задается требуемая точность в 5% не от всего диапазона, а от 1/10 его. То есть, в скрытой форме задается точность 0.5% от диапазoна. Потом диапазон растягивается в 50 раз (поставить ограничитель для защиты от перегрузок религия не позволяет), т.е. требуемая точность увеличивается до 0.01% от полного диапазона АЦП. Затем вдруг (с бодуна?) оказыватся, что все это задавалось не для мгновенных значений, а для действующих, посему для мгновенных надоть еще в 1.41 раза лучше, то есть, 0.007%. Ну и, напоследок, легкий мухлеж со знаком (выпрямитель поставить тоже религия не позволяет) и, вуаля, фокус удался, вшивое устройство защиты, оказывается, должно обладать точностью поверочного устройства.