Добрый день!

Есть конвеерный АЦП (диапазон работы от 0 до 5В) он цифрует несколько каналов через мультиплексор, сигналы на каналах условно постоянны, т.е. имеют малую переменную составляющую менее 1-2% от постоянного значения, но мультиплексор переключается часто каждые 5-6мкс, и на переходные процессы смены каналов отводится не более 1мкс.
При нормальной работе на АЦП поступает от 0 до 5В и все бы хорошо да только в следствии сбоя итд. на каждом из каналов может появится постоянка(т.е. не импульсные помехи, а честное постоянное квазибесконечной длительности*) ) до 30В положительного или до -3В отрицательного напряжения с фронтом нарастания 100-300нс. Мультиплексор это съест нормально т.к. имеет отрицательное смещение и сам питается от 30В, а вот АЦП поплохеет.

Т.е. по сути требуется защита для АЦП которая сработает при выходе входного за границы измерения, отключит вход к примеру, но такой вариант мне категорически не нравится т.к. нужна очень быстродействующая защита, для реализации которой у меня пока нет идей

Второй вариант некий буфер-повторитель перед АЦП который физически не способен выдать иное напряжение как 0-5В. Но переварит на входе -3...30В.

Изначально было требование что нештатный сигнал может быть только до 30В, для него буфер придумался, но потом появилось еще и требование по отрицательному и тут я уже встал...

Добавим перчинку к задаче*) Буфер должен быть прецизионным, т.е. вносить погрешности не более 0,01%-0,02% и должен быть на отечественной элементой базе*)) И напомню что время установления штатного сигнала(0-5В) должно быть не более 1мкс.

Если подкинете идейки буду очень благодарен.

Забыл добавить, всякие банальные решения -диоды сливающие сигнал на питание или землю тут не пройдут, т.к. во первых у наших диодов большие утечки, второе т.к. нужно сливать не просто помехи, иголки, а именно постоянный сигнал...

Забыл добавить, всякие банальные решения -диоды сливающие сигнал на питание или землю тут не пройдут, т.к. во первых у наших диодов большие утечки, второе т.к. нужно сливать не просто помехи, иголки, а именно постоянный сигнал...

Решение очевидно — привести сигналы в норму до мультиплексора, никуда не торопясь и без компромиссов.

Несмотря на ваше предупреждение, именно этот способ защиты кажется мне наиболее подходящим. А диоды можно с успехом заменить на микросхему SP724, специально расчитанную для подобного рода применений. Это не диодная сборка, а схема, собранная на транзисторах с высоким входным сопротивлением. Ток утечки через нее порядка 1 nA, а это обычно меньше, чем у входа АЦП.

есть одна особеннность, я написал в первом посте про перчинку - "должен быть на отечественной элементой базе"

на импорте все просто причем весьма...и вариантов мильён



да без проблем(именно этим и занимаемся)! Но как(и зачем)? ведь нештатные ситуации никуда не денутся... и длительность фронта у них останется такая же итд... т.е. выигрыша никакого, только дублирование элементов для каждого канала...

Придётся подождать достаточного количества воды, поскольку Вы традиционно во всех своих темах соизволяете выдавать исходные данные лишь к концам вторых-третьих страниц.

Чтобы за микросекунду перезарядить все емкостные составляющие мультиплексора и АЦП, да еще прецизионно, источник сигнала должен быть сильно низкоомным. И на этом фоне фраза об утечках через диоды кажется, мягко говоря, несерьезной.
Сильно подозреваю, что эти диодные структуры уже присутствуют в цепи, независимо от того видите ли Вы их или нет (как часть КМОП-структур или специально встроенные для защиты).

Вот эту "перчинку" и используйте. Ищите виновного, сымайте с него штаны и порите по-отечественному квазибесконечно за квазибесконечную помеху в шесть раз больше входного сигнала.. Пока не уберет из ТЗ нелепое требование.
Вы ставите перед собой или беретесь решать с чужой бездумной постановки невыполнимые задачи. Ради чего?
Если же ТЗ-датель упорно не хочет понимать проблему, то решите ее молча. Поделите резисторами входное в шесть раз и выдайте ему в шесть раз меньшую точность измерения за счет сужения динамического диапазона.
Очень вероятно, что и такая точность заказчику будет избыточна. Не нужно только ему об этом назойливо напоминать.

конечно в АЦП диоды есть! никто и не спорит, но вот только о них нет никаких данных и уверен что они не рассчитаны на жесткие режимы постоянного тока. если нужно было сливать иголки, то да вопросов бы не возникало.

теперь давайте по утечкам, конечно этот самый буфер будет выполнять роль и драйвера, хотя давайте рассуждать, емкость последовательного АЦП обычно от 10-50пФ. Как заявлено на мой, входная емкость не более 30пФ накинем еще и примем с запасом емкость в 100пФ, не вижу больших трудностей точно перезарядить такую емкость, при заряде/разряде такой емкости через резистор 1кОм RC = 100нс, а для получения нужной точности с запасом хватит 10 периодов RC т.е. 1мкс, и это с большим запасом. Для того что бы диоды вносили несущественную погрешность т.е. 0,01%, к примеру, их суммарная утечка должна быть около 0,5мкА. Мне не известны наши отечественные диоды с утечкой пусть даже на порядок хуже при температуре 85 градусов, а если мы вспомним что им бы желательно иметь малое падение, да и вообще лучше шоттки...
Давайте попробуем уменьшить резистор в 10 раз т.е. до 100 Ом, и поимеем ток при 30В - !300ма!, и это постоянка... т.е. снова мимо.

конечно в АЦП диоды есть! никто и не спорит, но вот только о них нет никаких данных и уверен что они не рассчитаны на жесткие режимы постоянного тока. если нужно было сливать иголки, то да вопросов бы не возникало.

теперь давайте по утечкам, конечно этот самый буфер будет выполнять роль и драйвера, хотя давайте рассуждать, емкость последовательного АЦП обычно от 10-50пФ. Как заявлено на мой, входная емкость не более 30пФ накинем еще и примем с запасом емкость в 100пФ, не вижу больших трудностей точно перезарядить такую емкость, при заряде/разряде такой емкости через резистор 1кОм RC = 100нс, а для получения нужной точности с запасом хватит 10 периодов RC т.е. 1мкс, и это с большим запасом. Для того что бы диоды вносили несущественную погрешность т.е. 0,01%, к примеру, их суммарная утечка должна быть около 0,5мкА. Мне не известны наши отечественные диоды с утечкой пусть даже на порядок хуже при температуре 85 градусов, а если мы вспомним что им бы желательно иметь малое падение, да и вообще лучше шоттки...
Давайте попробуем уменьшить резистор в 10 раз т.е. до 100 Ом, и поимеем ток при 30В - !300ма!, и это постоянка... т.е. снова мимо.

А и еще забыл... если сливать лишний ток в питание что будет? правильно, возможен дозаряд емкости по питанию эдак на пару вольт... и что тогда? БУМ!



Данное ТЗ очень даже лепое, учитывая что условия в которых все это работает далеко не лабораторное. В данном случае ТЗ-датель точно такие же разработчики и подобных проблем им не избежать, все вместе несколько часов стояли над блоком, никак обойти данную проблему без ухудшения работоспособности не удалось...так что ныть заказчику смысла не вижу.

Т.е. импортный АЦП можно, а другую импортную комплектацию - нельзя?

АЦП наш - Ангстремовский

Ну, давайте найдем ошибку в моих расчетах.
Итак, при переходе к следующему входу нужно перезарядить емкость (выход мультиплексора + печатная плата + вход АЦП) от напряжения, которое могло быть на предыдущем входе (-3...+30В) до напряжения на новом входе (0...+5В, если вне этого диапазона-то точность уже не интересна). То есть напряжение на емкости нужно изменить в худшем случае на 30В, причем эта величина должна быть достигнута с точностью 0.01%.
U=Uin + A*e^(-t/RC)
В момент t=0 имеем Uin=0В, U=30В, значит A= 30В

U=Uin + 30*e^(-t/RC)
разницу (U-Uin) хотим 0.01%, то есть 1е-4:
1е-4 = 30*e^(-t/RC)
e^(-t/RC) = 3.3e-6
-t/RC = -12.6
t = 12.6RC
RC = t/12.6

t у нас равно 100нс=1e-7с, значит RC = 1e-7/12.6 = 7.9e-9

если С у нас равно 100пФ = 1e-10F, то можем посчитать R:
R= 7.9e-9/1e-10 = 79 Ом.

Значит, чтобы перезарядить 100 пикофарад за 100 наносекунд на 30 вольт с точностью 0.01% максимальное сопротивление источника имеет право быть 79 Ом.

С ростом напряжения реверсный ток растет, то есть будем смотреть случай "5 вольт на входе".
Ток источника будет I= 5/79 = 63 мА.
Через диоды должно утекать не более чем 0.01% от этого значения, а это 63*1е-4 мА, то есть 0.63 мА.
Надеюсь, что некапиталистический диод с током утечки 0.63 мА можно и найти.

Но опять же, не забудьте добавить и емкость диодов в расчет, она тоже ненулевая.

Если я где-то ошибся в расчетах- поправьте, вдруг неверно где-то что-то. Воскресенье, расслабуха, да еще вином хорошим домашним угостили, мало ли....

Как учитывается предельный ток через диодный ограничитель, обычно используют импульсные диоды с малой емкостью тип ll4148 или подобные, устанавливая ток через ограничитель порядка нескольких мА резистором, при этом увеличивается время заряда емкости входной цепи, поэтому затем применяют повторитель на ОУ и цепи компенсации.

домашнее вино это всегда хорошо*)))

Не очень понял вас... В этом диапазоне(от -3 до 0, и от 5 до 30В) не то что точность не требуется а этот диапазон вообще не штатный и должен никогда не попасть на вход АЦП, иначе он просто выгорит... т.е. входная емкость АЦП в 100пф перезаряжается только от 0 до 5В. И грубо за 100нс перезарядиться это конечно хорошо но и 1мкс будет достаточно.

и еще при резисторе в 79Ом при 30В ток через него будет почти !400!мА, т.е. на резисторе выделиться !12Вт!, выходит тут нужен просто конский драйвер(усилитель какой нить), мощный диод, здоровый резистор, и целый радиатор что бы все это проработало хотя бы несколько минут...

И еще раз повторю, если мы сливаем что то через диод в питание, нужно иметь гарантированных потребителей, иначе питание может подрасти... постоянных потребителей на 400мА по 5 вольтам у меня вряд ли наберется...

Так если мы давим шестикратное входное не умом, а силой, то эту силу (мощность) нужно куда-то деть. Не тянет источник питания запасных 12 ватт?
Ну так поставьте в 10 раз сложнее стабилизатор, ограничитель и сдуйте эти 12 ватт в пространство. Раз уж никуда от 30 вольт на входе не деться.
Или ограничивайте входной ток резистором в 100кОм , шунтируйте избыток диодами шоттки на 20мА , но придется скорость коммутации каналов резко уменьшить. Ради рекордов нужно же чем-то жертвовать.
Простого, беззатратного решения тут нет.

вот, из одного файлика своей старинной документации вытащил.
думаю, идея понятна. Сначала защита с большой утечкой, потом высокоомный делитель, потом мультиплексор, потом буфер-усилитель, потом АЦП (только этих АЦП там кажется не 8, а 16 было в параллель и буфер без усиления. за 10 лет никто из обслуживающих киповцев опечатки в документации не заметил,
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

А про "куда рассеивать" - так чудес не бывает, природу не обмануть. Или рассеивать в пространство (супрессором или блоком питания), ли прерывать цепь (ставить предохранитель).

утечки у них большие.


делите сигнал в 6 раз , теряя 16дБ динамич. диапазона, как вам и говорили с 30 до 5В и с -3 до -0,5В, подаете на АЦП, фильтруете программно.
-0,5В для АЦП скорее всего не страшно, опять же после делителя можно прибавить + 0,5В к сигналу.

скорее всего я бы сделал так - на вход или выход MUX поставил ОУ, поделил в 6 раз и подал в АЦП, либо поделил, ограничил на 0...5/6 В схемой на ОУ, усилил назад в 0...5 В, если надо оставить дин. диапазон. но проблема - питание надо 2 полярное или ОУ рэйт ту рэйл, коих наверно нет.

К сожалению поделив сигнал на 6 потеряем всю требуемую точность к чертям собачим, итак АЦП еле еле в вписывается по нелинейке и разрешению.

Рейл ту рейл конечно нет*)) Точнее в МОПе парочка есть но по факту из общения с производителем выходит что нет*)))

Питание есть любое, точнее сделаем какое требуется это слава богу не проблема.

можете пожалуйста по подробнее описать идею.(то что выделено жирным). я уже пробовал нечто подобное наверно но только для ограничение по 5В, минус уже не ловит.

У меня пока только одна мысль поставить в проход Jfet и быстрым компараторами 10нс срабатывание(один на на 5,2В, другой на -0,2В ) отключать его... в принципе за 40-50нс защита сработает. немного сгладить фронт нарастания RC и должно быть норм, но все же это так сказать костыль. много плавающих элементов(температура время) получиться

Припоминается транзистор 2N4117A и примеры его применения - от TI/ BB, INA118 и мультиплексоры с защитой типа ADG508F, MAX358/MAX378

автор говорит элементная база - пр-ва РФ, СССР.
выделено жирным - я так понимаю поделить сигнал в 6 раз -не проблема при помощи резисторов, далее схема ограничителя напряжения на ОУ типа таких -
http://www.ti.com/ww/en/bobpease/assets/AN-31.pdf стр 5 Multiple Aperture Window Discriminator, стр 17 - Precision Diode и Precision Clamp
кстати, если ОУ способен принимать до 30В (или 15В) на входе адекватно воспринимать - то делить может и не надо будет (ну или на 2).

Quantum1, а чем Вас моя схема не устраивает?
Легко реализуется на любых элементах, понятно, что нужно пересчитать для Вашего быстродействия и уровней.

Давайте посчитаем ток через подобный делитель ~75мкА и это при 30В, при 5В в пять раз меньше, если даже забъем на помехоустойчивость и погрешность от не нулевой утечки стабилитрона, то ток входа опера от 10 до 40нА, уже даст погрешность на 0,25-0,5%, а если вспомним что разные типы стабилитроноов (по крайней мере наши по паспорту) начинает правильно стабилизировать от 1-3 мА имеем шанс что такая защита вообще не сработает. И от -3В все равно спасения нет...
даже если поиграемся номиналами координально изменить ничего не удасться. сам такую штуку крутил вертел, но ничего не вышло



попробую покурить идейку, спасибо!