Требвется на входе АЦП сделать входное сопротивление 1 ГОм. Как это сделать? Можно использовать любую схемотехнику.

Одной схемотехникой здесь не обойдёшься. Легко поставить на вход АЦП повторитель на ОУ с полевиками во входном каскаде. Взять хоть бы ОРА350. Но конструктивно обеспечить отсутствие утечек в готовом устройстве будет очень непросто.

Нельзя ли конкретизировать задачу?
Проблема высокого входного сопротивления сопряжена с линейностью АЧХ. При 1 ГОм потребуется очень существенно оптимизировать фактическую емкость входных цепей, иначе получите ФНЧ первого порядка, с соответствующим завалом частотной характеристики.

Требуется измерять микровольты на входе АЦП AD7738. Как это сделать? Чувтсвительность АЦП высокая, но есть сомнения на счет того, как сигнал в чистом виде подавать на вход. Питание прибора от USB будет. Прибор для медицинских исследований, поэтому нужна очень высокая чувствительность. Электроды будут на теле человека закреплять.

Высокая чувствительность и высокое входное сопротивление - не одно и то же. Как Вы вышли на величину 1ГОм? Для конкретной задачи посмотрите схемотехнику приборов для снятия ЭКГ.

Первое, что приходит в голову: "Столб на этом месте будет бетонный, поэтому покрашен должен быть в синий цвет".
А что регистрировать нужно (какие параметры сигналов: величина, частотный диапазон, ...)? Почему именно 1 ГОм (это чем-то предписано?), что такое "очень высокая чувствительность"?
А то окажется, что на проводах, нагруженных на 1 ГОм, с радостью будут ловиться все имеющиеся в округе наводки (начиная от 50 Гц, заканчивая радиотрансляционной сетью и радиовещательными сигналами), а отфильтровать наводки нельзя, потому что по частотам пересекаются с полезным сигналом.

Может сперва поставить повторитель на полевике. Он кажись имеет минимальную возможную ёмкость. А за ним уже можно ставить всё, что захочется.

Особенно хорошо, если сигналы чисто переменные.

Это какие - чисто непостоянные? Чем же это особенно хорошо для высокого входного сопротивления? Скорее, наоборот.

В смысле отсутствует постоянное смещение, которое будет плавать от температурной нестабильности транзистора. А микровольтовая переменка будет абсолютно линейно без искажений проходить через повторитель.

Тут штука в том, что источник сигнала высокоомный. Значит нужна входная часть схемы с ещё более высоким сопротивлением и низкой ёмкостью. Часто взаимоисключающие характеристики. Известно же, что самой низкой ёмкостью обладают повторители. В них нет эффекта Миллера. Ну а посторитель на полевике к тому же имеет изолированный затвор = вход. То есть оба свойства в одном флаконе.

hwdev>Требвется на входе АЦП сделать входное сопротивление 1 ГОм. Как это сделать? Можно использовать любую схемотехнику.

в медицине часто надо иметь дифф-входы,часто нужна гальванич. развязка...(помогает в борьбе с наводками)....
а у вас?
ацп входы в дифф или сингл моде?
в какой полосе?
требования к шумам?
дрейфу нуля?
начальное смещение источника относит. нуля?
размах входного сигнала?
потребное усиление?

......

Интересно. Впервые об этом слышу. Поделитесь своим эзотерическим знанием с непосвященными, каким образом получается "ФНЧ первого порядка", если входное сопротивление равно 1 ГОм, и почему этот ФНЧ не получится, например, при 1 МОм входного.

Слова "оптимизировать фактическую емкость" тоже привлекают таинством недоступных простым смертным знаний. Минимизировать, получается, нельзя. А вот если найти ее оптимальное значение, то, судя по формулировке, и вредный "ФНЧ первого порядка" не образуется. Наверное, рассосется за счет оптимизации. "О сколько нам открытий чудных..." (с)

Почему 1ГОм? - заказчик прислал ТЗ, в котором написал:
"Входное сопротивление прибора не менее 1 ГОм"

hwdev>Требвется на входе АЦП сделать входное сопротивление 1 ГОм. Как это сделать? Можно использовать любую схемотехнику.

в медицине часто надо иметь дифф-входы,часто нужна гальванич. развязка...(помогает в борьбе с наводками)....
а у вас?

1. Гальваническая развязка от питания

2. ацп входы в дифф или сингл моде?
сингл моде

3. в какой полосе?
300-16000 Гц

4. требования к шумам?
чувствительность прибора 5мкВ

5. дрейфу нуля?
-

6. начальное смещение источника относит. нуля?
-

7. размах входного сигнала?
± 2,5 В, ±1,25 В, ±0,65 В, ±0,250 В, ±0,125В, ±0,065 В

8. потребное усиление?
-

на что смог - ответил



Где же ее посмотреть?

3. в какой полосе?
hwdev>300-16000 Гц
ацп кот вы заявили в такой полосе вроде не катит.....
посмотрел - подтверждаю - не катит!

hwdev>на что смог - ответил


как видите надо бы вам почитать

hwdev>Где же ее посмотреть?

экг - > ecg
ну в гугле напр:
ecg diy project

и параметры , кот вызывают у вас сомнения и интерес напр:
(добавляем в нужных сочетаниях)
impedance
main
power line
patient
connection
monitoring
common mode rejection ratio
CMRR
noise immunity
итп итд
можно конечно и в русском искать...но тут я не советчик....

3. в какой полосе?
hwdev>300-16000 Гц
ацп кот вы заявили в такой полосе вроде не катит.....
посмотрел - подтверждаю - не катит!

а 12190Гц катит? На нее расчитываем



спасибо, поищу!

el34>ацп кот вы заявили в такой полосе вроде не катит.....
el34>посмотрел - подтверждаю - не катит!

hwdev>а 12190Гц катит? На нее расчитываем

ну конечно нет.

вы меня огорчаете....
гляньте:
http://www.analog.com/en/prod/0,2877,AD7738,00.html

Ну pdf у меня открыт. Там на стр 2 написано Conversion time rate: Min 372 | Max 12190 Гц.

Это разве не то?

hwdev>Ну pdf у меня открыт. Там на стр 2 написано Conversion time rate: Min 372 | Max 12190 Гц.

>Это разве не то?

это то....

у меня даже (немного ниже) вот такие числа виднеются...
737/15437

только выводы мы делаем разные...
вы - что это полоса сигнала...
а я , что мах полоса сигнала при таком сэмпл-рэйт может быть не выше (в моем случае ) семи с копейками килогерц....
ну а если поглядеть на страницу 25 и обозреть ачх фильтра встроенного в ацп.....становится понятно, что для получения такой полосы нужен еще и внешний приличный фнч.....

поясню : есть такая теорема найквиста (котельникова) суть которой примерно такова:
для квантования сигнала с полосой F частота опросов =(отсчетов)= (сэмпл-рэйт)=(частота квантования)
должна быть не менее 2F.....
тогда сигнал теоретически можно будет восстановить по этим отсчетам....

Нет, Вас же про полосу сигнала спрашивали. Заказчик в ТЗ её оговаривал? Если нет, рекомендую бороться за минимально приемлемую.

согласен с Herz это не то...
хотя и говорит о том....

задумался - поставить смайлик или не надо.....

Всё. Не мытьем, так катаньем

Нашел в ТЗ:

Полоса пропускания входного сигнала (Гц): 0-3000Гц

Про найквиста это вы здорово меня подловили , а ведь когда то я антиалайзинговые фильтры расчитывал и применял

>Полоса пропускания входного сигнала (Гц): 0-3000Гц
>Про найквиста это вы здорово меня подловили , а ведь когда то я антиалайзинговые фильтры расчитывал и применял

вот и славно, и благодаря найквисту и ТЗ заодно прояснился....
тут ведь этого хотели а не вас ловить
Удачи.

Я извиняюсь, а как же основной вопрос про 1ГОм?

hwdev>Про найквиста это вы здорово меня подловили

вы на меня только не сваливайте ...

hwdev>Я извиняюсь, а как же основной вопрос про 1ГОм?

о нем можно будет более конкретно подумать когда в остальных вопросах яность поимеете....
а щас что можно сказать...
ну у ADI куча операционников есть с малыми входними токами...
есть такие и с оч-оч малым смещением - 1Г не такое уж и высокое входное сопротивление....
из стареньких (мной любимых) AD822)...
(сейчас есть дешевле и не хуже)
уникалльно малошумящие и дорогие AD743...
у техас инстр новый хороший OPA827
но если надо мерять микровольты на F=0 то надо ставить с чоппер стабилизацией
У ADI таких тоже куча - напр AD8628 - Zero-Drift

тут уже правильно сказали , что входные емкости надо учитывать , но более важными могут оказаться утечки по плате по(паяльному ) флюсу - надо тщательно промывать и может даже входные цепи монтировать на спец. столбиках из напр. фторопласта...
важна разводка PCB - делают охранные кольца - для уменьшения утечек...применять лакировку - (правильными лаками)....
можно еще припомнить ....

Ну вот хоть здесь для примера:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Там, правда, 1ГОм не требуется...

Начали 1 Гигаомом, закончили Найквистом... :-)

Такое высокое входное сопротивления в измерительных цепях используется в тех случаях, когда выходное сопротивление источника сигнала большое. Например, при измерениях с резистивных датчиков, мостов и т.д.

Есть такое понятие в аналоговой электронике как электрометрический измерительный усилитель с развязкой от общей шины.

Вот он:

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Такая схемка может обеспечить высокий коеффициент усиления входной импеданс порядка нескольких ГОм.

Можно собрать из нескольких прецизионных ОУ, а можно взять готовые. Например INA118 от Texas Instruments. Есть аналогичные вещи у Analog Devices. У таких микрушек коэффициент усиления будет подбираться одним резистором :-) Иногда на входе бывает защита от электростатики.
Ценник естественно повыше чем у отдельных ОУ.

Забудьте Вы про 1Г. Не нужно оно Вам. 10-20М - больше не понадобится.

Вы, похоже, спутали понятия. То, что Вы привели в качестве иллюстрации, называется инструментальным усилителем, электрометрический же - это просто усилитель с очень низким входным током. Такой, например, как ОРА128, OPA129. В свою очередь, инструментальный может быть построен с применением электрометрических, как это и рекомендуется в DS на тот же 128-ой. А "готовый" INA118 - это как раз классический инструментальный, но не электрометрический усилитель.

Эти понятия я как раз не перепутал и они, кстати, друг другу не противоречат.

Во первых слово инструментальный перекочевало в инженерный русский язык не так давно. Аналоговые деды до сих пор многие не знают этого слова. Скажем, так, литературно это слово и переводится как "измерительный".

То что на английском языке называется "Instrumentation Amplifier", на русском в классике называется "Измерительный усилитель".

А что касается слова "'электрометрический", то оно применяется в русском языке очень-очень давно. Думаю, что еще до появления OPA128.
Видимо, просто понятие "низкий входной ток" в разные времена подразумевало различные численные значения.
Вот по вашему низкий входной ток - это ниже чем сколько?

Если измерительный усилитель, приведенный на схеме имеет импеданс, например, 10 ГОм, то при 5 вольтах на входе входной ток составит 500 пА. Это низкий или высокий ток?? Достаточно такого значения, чтобы назвать усилитель электрометрическим??

10ГОм - как раз такой импеданс имеет INA118.

А вообще импеданс такой схемы определяется в основном K и Rвх.диф. примененных усилителей.
При довольно обычных параметрах K=10e5 и Rвх.диф=1 МОм отдельных ОУ, импеданс результирующего измерительного усилителя получится исключительно высоким - в районе 70 ГОм. (!) Т.е. при тех же 5В входной той ток будет около 70pA. Теперь достаточно?

А если применить прицезионные ОУ от AD OP177 (Kmin=2*10e6; Rвх.дифф.min=45 МОм), в даташите на которые нет слова "'электрометрический", то результат, чисто теоретически, будет еще в 1000 раз лучше. Хотя, тут не знаю, но предполагаю, что импеданса в десятки ТераОм не получится достигунть по каким-нибудь другим (паразитным) причинам. Утечки наверняка будут выше на 1-2 порядка. Но теоретическая цифра для входного тока измерительного усилителя, собранного на OP177, посчитаная мной на основании умных книжек, находится в пределах 2-2.5 * 10e-21 А, т.е. ЗептоАмеры.

Кстати, я не с потолка этот термин взял. Слово "электрометрический" применялось к данной схеме измерительного усилителя доцентом, который меня в иснтитуте учил. :-)

Кое что добавлю:
Безусловно если построить измерительный усилитель по приведенной схеме на OPA128, то имеданс будет еще более высоким, чем на OP177. (У OPA128 экстремально-высокое значение Rвх.диф.!) Если верить даташиту, то можно получить 10e15 Ом.
Не кисло! Это уже целая тысяча ТераОм или т.н. 1 ПетаОм :-)

И все-таки... При каком минимальном Ibias усилитель начинать считать электрометрическим ??

Приведенные Вами расчёты дифференциального сопротивления не вполне корректны для данного случая. По крайней мере потому, что автор топика объявил: его щупы не являются дифференциальными. Кроме того, не следует забывать, что приводимые в DS входные токи ОУ не определяют однозначно входного сопротивления усилителя и наоборот, входное сопротивление конкретного усилителя не есть линейная функция входного тока ОУ.
А на вопрос, что считать электрометрическим усилителем, вряд ли есть количественный ответ.

Да? Я такого заявления не видел.
Я видел как автор топика на вопрос о входах АЦП ответил - "сингл моде". Так это вполне приемлемо. Выход-то у описанного измерительного усилителя как раз common mode.

Кстати, это были не расчеты. Это была оценка.




Согласен.
В даташитах Rвх.диф приводится не всегда. А если приводится, то я так полагаю не для всего диапазона, а для малых сигналов, т.е. близких к нулю, что вполне годится для оценки.



Видимо да.
...Но я думаю, Вы согласились со мной в том, что понятие "электрометрический" существовало в нашей стране задолго до того, как монстры мировой полупроводниковой индустрии изобрели столь высокие технологии, которые позволили снизить входные токи ОУ до сотых долей пикоампер.

Согласен, что не противоречат. Электрометрический усилитель может быть инструментальным. А может и не быть инструментальным. Вполне ортогональные понятия.

Инструментальный усилитель - это прежде всего точный усилитель, погрешности которого малы для решаемой задачи. Электрометрический усилитель - это прежде всего усилитель с малыми входными токами (включая токи утечки).


Импеданс как правило измеряется на переменном токе, часто - на частоте 1 кГц. Это специально делается для того, чтобы исключить токи утечки и токи смещения входных каскадов.


Нет, недостаточно.
Ток смещения, который требуется входному транзистору, остается неизменным при любой глубине обратной связи. Поэтому, несмотря на высокий входной импеданс, усилитель с биполярными входными транзисторами будет непригоден для применения в качестве электрометрического. Хотя в качестве инструментального будет прекрасно работать в большинстве применений.


Это не диво. Среди доцентов много халявщиков, наплевательски относящихся к использованию терминов и весьма посредственно разбирающихся в предмете.

И для того чтобы учесть паразитную емкость?? :-)
Не буду спорить. Не знаю точного ответа.
Может быть кто-то измеряет на 1кГц, в том числе и Вы, а Texas Intsruments похоже нет. По крайней мере в документе Understanding Op Amp Parameters (sloa083) про переменный ток ничего не сказано.



Логично.



Чего-то я наверное не догоняю.
"будет непригоден для применения в качестве электрометрического" - т.е. пустит по своим входам недопустимо большие токи. Да?
"Хотя в качестве инструментального будет прекрасно работать в большинстве применений" - т.е. обеспечит высокую точность. Так?

Что-то здесь не совсем то во втором пункте. Я понимаю так, если при измерении сигнала с высокоомного источника ток смещения входных каскадов оказался недопустимо большим, то и о точности уже говорить не придется, так как в сигнале появится ошибка.
Т.е. выходит, в таком случае, усилитель не только не электрометрический, но и не инструментальный уже.

Скажу честно, до сегодняшего дня я думал, что измерительным (инструментальным) называется не тот усилитель, который точно меряет, а тот, который оказывает пренебрежимо малое влияние на источник сигнала, т.е. усилитель с очень большим входным импедансом. Вопрос точности - это дело второе. Точность обсуждаемого измерительного (инструментального) усилителя зависит от того на каких ОУ он построен. По моим понятиям характеристикой точности ОУ является Uoffest т.н. напряжение смещения. Если взять прецизионные ОУ с Uсм несколько десятков мкВ, то и инструментальный в итоге получится точным. А если взять стандартные ОУ с Uсм, например, 5мв, то и инструментальный по точности получится так себе... Но при этом импеданс его все равно будет исключительно большим. Между импедансом и точностью, в общем-то, прямой связи нет.

Вообще логично, конечно, что даже при имедансе измерительного (инструментального) усилителя в десятки ГОм (это ведь диф.импеданс) входным каскадам необходимо начальное смещение. И, очевидно, что чем оно меньше, тем меньше ошибка.

Созрел впопрос: Представим, что ко входу измерительного ( инструментального) усилителя подключили, например резистивный мост, цепи питания которого гальванически развязаны от цепей питания усилителя. Диф. импеданс десятки ГОм. Следовательно диф. ток будет мизерным, а тока смещения во входных каскадах не будет вообще. Откуда ему взяться?
Получается, что такая схема просто не будет работать (или будет работать не корректно) пока дополнительными цепями начальное смещение не создать?? Верно? Что думаете об этом?

После всех дискуссий интересно все-таки понять истинный смысл слова "электрометрический". Понятно, что входные токи низкие. Но насколько низкие? Можно, конечно, не заморачиваться на этом и просто поверить словам "electrometer-grade" в даташите на OPA128. А если этих слов нет, то усилитель не считать электрометрическим.
Это как с прецизионными... Советские с Uсм < 1мВ, производимые многие годы, всю жизнь считались прецизионными. А если сравнить их с теми, которые AD, TI, MAXIM и прочие в последние годы позиционируют как прецизионные, то разница существенна. Все относительно.

И если колличественной классификации все-таки нет, то вполне можно допустить, что N лет назад усилители с входным током, например, 1нА считались очень даже электрометрическими



Это не тот случай. Человек достаточно авторитетный, советской закалки. Всю жизнь проработал в области аналоговой микросхемотехники. А искажать терминологию - это больше присуще молодым специалистам.

NewMaestro>После всех дискуссий интересно все-таки понять истинный смысл слова "электрометрический".

думаю что этот термин появился для описания усилителей предназначеных для измерения "заряда"....

Вообще-то слово "импеданс" подразумевает наличие реактивной составляющей. Если ее нет, то обычно используется слово "сопротивление".


Лень смотреть, но наверняка там сказано про то, что измеряется не статическое U/I, а дифференциальное dU/dI.


Да


Высокоомный источник - это совершенно нетипично для инструментального усилителя. Практически всегда инструментальный усилитель получает сигнал от низкоомного источника. Высокое входное ему нужно для того, чтобы дополнительные погрешности (за счет сопротивления проводов и т.п.) оказались настолько малы, что их можно будет не учитывать.


Одной из.


Странные у вас понятия. Если эти 5мВ стабильны, не зависят от температуры и не дрейфуют, то после однократной калибровки усилитель может оказаться точнее, чем на ОУ со смещением в десятки микровольт.

А там, кстати, так и написанно - Input Resistance. И в даташитах, на моей памяти, так пишут. Так что это наверное слово "импеданс" мы с Вами не к месту применяли.



Тоже правда. Я с Вами согласился, что для высокоомного источника нужно еще и Ibias как можно ниже.



А вот об этом я не в курсе. Я знал, что с резисторами так. Если он 5%, но не дрейфует, то его можно применять как очень точный, зная, естественно, его реальное сопротивление.
А вот с ОУ, сказать честно, мне казалось, несколько иная ситуация. Если у него Uсм = 5мв, то при подаче на вход, например, 100мкВ, выход даже не сдвинется с места. Разве я не правильно говорю.
Проясните, если что не так.

Добрый день.

В молодости (в 80 годах) мне приходилось заниматься подобными разработками.
Задача, правда, формулировалась несколько по другому (измерить ток в диапазоне 10 мА - 1 рА или лучше), но полученные выводы, как результат нескольких лет исследований, можно применить и в Вашем случае.

Во-первых - экранировка. При чем - минимум 2 экрана - один устройства, а второй - эквипотенциальный, вокруг входных контактов и входного усилителя - повторителя.
При этом на фторопласте монтаж вести нельзя - он обладает гнусным свойством поляризоваться и держать на себе заряд (для примера возьмите фтропластовую полоску и растяните её - увидите, как она будет прилипать ко всему несколько дней за счет электростатики). Стеклотекстолит обладает значительными токами утечки, даже с учетом экранирующих колец (утечка может идти внутри слоёв и не предсказуема за счет разных остаточных явлений).
Мы использовали керамику - трубочки чистого Al2O3, поверхность которого покрывалась металлом и подключалась к выходу повторителя. Это, кстати, позволяло к минимуму свести входную емкость. Микросхему ОУ мы использовали ТОЛЬКО в стеклянном корпусе - у пластика велики токи утечки, и её вывод сразу же входил в трубочку. Отбирали из партии 544УД1 - были экземпляры с токами утечки по входу до 0.01 пА.

Второе.
К сожаления, все высокоомные усилители обладают значительным дрейфом - фликкер шум в области инфранизких частот имеет очень большое значение. Может, ситуация сейчас несколько изменилась, но, насколько мне помнится, для высокоомных цепей это принципиальная проблема.
Попробуйте исключить 0 Гц...

P.S. А используя монтаж на янтаре и абсорбенты для устранения водяных паров, можно регистрировать и отдельные электроны... Это ещё наши предки в 50-х годах делали...

Интересно. Например, как металлизируется оксид алюминия. Или как бороться с поляризационными свойствами янтаря.
Однако, надеюсь, автору такие технологии не понадобятся - 1ГОм, в сущности, не так уж и много. Я бы порекомендовал просто навесной монтаж. Во-вторых, мне кажется, они (эти технологии) вряд ли автору доступны.