Проектирую 16(32)-канальный интерфейс с датчиками 0-20 и 4-20 мА на базе ATMEGA128, раньше занимался только цифрой, поэтому появились вопросы. Правильно ли я полагаю, что наиболее простым решением будет поставить аналоговые мультиплексоры (под управлением МК), далее датчик тока (на базе ОУ?), а его выход завести на АЦП с опорным источником напряжения? Может, уже есть типовые схемные решения или хотя бы отработанные схемы датчика тока, типы м/с мультиплексора и АЦП? Точность порядка 0,5% при 12 битах вполне бы устроила. Скорость опроса некритична.

Наиболее простым решением будет поставить по резистору 200 Ом для каждого датчика и аналоговым мультиплексором подключать вход АЦП к соответствующему резистору.
В принципе можно использовать и встроенный в Мегу АЦП, он 10-разрядный, его точности должно хватить, особенно если усреднять по нескольким измерениям.
А вот источник опорного для АЦП придётся брать внешний, у встроенного точность никакая.

Только резисторы должны быть с допуском не хуже 0,25 % во всем температурном диапазоне.

Резисторы небольшого сопротивления не дадут существенного саморазогрева, но тогда либо сигнал усиливать, либо АЦП внешний ставить. Я бы рекомендовал резисторы стабильные по 49,9 Ом, за ними простенький мультиплексор из нескольких CD4051 или CD4067 и т.п., а с них собирать на ADS1110 - опора на борту, разрядности хватит, входные токи невелики, стабильность неплохая, достаточно дешёвый продукт. Одно не очень - начальное смещение нуля, но это цифрой поправимо. Сдвоенные диоды с малым током утечки BAV199 в качестве защитных диодов помогут

Проще всего взять многоканальный АЦП. На 16 каналов найти можно, на 32 точно не скажу.

"А вот источник опорного для АЦП придётся брать внешний, у встроенного точность никакая."
Для такой точности вполне хватит встроенного ИОН.

Основная проблема - оптическая развязка. Советую применять проторенные решения. Схему прилагаю. Там два измерителя и два задатчика.

Опторазвязка вроде не просилась. Ну да ладно.
Требования у вопрошающего ниже плинтуса, а Вы ему затраты неоправданные предлагаете.
Один RCV420 стОит от $3.55 в версии J и $6.05 в версии K. Это по меньшей мере расточительно. Решение устаревшее. Спокойно заменяется на низкоомный резистор и высокоомный вход (разумная защита приветствуется).
У MCP508A защита-то есть, но в Вашей схеме она как раз и не используется.
Что касается изоляции сигнала после ЦАП - рекомендую пересмотреть устаревшие "проторенные решения" - http://www.caxapa.ru/sch/pwm.html

Пожалуй, возможно также следующее альтернативное решение:
преобразователь напряженя (тока) в частоту, затем цифровой мультиплексор. Преобразование частоты в код реализуется на программном уровне в ATMEGA128.

Данное решение позволяет избежать множества дополнительных погрешностей, таких, как погрешность аналогового мультиплексора, АЦП и др. , а также проблемы с источниками опорных напряжений. При необходимости оптической развязки - это решается в цепи ПНЧ - цифровой мультиплексор.

Удачи.

Почму вы весьма вольно обращаетесь с номиналом резистора.0-20мА это аналог 0-10В по напряжению.ТЕ R=500 Ом,если я не ошибся в математике.

1)
20мА^2*0.5кОм=0.2 Вт
4мА^2*0.5кОм=0.08 Вт
саморазогрев вообще недопустимый получается - хорошо бы он был хоть одинаковым, но, как видите, математика
2) АЦП и ИОН суперпрецизионные ставить с диапазоном входного сигнала до 10 В - такое добро нынче экзотика. А если делитель по входу АЦП ставить, то почему бы сразу не поставить меньше входные резисторы?
3) Возможно и есть смысл ставить номинал такой, чтобы напряжение получалось какое-то из привычного ряда, но если предполагается показывать параметр на индикаторе на борту, то вводить масштабирующие коэффициенты придётся в любом случае - ничего необычного не будет, если для всех случаев вывода будет использоваться (вводится ещё на этапе написания программы) масштабирующий коэффициент

"Проторенные решения" никогда не бывают устаревшими, особенно в промышленности

А мы развязываем цифру, а не аналоговый сигнал. Проще (и дешевле) поставить счетверенный оптрон ДО цифровых входов ЦАП. При необходимости дополнить (если у ЦАП нет встроенных триггеров Шмитта) одним корпусом 74HC14 после оптрона. Запитка всей схемы токового выхода внешняя, от самой токовой петли. При этом отпадает необходимость в двух дорогих и "жручих" компонентах: DC/DC и изолирующий аналоговый оптрон ISO124. Насколько я понял у вас ведь тоже пассивный токовый выход? Если же токовый выход нужен активный (как источник ВЫтекающего тока), то тогда DC/DC конечно придется ставить.

Вы не поняли существут ,насколько я помню,стандарт напрямую увязывающий ток и напряжение,ваши рассуждения о саморазогреве не серьезны,вы разве не знаете о резисторах с мощностью 0.5,1,2,5,10 итд ватт.

Это вы Закон имени Георга Ома стандартом называете? Или Джоуля-Ленца?

А вы не подскажите часом, где продают прецизионные резисторы 0,1% 25ppm 10Вт?

Честно говоря, почему 0,2Вт рассеивания на 25ppm-резисторе ведут к недопустимому нагреванию при требуемой точности 12 бит, не понимаю.
Но если сильно надо, то можно построить 500 Ом 0,1% 25ppm 10Вт следующим образом:
Берутся 20 штук прецизионных резисторов 10 кОм / 0,1% / 25ppm / 0,25Вт , включаются параллельно. Вот и готов 500 Ом / 10Вт с такой же точностью.
Найти резисторы 10 кОм / 0,1% / 25ppm / 0,25Вт нетрудно.

Обычный SMD резистор типоразмера 1206 +-200ppm имеет максимально допустимую рассеиваемую на нем мощность 1/4Вт. Прецизионный +-25ppm такого же типоразмера уже только 1/8Вт. Аналогичная ситуация и для выводных резисторов. Не задумывались почему?
Кстати, вы точность измерения и дискретность преобразования не путаете? Иначе причем тут упоминание о 12 битах?

Дык, а я не понимаю, на кой ляд нужно получать на шунте сигнал 10В, при опорном напряжении АЦП 1,25В...5В? Чтобы на шунте рассеивать дополнительную мощность, а потом еще и сигнал делить?

Про закон глупо.
Вы о шунтах ШМС никогда не слыхали?
Недавно натыкался на контору производящую резисторы.Я не совсем понимаю вас,похоже вы не сталкивались с измерениями больших токов,если 20мА для вас нечто выдающееся.


Вы уверены в том что с датчика вы получите ток при любой нагрузке?так не бывает.Я не зря упомянул о 10в.Даттчик может выдавать не ток а напряжение,

Шунты ШСМ-75 знаю, а вот ШМС - нет. Обеспечивают падение напряжения 75 мВ при прохождении номинального тока.
Я Вам дал понятный ответ, а Вы физику решили забыть, теперь типа обижаетесь.
ЗЫ Я производством измерительной техники деньги зарабатываю, а не законы из школьнного курса физики опровергаю.


Насчёт напряжения Вы загнули. Либо выходной сигнал ток, либо напряжение.
В сад.
ГОСТ 24855-81 Преобразователи измерительные тока, напряжения, мощности, частоты, сопротивления аналоговые. Общие технические условия.

Не или а и.В сад или куда нибудь еще.
Кстати о токе.В каком диапазоне R гарантируется(если следовать вашей теории,кстати весьма оригинальной) ток?Не просветите?ШМСили ШСМ не важно.Вы не дали понятного ответа да и непонятного тоже .Гнуть пальцы не надо.

500 Ом - это только пример. Сколько Омов нужно - столько и делается.
Например, при опорном напряжении 2,5 В я бы подбирал резистор 100 - 125 Ом. Тогда и рассеиваемая мощность будет ниже.


Только не говорите, что 10-ваттный резистор Вы тоже размером 1206 просили поискать.
Выводные резисторы 0,25 Вт точности 15ppm/K можно купить здесь.
Например, для 100 Ом это ордер-код 9499865 (документация производителя здесь).

Есть и размером 1206 (ордер-код 1109037 для 100 Ом; отличная вещь: 0,3 Вт точностью 0,02% 0,2ppm/K - документация здесь), но он весьма дорогой и малодоступный.


Не путаю. Дискретность преобразования 12 бит дает одной только ошибки оцифровки +-250 ppm.
Об это полезно помнить, прежде чем морочить себе (и не только) голову с суперпрецизионными резисторами и высокоточным измерением.

20мА постоянно измеряем, ничего выдающегося в этом нет

Если неизвестно чего датчик выдает, то может документацию на него почитать стоит?

Евгений Германович, если Вам действительно нужно объяснить физику за 8-й класс, то Вы не туда попали - Вам туда - http://www.fizika.ru/theory/tema-10/10h.htm .
Если же Вы хотите корректно обсудить Ваш вопрос, то задавайте дополнительные вопросы по существу. Если Вы мне приписываете как новую теорию знание закона Джоуля-Ленца и то, что я придумал то, что сопротивление меняется от температуры материала, то я, вероятно, должен быть польщён. Но давайте не отклоняться от темы.

Вот это уже ближе к истине.

Да не нужны мне 1206, я и сам знаю где их купить. Вы мне покажите где купить 10Втный прецизионный с малым ТКС? Если найдете по цене менее $100 за одну штуку, то дайте знать.

А кто морочит-то? "Измерить" означает "сравнить с эталоном". При измерении тока есть еще одно дополнительное преобразование: для сравнения с эталонным напряжением (опорным) ток предварительно в напряжение преобразуется. Преобразователь тока в напряжение - резистор. От точности этого преобразования результат зависит не меньше, чем от дискретности сравнения с эталоном. Не согласны?

Не спорю, задача не простая.
Посмотрите здесь. 10-ваттный резистор 100 Ом из этой серии стоит порядка $5-7 за штуку (+ дополнительные расходы типа таможня, НДС, ...). К сожалению, я не знаю, как их найти в России.
Можно еще из константановой проволоки самому сделать (есть диаметром 0,25 мм - 10 Ом/метр), но для резисторов больше 10 Ом это, вероятно, малопрактично.


Так я и не спорю. Просто, как Вы хорошо знаете, малые ppm/K дорого стОят. Если точность все равно покалечится в другом месте (одно из них - 12-битная оцифровка), дорожить малым ТКС на одном резисторе нерационально. Ваше мнение?

И правда, интересный продукт - где-то рядом с прецизионными, но, к сожалению не дотягивает. Для небольших токов, возможно, было бы неплохо, только ДОЛГОВРЕМЕННАЯ СТАБИЛЬНОСТЬ совсем не годится - 1% на 1000 часов;( Да и с ТКС в спецификации как-то неопределённо записан - в одном месте 20 ppm, в другом то же уже 50 ppm на градус.

Если Вы считаете, что разрядность калечит точность, то смею Вас заверить, что это не совсем так. Иначе не существовало бы такого метода повышения разрядности, как передискретизация и усреднение. Точность при этом ограничивается точностью эталона и монотонностью характеристики преобразования, но не исходной величиной младшего разряда. Конечно всему есть перделы.
Если оценка бюджета погрешностей проведена с учётом нестабильности резисторов и Вас устраивает результат, то я бы тоже не стал заморачиваться с более высокими требованиями.

Да я и не претендую . Истинные характеристики (20ppm или 50), конечно, перед использованием в серьезном проекте нужно уточнять у производителя. Но в особо ответственном деле я бы лучше критические паспортные данные перепроверил.


"Не совсем так" - очень точная формулировка. Передискретизация и усреднение - хороший прием, но помогает не от всех болезней, да и нет пердела совершенству: передискретизация и усреднение после оцифровки 14-16 бит - лучше чем после 12 бит.
"Оценка бюджета погрешностей" - очень хорошее выражение, надо действительно оценивать все до мелочей .

Почти так, только точность у конструкции получится не 0.1%, а ~0.45% (типа в SQRT(20) раз поболе).

Вы же оцениваете погрешность как абсолютную величину младшего значащего бита? Но это в определённых условиях именно так. А я так не делаю. Оценка результатов измерения разная. Потому и оговорка

А почему?

Если предполагается нормальный закон распределения погрешностей элементов, их суммарная погрешность будет равна SQRT(SUM(DELTAi^2)). Т.е. погрешность делителя из двух резисторов одинаковой точности будет в SQRT(2) больше погрешности отдельного резистора. Ну и т.д.

Это вы про относительную погрешность в отношении к исходному номиналу наверное? Потому что при последовательном или параллельном соединении резисторов одинакового номинала относительная погрешность (относительно получившегося, а не исходного номинала) не увеличивается.
Пример. Берем 100 Ом 10%, т.е. его номинал находится в диапазоне 90...110Ом. При последовательном включении предполагаем получить 200Ом. Получаем для худшего случая в диапазоне 180...220Ом. Отклонение от номинала +-20Ом. 20/200Ом=10% те же 10%, что и у исходных элементов.

Еще одно возражение:
Это при нормальном законе.
А задокументированная точность номинала резистора - это, кажется, не N*сигма, а проверенное значение.
Резисторы точностью номинала хуже 0,1% не отбраковываются, а продаются классом хуже - я бы именно так и делал. На то и существуют различные классы точности.

На практике, возможно, мне просто везло, но превышения указанной точности я ни для резисторов, ни для конденсаторов не встречал.
Было (давно уже) и такое: надеясь на нормальный закон, хотел найти в сотне дешевых конденсаторов 100нФ +-20% хотя бы 2-3 шт. 100нФ +-2%. Результат: пришлось перепроверить больше сотни (около 200). Подавляющее большинство были 80-90нФ, меньше: 90-95нФ, совсем мало: 95-105нФ.
В обсуждении с коллегами сошлись на мнении, что конденсаторы, скорее всего, сортировали еще на заводе (на классы точности +-10% и +-20%), и в +-20% попадают уже "отбросы".

Про сортировку вы не ошиблись.Если деталь имеет несколько допусков то в мах допуске не будет деталей с минимальным.Но Гаусса никто не отменял.Начальная куча деталей будет подчиняться нормальному распределению.


А какай мой вопрос?Причем здесь зависимость R от T.Вопрос в том насколько эта зависимость будет влиять на точность измерения и столь ли велик вклад саморазогрева в суммарную погрешность от температуры.И методическая погрешность 12 разрядов,как справедливо было указано выше ,0.25%.
Реальная погрешность АЦП будет существенно выше ,а с учетом погрешности еще не созданной схемы еще выше,так что не беспокойтесь о подобной мелочи как 0.2Вт.
Про резиторы попробуйте здесь Сайт компании EBG: http://www.ebg.at

Вот этот http://electronix.ru/forum/index.php?showt...36341&st=8#


Ткните носом, плз, где сказали, а то никак не угляжу. Формально - несогласен. 10 разрядов уже даёт методическую ошибку АЦ-преобразования лучше +-0.1% полной шкалы АЦП.
Зависимость же сопротивления от температуры оказывается очень даже заметной. Но в НУ для резисторов 1206 действительно практически не превышает указанных Вами 0.25% (для 0-20 мА), если резисторы (даже не прецизионные) порядком до 200 Ом. Ставить же большее сопротивление из-за "любви к искусству" - ошибка будет заметна, если не увеличивать размер (мощность), а такой подход считаю неоправданным решением.
Спасибо за ссылку.

Для обычного резистора с ТКС +-200ppm (ppm - part per million) означает отклонение от начального значения на 0,02% при изменении температуры на один градус Цельсия или Кельвина. При изменении температуры на 10 градусов Цельсия это отклонение может составить уже до 0,2% от начального значения.

1000 извинений ошибся на порядок 0.0244% Тыкать не буду сам виноват.


Спасибо ра разъяснение.но вынужден вас огорчить,к моему глубокому огорчению,я это знал

Прошу прощения, но кажется вопрос был про измерение 0-20 мА.
Следующие рекомендации.
1. Дифференциальные входы
2. операционники с К=1, выполненные по всем правилам , иначе Вы такого намеряете.
3. Про входной резистор (токовый вход).
При опорном напряжении 2,5 (внешний опорник) или 2,56(внутренний - не рекомендую, цифры я давал в форуме AVR) сопротивление д.б. 100 Ом точность соответствующая, габарит побольше.

Под защитой у MPC508 Вы подразумеваете "Overvoltage Clamp and Signal Isolation"? И почему она не используется?

У Вас по входу стоят RCV420, а мультиплексор за ними, при питании от того же источника. И от чего же можем защитить? Разве что если уколбасит RCV, дык от такого счастья и мультиплексору легко поплохеет. Т.е. утверждаю, что в этом месте спокойно можно применить мультиплексор без защиты.

И для разного номинало тоже, не хуже максимальной относительной погрешности исходных.



У современных SMD компонентов нередко наблюдается несколько иная картина. Компоненты на одной катушке имеют сильно коррелированное отклонение. То есть разброс между ними гораздо меньше, например, заявленного 1%.

Схема не моя, я просто разбираюсь с ней, дабы сделать свое, нечто похожее.
Вы предлагаете использовать в такой схеме дешевые мультиплексоры без защиты, но как-то надо защитить входные цепи от кратковременных перенапряжений хотя бы, статики. В моем варианте на шунте в цепи датчика 0-20 ма стоят мультиплексоры, за ними AD620 и АЦП. Имеет ли смысл перед мультиплексорами ставить трансилы, варисторы? Питать планирую от одного источника, т.к. развязать сигналы в цифре между АЦП и МК не вижу особого смысла: если уколбасит весь аналог, устройство пойдет на помойку, т.к. перепайка аналога дороже, чем новое устройство достать и подключить.

Если схема с резисторами по входу, а затем сразу мультиплексоры, то тогда защиту (сапрессоры и т.п.) рекомендую (сам ставлю), но если вопросы погрешности стоят не очень остро, то достаточно высокоомный делитель (хорошо на 2) после нагрузочного резистора, а тогда входные диоды мультиплексора (стабилитрон по питанию) достаточны для большинства убойных воздействий. Применял и проверял на убиение такой вариант неоднократно.