Сталкивался ли кто с таким явлением?

Прибор представляет собой усилитель сигнала на 3-х ОУ. Входной диапазон - +-5мВ. Происходит одновременно усиление (в 512 раз) и фильтрация LowPass 0-100Гц. Оцифровка сигнала происходит в АЦП Меги 32 и передается на ПК через UART. На мониторе вырисовывается график.
Все работало идеально пока не подключил через SPI MMC. Схему подключения взял с http://www.captain.at/electronic-atmega-mmc.php Библиотека от Чена.
На выходе аналоговой части усилителя, а следовательно и на выходе АЦП вылезла периодическая помеха. Путем тыкания щупом осциллографа выяснилась её абсолютная синхронизация с сигналом от седьмой ноги MMC DataOut до ноги MISO контроллера. Нога MISO сконфигурирована как вход с подтяжкой (по анологии с примером от Чена).
Теперь вижу на мониторе, когда в MMC заполняется блок, когда кластер, а когда начинает записываться новый файл.
Все питающие ноги микросхем на плате заземлены через конденсаторы. Развязка общих сетей питания карты (с разрывом земли), питания контроллера (с общей землей) и остальной схемы ни к чему не привели. Питание биполярное. Замена блока питания (с целью устранения пульсаций в сетях питания) на кучу батареек тоже не дала успеха.
Представляется возможность в скором будущем прозвонить прибор на хорошем осциллографе. Если кто-либо сталкивался с подобным - подскажите куда копать.
Спасибо.

Судя по Вашему описанию Ваше устройство какой нибудь электрокардиограф
простейшее решение вашей проблемы в временном разнесении процесса оцифровки и записи в MMC

К сожалению, не получается.
Частота выборки высокая - 500Гц
На сеанс передачи от карты может приходится несколько оцифровок.

разорванные земли, вообще то соединяют через конденсатор обычно. Может стоит попробовать повысить-понизить частоту SPI? Да и смотрите что с разводкой у вас, нет ли петель где, хорошую землю тлдведите к ММС прямо от источника питания.

Непонятно при выборке 500Гц между соседними отсчетами 2 мс время 1 преобразования 14*Тadc clk для

Тadc clk =200 кгц это 70 мкс то есть оцифровка 8 каналов занимает 560 мкс у Вас остается 1.4 мс для фоновых задач (обработка сохранение в ММС и т.п)

Попробую разобраться с частотами и интервалами повнимательней.
Такой вопрос. Может ли сигнал на ногу MISO заставить трястись через подтяжку в контроллере общую цепь питания?

если и будет трястись (что вряд ли), то VCC, но у Вас же наверное есть LC-фильтр на AVCC?

Нет. индуктивность не поставил.

попробуйте... 10мкГн

ОК
Спасибо.

Результаты не раньше вечера.

правильнее даже будет сказать, что постоянная времени LC-фильтра должна быть в районе 10пс... неправильно... корень из 10пс

в разрывы всех spi линий, идущи от или к процессору, поставьте резисторы (или RC фильтры). номиналы в зависимости от скоростей, но 300 ом ... 1 килоом может не ухудшить работу устройств и уменьшит броски тока на перезарядку монтажнх емкостей. В связной технике это мне помогало избавиться от наводок на аналоговую часть, от срывов петель ФАПЧ из-за обмена по spi не связанного с ответственным за это микросхемами.

Ставил резисторы (постепенно повышал до 2кОм) - ноль реакции.
Попробую еще поднять скорость SPI и подобрать интервалы.




Почему именно 10пс?
По даташиту вроде другое число получается?

да, действительно, посмотрел даташит: 10мкГн/0,1мкФ. это я ошибся

Прошу прощения, я сразу невнимательно прочитал. Хочу уточнить. Проблемы возникают не во время записи в ММС, а во время приема от нее данных. Поднял скорость передачи по SPI до максимально возможной (14,74 / 2). Сеансы приема длятся от 0.8 - 0.9 мс после записи блока, 4-5 мс после записи кластера и 8-9 при записи нового файла. Точнее определить сложно - пользуюсь осциллографом USB Disco, а там представление временной шкалы оставляет желать лучшего.



Попробовал. Никакой реакции. Постараюсь добраться до хорошего осциллографа и смотреть откуда трясет.

Сомневаетесь в MISO? Оторвите от Меги...

Давайте уточним оцифровка сигнала идет постоянно с частотой 500 гц ?
чем запускаете АЦП ?
Источник опрного напряжения? если внешний источник есть ли фильтр на входе?
количество каналов ?
считываете данные АЦП по прерыванию от АЦП или проверяете флаг готовности данных АЦП ?

Отрывать не отрывал, но карточку на ходу выдергивал. Помеха пропадала.
Но отрывать ногу - не выход




оцифровка постоянно 500 Гц
АЦП запускается по прерыванию от Таймера 2.
Источник внутренний 2,56 с конденсатором на AREF.

Но, насколько я понимаю, переконфигурированием программы или каких-то параметров контроллера добиться чего-то будет сложно, т.к. входящий в контроллер сигнал генерит карта и делает она это так, как ей вздумается и сколько вздумается. А сеанс передачи на контроллер длится слишком долго. Достаточно долго для того, чтобы по каким-то путям дернуть аналоговую часть и получить эти усиленные дергания обратно на себя в виде цифровых данных уже через АЦП контроллера и записать их в файл.
Мне кажется, что нужно искать пути, по которым падение напряжения на MISO почти до нуля влияет на вход усилителя или на сам усилитель.

Не оторвав MISO, не ответите на свой же вопрос...
ЗЫ. Может прерывание от SPI что-нибудь где-то подпорчивает...

На какой вопрос? MISO это влияет или нет?
Это точно MISO
Вот скрин
Красный - сигнал от карточки на контроллер.
Синий - сигнал на выходе усилителя.
Выборка 20мс, чтобы 50Гц не портили картину. Из-за малой выборки передача на контроллер видна как скачек вниз. Но при бОльшей выборке виден нормальный сигнал.

Большой широкий скачек (красный) - как раз закрытие старого файла и начало записи нового. Те, что поменьше - конец и начало записи нового кластера. Для карты в 2Гб кластер 4Мб. Сигнала на контроллер при записи блока 512 Кб при такой выборке почти не видно. Но видна реакция аналоговой части - как раз 8 блоков на кластер.

Тут я подумал, что виновато MISO.

Но после

Возникают подозрения, что проблемы как раз, наоборот, во время записи. Ну и, как следствие, подозрения - на разводку питания.

У вас все происходит так как и должно происходить с флэш памятью или флэш картой
Когда вы общаетесь с картой она создает мощные броски тока.
В даташите на сд карты сандиск приведены следующие данные:
Idd max = 65mA (Read)
Idd max = 75ma (Write)
при том что потребление в слипе 0,25mA
Длительность импульсов соответствует Block Read Access Time и Block Write Access Time и составляет по даташиту сандиск 1,5-10 и 25-40 миллисекунд.
Такие броски тока неизбежно дают смещение земляного потенциала что при большом усилении приводит к тому что вы нам показали.
Еще следует обратить внимание на вход MISO меги. Если процессор у вас питается от 5V а сигнал на входе трехвольтовый это может привести к повышенному потреблению тока процессором. Это особенно плохо тем что питание просаживается внутри чипа. На MISO хорошо бы поставить 3,3->5V буфер.

Бороться с данным эффектом можно тремя способами:
1 временное разделение, вам не годится так как между отсчетами вы никак не успеете выполнить операцию записи
2 отвязывать аналоговую часть, для этого узлы дающие основное усиление и входы нужно выполнить дифференциальными
3 фильтровать броски тока флэш карты, предусмотрев для нее отдельный стабилизатор и отдельную землю. Как-то так:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Землю для схемы питания флэш карты нужно вести отдельно непросредственно от клеммы БП, входное питание тоже.

С первым абсолютно согласен.
2-е - пока даже не представляю, как это сделать. Нужно подумать отдельно.
3-е - карту в качестве эксперимента запитывал совершенно отдельно. Отрывал землю на минус отдельной батарейки. Не помогло.



Это интересно. Насколько вероятно, что так оно и происходит? Если так, то это все и объясняет. Поскольку на карту постоянно идет запись - то пульсации и тряска земли от карты маловероятна (тем более, что развязка по питанию ничего не дала). А если землю сотрясает контроллер в моменты приема данных... На вскидку не подскажете какой-нибудь буфер 3.3->5В?

а как это объясняется?

Питание биполярное с искусственной точкой земли. Аналоговая часть с биполярным питанием, цифровая - с однополярным. Резкое и сильное увеличение потребления контроллером приводит к смещению уровня земли. Думал, что это делает карта - но отвязка по питанию карты ничего не дала.



SN74LS06D надеюсь подойдет

так а мегу запитать 3.3 никак?

Никак. У меня частота 14.7456. У Меги32L максимум 8

Да вы что, с ума сошли ???
LS вам выдаст еще меньше чем с выхода SD карты, у ттл лог. "1" - 2,4V.
Надо что нибудь из серии HCT, ACT.

Возможно. В логических не силен. Надо будет в даташитах покопаться.
Спасибо.


Подключение SD через буфер. Вдруг кому интересно.

http://robozone.su/2008/11/20/modul-dlja-p...mjati-v2.0.html

так в том и вопрос: почему он начинает больше потреблять при подаче низкоуровневой логической единицы?
что касается смещения уровня земли относительно питания... а чем Вы формируете виртуальную землю? может что-то помощнее использовать?

Почему начинает больше потреблять - не знаю. Не знаю даже так ли это. Нуждается в проверке.
Раньше схема питалась от блока питания: пальчиковые аккумуляторы 4 шт. - > повышение через две параллельные MAX660 до 9-10В - > делитель с формированием и стабилизацией искусственной точки на ОУ (от Мастер КИТ).
В будущем хочу от этой схемы отказаться и построить блок питания на MAX768.
Ну а в данный момент для чистоты эксперимента все питается от 3 + 3 батарейки с искусственной землей посередине.

ну проверить просто, Вы же знаете - низкоомный шунт в питание, засинхронизироваться с MISO

Так сделать не получилось. При подключении осциллографа к резистору 1,2 Ома последний разогрелся до утюга. Падение напряжения показывал 1,5 В. Ну а мультиметром синхронизацию не отследить.
Я другой финт сделал. Запараллеливал резисторами 34 или 68 Ом кратковременно питание с обоих полюсов на землю и тем самым сильно поднимал ток потребления схемы. Надеялся, что при высоком потреблении дрожание земли станет в относительном плане меньше и пульсации на выходе усилителя тоже уменьшатся. Но ничего не произошло. При резком подключении и отключении резисторов картина абсолютно не менялась.
Далее пытался отследить реакцию при увеличении и уменьшении пульсаций на плюсе питания.

1. Переключил карту с отдельного питания на общее. Осциллографом через CR фильтр (С=2,2 мкФ, R=100КОм) отследил пульсации общего питания (на входе в контроллер). Во время передачи на MISO в положительной цепи питания наблюдались падения в пределах 0,008-0,016В. В линии -5В никаких пульсаций не обнаружил. Если и были то потонули в шумах.

2. Запитал карту отдельно с отрывом от общей земли. Пульсации в линии +5В исчезли. Линия -5В тоже не дрожала.

Что самое интересное! Помеха на выходе усилителя в обоих случаях осталась неизменной. Какая амплитуда была, такая и осталась.

Разрывал соединение с выхода усилителя на вход АЦП. Вдруг частотный сигнал пробивался от контроллера. Тоже ноль реакции. Помеха шла с прежней невозмутимостью.

Вот и не знаю, что и думать.

Возможно стоит попытаться запитать отдельно контроллер с отрывом от общей земли и включением дифференциального входа на АЦП. Если и это не поможет - похоже, останется только экранировать

Еслина АЦП пустить сигнал не с усилителя, а с источника какого-нибудь, что-то изменится? Если нет, то это так АЦП реагирует на работу по SPI в меге

ЗЫ.
То же самое делаю на МСП430 (Оцифровываю экг + запись на СД) - проблем нет

Помеха исчезает. Проблема-то еще в усилителе появляется.
А какая частота оцифровки и скорость по SPI?

пробовал 128, 256, 512 Гц
Частота SpI по-моему около 5МГц

Виртуальная земля в усилителе есть? Источником ее что является?

На данный момент земля - средняя точка между батарейками.

У меня SPI сейчас 7МГц. Думаю, может снизить до минимально необходимой. Может через паразитные емкости на вход усилителя просвечивает.

Так все-таки есть уверенность что в усилителе уже? То есть если в момент записи ткнуть осциллом на выход усилителя (перед АЦП), то там тоже помеха будет?

Именно. На двух из трех каскадах усилителя помеха видна. На первом померить не могу - в помехах все тонет.

падение напряжения питания усилителя есть при записи/чтении с карты?

мб разводку в студию ? все-таки...

Вчера носил девайс в гости к хорошему осциллографу. Падения напряжения в сети питания во время передачи данных по SPI до 200мВ!



Разводку решил переделывать. Надо по хорошему развести аналоговую и цифровую земли... да и питание тоже. Только после этого уже можно что-то в более тонких материях ловить.

Да, еще снижал скорость передачи в SPI примерно до 900 кГц. Никакой реакции.

Так что пока проблема видится в плохой разводке. Буду пилить гири по новой.

Спасибо всем.

Если у кого есть какая-нить статейка или букварь по разделению цифровых и аналоговых цепей - буду признателен.

мало мало
hxxp://www.elart.narod.ru/articles/article11/article11.htm

Начните с перетряхивания схемы, у меня складывается впечатление что у вас в схеме косяки.
В правильной схеме изменение напряжения питания не должно влиять на аналоговый сигнал!!!

Спасибо!



Схема работает прекрасно без активации SPI. Проблемы появляются при чтении данных из карты.
Убрал подтяжку от сети на ногу MISO внутри контроллера и сделал внешнюю через резистор 43кОм от стабилизатора карточки (с целью изолировать тряску и оставить ее внутри сети карточки). Тоже не помогло.
Отвязал питание карточки от общего питания. Сильные пульсации в сети питания исчезли. Идет белый шум с амплитудой +-5мВ, но во время передачи данных с карты проскакивают пички увеличивая амплитуду до +-8 мВ. Помеха на выходе присутствует.

Усилитель чувствительный. Реагирует просто на поднесение руки ко входу на 5 см. Возможно наводка идет прямо на вход и питание уже ни при чем. Судя по выходным данным величина помехи составляет 0,06 - 0,1 мВ

Кто нибудь разбирался в программе Чена и работе карты подробно?
Такой вопрос.
Если посмотреть цепь MISO осциллографом, то бОльшую часть времени в ноге действует напряжение подтяжки (внутренней контроллерной или внешней - не важно). Но в момент начала передачи от карты на контроллер происходит резкий скачек вниз почти до нуля и сразу же устанавливается напряжение не подтяжки, а стабилизатора карты (ровно 3,3В) и уже потом идет цифровой сигнал. Передача на контроллер закончилась - опять скачек напряжения и устанавливается уровень подтяжки.
Как в карте работает механизм передачи сигнала на контроллер? Судя по тому, что напряжение меняет уровни (то подтяжка, то стабилизатор) то в карте не просто "кнопка" стоит, которая сливает напряжение с ноги контроллера в землю формируя логический ноль.

поставьте на вход усилителя RC цепочку 5,1кОм/1000пФ

В смысле Г-образный фильтр?
Вход дифференциальный. На обе линии?

не рекомендовал бы. Рассогласование получите по входу и будет синфанзная помеха.
Не думаю я что у вас поблема именно разводки, хотя ее конечно же не анализировал. Просто у меня не было схожих проблем, а разводку с использованием нанотехнологий я не делал. Карту-то меняли на какую-то другую? Вообще падение в 200мВ выглядит подозрительным, общее потребелние в эти моменты мерили?

Попробуйте на ОБА диф. входа по такому фильтру. Или "П" фильтр между входами. Тоже например 2*5,1к+1000пФ. Просто попробуйте.

Попробовал. Ничего не изменилось. Скачков по питанию в 200 мВ сейчас нет - питание карты отвязано. Вставлял в слот SD - результат тот же.

В питании скачки все же есть. Взгляните, пожалуйста, кто опытный. Это положительная ветка. Цена деления 5мВ. Такие же скачки наблюдаются в отрицательной ветке и на земле. При отключенной карте скачков нет.

Могут ли такие скачки дернуть сигнал на выходе? Диапазон на выходе диф. усилителя +/- 40мВ.