Решение из прошлого века.
Моторчик, синхронный, с ветрушкой. Именно синхронный, асинхронный некатит. Синхронизируется с сетью очень хорошо. Постоянная времени фильтра десятки-сотни секунд. Ну и синхронный детектор сигнала с синхронизацией от вертушки. Сдвиг по фазе учесть в обработке сигнала (неизвестно на какую из трех фаз сядет моторчик, а какая генерит помеху).
Эстеты могут написать модель моторчика с маховиком для микроконтроллера. Только в моделе надо учитывать моменты разгона-торможения ротора во время одного периода синуса с достаточной точностью- десяток точек или более на период.

Ну, я себе представляю это так: Шаг 1. Время подсветки светодиода 25 мксек, в течение которых отсчёты интерполируем МНК (кстати, мне МНК не совсем нравится малой устойчивостью к помехам, но другого на ум пока не приходит) по возрастающей экспоненте. Берём асимптотическое значение, к которой стремится экспонента (Исходим из гипотезы, что фото сигнал возрастает по экспоненте). Шаг 2. Берём 100 мксек, когда светодиод не светит. Разбиваем на 4 участка. В каждом участке проводим усреднение. Четыре усреднённых отсчёта используем для экстраполятора, который определит значение фона, когда была засветка светодиодом. Из величины асимптоты, полученной на первом шаге, вычитаем экстраполированное значение и получаем результирующий отсчёт. Всё это выполняется для каждого отсчёта аппаратно, "на лету". Результирующая выходная частота отсчётов 8 кГц. Как организовать экстраполятор - это, конечно, вопрос. А если ещё учитывать 100 мксек от предыдущего отсчёта, то можно обойтись только интерполятором для восстановления отсчёта фона во время подсветки светодиодом. Сейчас буду писать мат. модель в MatLab'е и смотреть графики величины ослабления фона от частоты засветки в зависимости от применяемого алгоритма.


Это само собой будет. Можно будет изменять частоту 8 кГц в пределах +-1кГц с шагом 1 Гц. Я, кстати, попробовал определить частоту, при которой комбинационная помеха от помехи 50 Гц с учётом разброса +-0.5 Гц была бы как можно дальше от нуля, а лучше вообще не попадала в 0..40 Гц, но такой частоты не существует. Поэтому подобрать 8 кГц для конкретной частоты сети в конкретном месте я смогу, но в другом месте - это не получится.

Имхо, надо интерполировать в соседних интервалах по 100мкс, со всевозможными условиями гладкости (сплайном, например), т.е. получается сплайн по 4 точкам до засветки и по 4 - после. Значение фона во время засветки на предыдущем этапе вычисляете по сплайну итд. для след цикла работы. Усреднения внутри 25мксек для повышения С/Ш.
ЗЫ: а есть гарантия, что во время засветки не полыхнул какой-нить протуберанец? То-то же... Значит, надо еще делать стат. обработку с отбраковкой данных - медианную фильтрацию, например. Да и во время измерения фона за дисперсией значений поглядывать...

1. Ну уверен, что это будет лучше. Думаю, что с учётом разрешения 10 пА фотовольтаический режим будет по шумам применить целесообразнее, чем фотодиодный. В принципе, можно схемку посчитать. Будет время, попробую.
2. А сколько должно быть? При 625 KSPS на весь период 125 мксек будет всего лишь 78 отсчётов. С учётом усреднения и интерполяции этого вполне достаточно, но и меньше будет не очень хорошо. К тому же не забудем про спектр амплитудно-импульсного сигнала, частоту Найквиста и требованиям к ФНЧ от наложений. Здесь можно будет хотя бы обойтись фильтром 2-ого порядка, построенного сразу же на трансимпедансном усилителе, который заодно и полосу ограничит.
3. Не понял, если учесть фронт 5,5 мксек, то из каких отсчётов подставки вычитать? Которые идут сразу же после завершения подсветки светодиодом?




Согласен, имхо, будет самый оптимальный по С/Ш вариант. А вот по поводу амплитуды подсветки - вопрос.Убрать фронт 5,5 мксек? Ведь даже когда он заканчивается, всё равно есть наклон. А вот если все точки в пределах 25 мксек интерполировать, то точки из первых 5.5 мксек также внесут свою лепту в конечный результат, повышая С/Ш. Только вот по поводу МНК сомневаюсь. Может какой другой алгоритм есть?


Я думал об этом варианте в самом начале, но конструктивно его выполнить физически невозможно. Доступ в конструкцию запрещён, доступ в оптический канал - тоже.

Явно напрашивается противоречие меежду целями усреднения - повышения С/Ш, и целью не вдаваться в форму импульса засветки светодиода - т.е интегрирование.

Я так понимаю, что чем больше априорной информации о сигнале, тем лучше. Если априорно известна форма импульса - почему бы её не воспользоваться? Тем более, что это только увеличит С/Ш вычисляемого во время подсветки значения?

Обратносмещенный фотодиод имеет на порядок более высокий динамический диапазон.
Шумы при сильной внешней засветке должны быть примерно те же.

По минимуму достаточно 16кГц, но с синхронизацией по светодиоду.
По одному отсчету на второй половине вершины и паузы.
Фактически это будет преобразователь частоты в ноль.

Для измерения амплитуды это излишне.
Но ФНЧ с частотой среза около 10кГц, чтобы подавить засветку от флуоресцентных ламп, не помешает.

Из отсчёта взятого на вершине вычитать отсчёт в паузе.
Я уже писал, что лучше взять скважность равную двум.

Вот поэтому и нет смысла использовать отсчёты в первой половине, усилитель ещё не установился.

С фотодиодным режимом - попробую.
Скважность брать равной двум - не получится. Номинальный ток светодиода 20 мА, максимальный 25 мА. У меня скважность 1/5, т.е. я могу увеличить ток подсветки светодиода в 5 раз. Увеличение этого тока приведёт к увеличению сигнала, и именно для сигнала с засветкой 100 мА я и привёл разрешение в 10 пА. Если сделать меандр, то требуемое разрешение упадёт до 2 пА, что на мой взгляд обеспечить будет совсем нереально. Поэтому и АЦП другое и спектр пошире. А по поводу интерполяции импульса фототока от светодиода - не убедили. Я не понимаю, чем это вариант плох.

Я не об интерполяции писал, а о том что отсчеты после фронта имеют низкую точность и их лучше исключить из обработки.

Честно говоря, не понял. Поясните, пожалуйста. У нас есть 25 мксек импульс фототока от светодиода и 100 мксек фототок от фона. В 25 мксек есть восходящий по экспоненте фронт 5.5 мксек. Нас интересует разность между амплитудой импульса фототока от светодиода и фототока от фона.

5.5мкс это время установления до какой точности?
А по поводу повышения с/ш за счет скважности есть большие сомнения.
С/ш определяется средней мощностью, а не пиковой.

а изза чего берется фронт 5.5мкс? даже если сделать оцифровку с част.200кГц на импульсе можно воткнуть 3 отсчета (их усредняем). В течении паузы 100мкс делаем еще 20 отсчетов. Для интерполяции фона во время импульса берем отсчеты через равные промежутки, скажем через 20мкс, т.е каждый 4-й. (лучше усреднить по 4). 2 отсчета перед импульсом и 2 после него, интерполируем тот что посредине, 5-й. полученное значени и вычитаем из среднего из 3х (что сделаны во время импульса).

Наоборот, лучше обрабатывать инвариантно к форме сигнала, однако при сохранении стабильности этого сигнала. Вообще-то усреднение можно смело заменить интегрированием методом трапеций (каюсь - не додумал раньше) - эффект по улучшению С/Ш тот же. Таким образом, выходит вещь:

Нет, мы же определяем разность амплитуды во время подсветки относительно фона, поэтому чем сильнее засветка, тем больше априори фото ток, тем меньше влияние шумов АЦП, усилителя и пр. на сигнал.


Ну я то же самое в итоге и предложил. Трансимпедансный усилитель имеет ограниченную полосу, поэтому есть фронт. А вопрос стоит в том, через какое время изменение на верхушке импульса будет соизмеримым с требуемым разрешением? Получится, что на импульсе подсветки вообще останется пара отсчётов. Усреднение не даст никакого эффекта, а при вычитании главную роль сыграет то отношение С/Ш, которое меньше. Поэтому я и хочу интерполировать форму импульса подсветки для вычисления асимптотического значения, тем самым используя всю априорную информацию о импульсе повышая отношение С/Ш, как это происходит при усреднении. И в разноси использовать именно асимптотическое значение, а второе число, соответствующее фону, получить интерполяцией, как Вы и описали из фона предыдущего импульса и текущего.

Это неверно. Полоса хоть и подрезана усилителем , но она подрезана не настолько чтобы все гармоники импульса подсветки попали в полосу фильтра сигма-дельта АЦП. Поэтому отсчеты во время фронта импульса от подсветки из АЦП будут некорректные. На основе этих отсчетов нельзя делать интерполяцию "экспоненты фронта" , будет большая погрешность интерполированного значения. Поэтому, имхо, нужно подождать окончания фронта на входе АЦП и еще подождать 5.5 дополнительных микросекунд - времени установления внутреннего фильтра АЦП. Settling Time внутреннего фильтра зависит от режима АЦП, который Вы выберете.

Интересно было бы взглянуть на это схемное решение. Особенно работающее с фотодиодом в вольтаическом режиме. Вы уверены, что это будет ТИ?


Если есть информация о форме импульса, не лучше ли было бы её использовать для синхронного детектирования? Я имею в виду: подать импульс тока светодиода в качестве одного из сомножителей на аналоговый перемножитель. А сигмой-дельтой напрямую импульсные сигналы оцифровывать неправильно, имхо.


+1. Поэтому полагаться на повторяемость отсчётов АЦП в неустановившемся режиме не стоит - их не зря рекомендуется просто исключить из обработки.

Мне все еще кажется, что лучше сразу интегрировать на IVC102. Там очень удобно - открываем ворота, интегрируются фотоны. Открываем на фиксированное время чуть позже начала полезного импульса, закрываем чуть раньше конца. Потом так же измеряем фон. Собственный входной ток у этой штучки очень маленький - примерно сотня или меньше fA, и весьма стабильный - лучше единиц fA. Так как фон вычитается, то получится хорошо. И времени на измерение становится больше.
В DDC - минимум два канала. Сама оцифровывает. Сигмой и дельтой. Только не помню точно, с какой скоростью. Что-то порядка 2 килогерц. На вход(ы) можно подать сигнал, компенсирующий большую часть засветки - медленно меняющийся, подстраивающийся. Тогда чувствительность можно поднять, уменьшив емкость конденсатора.

2 MaxPIC: мне кажется коллеги правы. С учетом всех возможных ошибок при оцифровке во время фронта сигнала, можно очень круто ошибится с опеределением асимптоты. Лучше дождаться установления сигнала и уже потом его использовать в расчетах. По поводу ограниченной полосы- какая же она у Вашего усилителя? Мне тут какойто усилитель показывали с потреблением около 1мА, так он включается всего за 300нс. Боюсь затянутый фронт следствие заряда ескости фотодиода и кабеля. Хотя если у Вас честный ТИ, то напряжение у него на входе не меняется, значит нет перезаряда емкостей
Еще тут мелькала фраза -ограничить полосу до 10кГц. Эдак Вы совсем зарежете импульс - у такого фильтра постоянная времени целых 16мкс.
А чтобы хорошо замерить амплитуду импульса, его длительность нужно увеличить, и чтобы сохранить скважность, уменьшить частоту импульсов подсветки.

зы. А с асимптотой, если момент оцифровки относительно начала импульса стабилен, то можно просто домножать полученное значение на некий коэф.,который можно и посчитать, скажем на какойнить 1.0049 и получать асимтотич.значение.

Да, есть такое решение. Я характеристику ФНЧ типа Баттерворта 2-ого порядка реализовывал.


Не вопрос, я могу промоделировать IVC102, развести простенькую платку и посмотреть, что получится. Вопрос как бороться с ёмкостью между двумя сигнальными проводниками фотодиода с экраном (порядка 300 пФ между каждым проводником и экраном). Т.е. как компенсировать ёмкость кабеля.
Сейчас вообще пришёл к выводу, что соберу плату с фотодиодным режимом, фотовольтаическим, с возможностью подключения/отключения аналоговых фильтров (ФВЧ и ФНЧ) и ещё добавлю туда IVC102. Надо будет просто выбрать лучшее решение. Заодно для себя постараюсь лучше разобраться в этом вопросе. АЦП планирую пока что ADS1672 (уже на столе пара штук лежит).

взять кабель с двойным экраном, на внешний посадить землю, а на внутренний -сигнал с повторителя. емкость останется, а изменения напряжения не будет.
Вот статейка про ТИ http://www.compeljournal.ru/enews/2008/5/10
мож че полезное найдете

я медленно въехал, что для MaxPIC все таки финишную ценность будет представлять не динамический диапазон отсчетов внутри импульсов 25 мкс, а то что он ожидает в полосе "полезного сигнала" уже после мат обработки . В таком случае задача даже несколько упрощается. Ведь чем уже спектр полезного сигнала , тем сильнее можно задавить внеполостные (и шумовые ) компоненты, главное не насобирать их по пути .
Поэтому предлагаю такой подход . Исходный сигнал после трансимпедансного усилителя пропустить через аналоговый полосовой фильтр с центральной частотой 8кГц шириной например 0.5-1 кгц (для простоты фильтра, сеть 50 Гц задавить при этом по максимуму) . Оцифровать его на частоте 625кГц. У АЦП 1652 для полосы 10кГц и оцифровке на 625К SNR равно примерно 100dB (полная шкала).
Для более узкой полосы (на финише это будет 40 Гц, он получит еще 10Log (10K/2/40Hz) = 20дБ .
Для увеличения SNR использовать модуляцию подсветки не 25/100 мкс , а 62.5/62.5 (меандр) .

На выходе после оцифровки он получит конечно отсчеты типа для синуса 8кГц, но его информация об амплитуде этого синуса заключена в полосе 40 Гц. Перенести на нулевую частоту и профильтровать на 40 Гц.
И накаких проблем с фронтами , перекосами импульсов, временем установления.

Идея интересная, буду пытаться въехать

Дык не мучайтесь. Может и звуковуха продвинутая в компе Вас устроит , после полосового фильтра 8 кГц

Не покажете?

Да нет, поставлю спокойно АЦП+ПЛИС+МК и никаких проблем.Заодно на ПЛИС и цифровой фильтр сделаю.

А зачем 625кГц при полосе сигнала 40Гц?

Проблем с фронтами не будет либо при установке полосового фильтра на входе аналоговой части, либо при сверхлинейной аналоговой части.


Полоса сигнала и мощность шумов пропорцинальны скважности.
С/ш при этом не меняется.
Учите матчасть.

SNR увеличивается пропорционально Fs и обратно пропорционально BW сигнала через логарифм.
Преимущества сигма-дельта на этом и проявляются.
Опять-же, у автора есть такие АЦП на столе.

Если есть возможность поиметь избыточность, так её надо и поиметь.

К сожалению этот способ также не спасет от комбинационной помехи..

ну тогда "тушите свет...." в прямом и переносном смысле.
Хотя можно адаптивно попробовать уйти с промежуточной частоты 8кГц , если в полосе 40 Гц существует большАя помеха на другую , близкую или далекую частоту. Посмотреть сколько там помех и работать на другой ПЧ. Если конечно 8кГц не памятник в бронзе и дань традициям.

Кстати , можно сварганить усилитель от фотодиода и посмотреть его нефильтрованный выход (спектр засветки) спектроанализатором, чтобы предварительно сориентироваться в спектре возможных помех диапазона 5-20 кГц (с полосой RB=50...100 Гц примерно) того самого помещения с его лампами.

Что-то Вы путаете.
Спектральная плотность шума у конкретного АЦП от Fs не зависит и SNR при одной и той же полосе сигнала не меняется от Fs.
За исключением случая когда у АЦП шумы дискретизации превышают тепловые.

Конечно, почему бы не поделиться.


Уйти от 8 кГц - без проблем. На какую? Выше 15-20 кГц я уже не потяну.
А по поводу спектроанализатора - по мне - от лукавого это всё. Сейчас фон один, завтра другой. Например, взял я на работе измеритель оптической мощности (лучше бы не расстраивался). Включил чайник 2 кВт - скачок в оптическом сигнале от люминесцентных ламп виден явно. Далее, кто-то в здании использует устройство, создающее в сети помеху с частотой 0,5 Гц. Причём даже вольтметром в сети при измерении напряжения видно, как оно изменяется в пределах 7-10 В. В оптическом канале от ламп это видно не хуже, чем по показаниям вольтметра. Представлять себе, что происходит при включении тиристоров - вообще не хочется - тоску наводит. Поэтому я всё больше склоняюсь к тому, что 50 Гц - это только вершина айсберга. Поэтому и решил ставить ФВЧ, уповая на то, что инертность оптических элементов не позволит выдать оптический сигнал с частотами единицы килогерц (для ламп накаливания уж точно). В вот с люминесцентными, энергосберегающими и светодиодными лампами - попробую с помощью фотодиодика посмотреть, что от них идёт.


Вот в упор не понимаю, почему увеличение амплитуды сигнала не увеличит С/Ш. Рассмотрим процесс регистрации подробно. ТИ регистрирует фон и сумму фона с сигналом засветки. Регистрация что в одном случае, что в другом идёт с одним не с одним тем и тем же С/Ш, так как банально, тепловой шум резисторов обратной связи не зависит от амплитуды сигнала, а значит чем больше сигнал, тем больше С/Ш, хотя при увеличении скважности расширяется полоса с 16 кГц до 40 кГц, но шум резисторов при уменьшении полосы в 2.5 раза уменьшится только в 1,6 раз, а амплитуда сигнала увеличится в 5 раз. Помимо этого нас интересует отношение С/Ш всей системы, с учётом разностей и шумов фона. При увеличении амплитуды засветки С/Ш будет для вычисления амплитуды выше (отношение же сигнала к шуму, где у шума ещё есть и постоянная составляющая, не зависящая от электроники - шум фона). В результате С/Ш разности будет тоже выше, чего нам в принципе и нужно.

SNR как раз меняется от Fs (см табл 2) но с учетом лучшей фильтрации при понижении внешней Fs но постоянном fCLK = 20MHz, можно говорить что без особой разницы , какую Fs брать, реализация избыточности данных реализована внутри АЦП. Но на низких Fs (наприм 36 кГц) аналоговый фильтр по входу должен быть круче.
ну и что что скачок , спектр этого скачка знаете где ? он где-то есть , надо бы измерить предпологаю что гораздо ниже 1 кГц. Иначе бы лампы накаливания были ну очень шустрыми.

Извиняюсь, это моя ошибка, я ошибочно посчитал что средняя мощность при этом не меняется, но она также будет расти.

в 2.5 раза.

Постоянная составляющая фильтруется и не влияет на С/Ш.
Влиять будут только помехи с частотой близкой к 8кГц.


Сравниваем шум в полосе Найквиста для 78.1kSPS 115.5dB 3.9uVRMS и для 625.0kSPS 107dB 10.1uVRMS и видим что спектральная плотность шума одна и та же в обоих случаях.

Как раз макетирую аналогичную проблему. Применять ФАПЧ - это жирно и сложновато - конечно, если это не головка самонаведения
50 и 100 герц - это еще не все. Люминисцентные лампы могут работать на частотах примерно от 8kHz до 60kHz (и до 120 призапуске и всяких переходных проц.)
Относительный способ измерения - хорошая идея, но не поможет. Фоновая засветка забъет фотодиод по входу, что приведет к резкой потере чувствительности

согласен , да, такой вот сигма дельта АЦП. Вы абсолютно правы.

а какую частоту Вы порекомендуете в реализации ?

GAMON, Вы не замеряли случайно модуляцию светового потока от люм. ламп с электронным балластом частотой работы преобразователя?

Раз АЦП уже выбран, то минимально возможную - 78кГц.
А в качестве нагрузки фотодиода поставить параллельный контур с максимальными добротностью и характеристическим сопротивлением.

Я делал сравнительное измерение: 60-ватт лампа накаливания и хиленькая настольная лампа накаливания - ватт примерно 8-12. Люминисцентная дает сетевой фон раза в 4 больший. В общем, караул. Поэтому остановился на двух вариантах: 5kHz & 200kHz. Высокая частота позволяет применить малогабаритный LC- контур с адекватной добротностью и большим характеристическим сопротивлением. Но у меня усиленный сигнал подается на вход АЦП - PIC12F675. А у него время преобразования минимум 7-8uS ( и то, если подавать на вход с повторителя). Да и на 200kHz мала вероятность внешних паразитных источников.

А закодировать амплитуду както иначе нельзя? частотой например (ЧМ-сигнал)?

Инфракрасные диоды можно найти с хорошей отдачей и большим импульсным / средним током. А если еще поставить инфракрасный фильтр перед приемным диодом (имхо это несложно , особенно при единичных экземплярах) , то чувствительность системы повысилась бы на порядок-другой.
Нельзя использовать инфракрасный диапазон? Очень легко обрезается спектр люм. ламп. да и против светодиодных светильников видимого диапазона с импульсным питанием было бы хорошо.
Фотоприемники пультов ДУ используют и оптический фильтр, и фильтр на частоте несущей. Неплохо работают в условиях сильной засветки с гораздо более широкой полосой полезного сигнала.

Согласен. Все это помогает. Однако при прямой засветке засветке фотоприемников ДУ солнечным светом их чувствительность (дальность действия) может измениться на порядок. Инфракрасный фильтр, сравнимый по полосе пропускания со стеклянным - это проблема для девайсов массового производства. Если я правильно понимаю, в ДУ стоят полосовые фильтры в лучшем случае 2-го порядка. Радикально решить задачу можно, нагрузив фотоприемник LC-контуром. Только в этом случае мона избавиться от забития по входу. Собственно, проведите аналогию с радиоприемом. В любых приемниках стоит LC- контур предварительной селекции.

Но в этом исполнении непригодны для измерения фототока.

Не обязательно. в "силиконовых" тюнерах, к примеру , не стоит. Но это и не повод от них отказываться. Конечно стоит применять, по возможности.

Естественно, я упомянул фотоприемники ДУ только с точки зрения оптимальности подхода по фильтрации сигнала в условиях засветки , в том числе и от ламп дневного света.

А самое главное- им не надо измерять амплитуду сигнала с пульта

Светодиод используется как раз ИК, а вот поставить фильтр оптический нельзя. Конструкция не позволяет. Фотоприёмник залит производителем силиконом, а поверх силикона ставить фильтр нельзя по техническим и эксплуатационным причинам.

странно что Вы тогда писали о каких-то 20-25mA , почему бы не поставить например
http://www.vishay.com/docs/81007/81007.pdf излучающий диод 940nm 1ватт\стерадиан (1 А в импульсе)



Странный подход, создавать себе сложности а затем героически их преодолевать.
Может всё -таки посмотрите ..... (подумаешь - силикон, перезальете новый фотопроемник)

http://www.vishay.com/docs/81509/81509.pdf приемный светодиод со светофильтром 940nm .

Светодиод и фотодиод залиты силиконом. Заливка - высокотемпературным полимеризующимся силиконом. Характеристики силикона регламентированы, поэтому такой же найти практически невозможно. Светодиод ещё и калиброван по длине волны (задан допуск на положение максимума спектральной характеристики). Заменить светодиод и фотодиод нельзя, подобраться в конструкцию - тоже. Если бы можно было, я бы просто вместо светодиода лазер полупроводниковый поставил и не ломал бы себе голову с помехами и засветками. Но, к сожалению, придётся мучиться. Исходя из всей ветки форума, я соберу макетную плату с указанными выше вариантами, плюс добавлю вариант с LC-фильтром. В итоге буду просто выбирать лучший.

Посмотрите файл в первом сообщении в ветке
http://electronix.ru/forum/index.php?s=&am...st&p=346347

Чет заинтересовала меня тема с синхронным детектированием сигнала цифровым способом, ну или с использованием контроллера с АЦП. Ток вот из всего прочитанного не понял где взять эту референсную частоту, если нет доступа к модулятору передатчика и сигнал/шум очень низкое (скажем -40дб) ?

Мне показалось, что вчера был похожий вопрос, потом исчез. У меня глюки?
А по теме: по-англицки читаете? Могу мануал на SR810 предложить, там описан принцип работы, доходчиво.

Да вчера чет никак не мог сформулировать вопрос да потом погуглил-погуглил и сам кое в чем разобрался. Потому и удалил. А за статейку был бы признателен, скиньте на фтп или на мыльце sas_2_sas@mail.ru