Уважаемые форумчане и форумчанки...

Набросал схему измерительного прибора. Так как это немного не мой профиль, хотелось бы услышать ваше мнение.

Суть схемы оцифровать сигнал с пяти фотодиодов и передать по rs485. Причем фотодиоды направлены в 5 сторон: север-юг-запад-восток и зенит. Снимать сигнал нужно одновременно со всех пяти и постоянно. Данные посылаются на даталогер и там они хранятся,в общем это уже не мой геморрой.

Ограничился 16-битным разрешением. Если реально получу 14 бит точность, буду доволен. Хочу попробовать 1килосэмпл в секунду и выше если получится. Нужно это для отслеживания освещенности в комнате и на улице при движении солнца а так же при вспышках фотоаппарата или фар проезжающих машин.

Идея в том чтобы не заморачиваться с мультиплексором и семпл-холдом, а взять 5 отдельных ацп. Выбрал AD7684. Подходит по скорости и разрешению. Имеет SPI шину. По падающему фронту CS запускается измерение и потом вытягиваются данные. Хочу объединить CS и SCK на всех пяти, а DATAOUT отдельно с каждого брать. В результате запускать конверсэйшн буду одновременно на всех и считывать данные синхронно с каждого. Кто такое уже делал, поделитесь подводными камнями.

Выглядит это все так:
5 таких вот трактов
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
потом мега8 контроллер
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
и блок питания
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Входные каскады: первый входной каскад это трансимпедансный усилитель, потом еще усилитель по напряжению и буфер ацп. Конденсатры в обратной связи нужно еще подогнать под оптимальную полосу пропускания

Питаться будет плата от 24 волт через длинные провода, поэтому комонмод chokeё и дс-дс. Отдельный для аналоговой части и отдельный для контроллера. Потом LC фильтр и лдо малошумящий регулятор для аналоговой части. АЦП и ИОН запитаны через отдельный регулятор. Массы буду разделять. От каждого дс-дс своя масса. Одна под контроллер и интерфейсы, другая под всю аналоговую часть.

Так как массы разделены и опасаясь токов между ацп и котроллером вставил ADuM изолятор.
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Теперь вопросы:
Нужно ли для 16 бит разделять массы? Обоснован ли ADuM изолятор? Можно ли ацп и входные каскады от отдного регулятора запитать?
Фильтр по питанию не идеален. У кого какой опыт по стабилизации напруги от дс-дс?
Если гальваноразвязка не требуется, обоснованно ли соединить массы на входе и на выходе дс-дс?
Не провиснет ли импеданс на выходе ион под нагрузкой 5-ти входов ацп? ион хоть и с буфером, но после 10кгц импеданс возрастает круто.

Какое-то чувство странное...что я еще не учел?

Думаю, что проще оцифровать быстрым АЦП с мультиплексором. Например, использовать C8051F06х (вроде как и сигнал униполярный). Общее усиление, ИМХО, великовато - может мешать засветка - хотя не смотрел на входной диапазон АЦП. Подавление нестабильности по питанию у выбранного ОУ, ИМХО, слабовато.

http://focus.ti.com/lit/an/sboa061/sboa061.pdf
http://focus.ti.com/lit/an/sboa055a/sboa055a.pdf
http://e2e.ti.com/cfs-filesystemfile.ashx/...nsimpedance.pdf
http://www.analog.com/en/analog-to-digital...ts/product.html

А схема включения фотодиода?
Какие фотодиоды собираетесь применять?
ИМХО, в усилительном тракте нужно цифровое АРУ.

Вопрос, зачем диоды и потяжки на USART? Я бы комонмод choke с большим запасом по току поставил, входные и выходные земли (dcdc) через 1 Мега резистор соединил бы. А массы (agnd dgnd), я бы всё таки, в одной точке соединил, без aduma.

Мне кажется, от быстрых ацп геморрой с разводкой платы и буферами. Не охота такой запарки.
Усиление с расчетом на 10килолюкс. Диод обычный пин-фотодиод с 1,5нА/люкс
Вы думаете Power Sup rejection 104 дб у AD8627, 120дб op1177 и 82дб ad8021 это мало?



Схема включения стандартная, фототок. Пин фотодиод от хамаматсу. Без биаса. Конечно фотовольтайк и биас убыстряют, но придают нелинейности. У меня все же линейность важнее чем скорость. Ну в крайнем случае 100гц ограничимся.

Цифровое АРУ конечно удобно, но не будет использоваться, так как расчет на 10клюкс с запасом. Если засветится до предела, то не страшно. При 16 битах получу меньше люкса разрядность. Устраивает вполне. зачем усложнять?



Это не просто диоды - это такой вот примитивный элемент OR на диодах. Два выхода подаются на один вход. Нужно для того чтоб через дебаг-разьем посмотреть что за данные пересылаются.

1Мег между дс дс входной и выходной землей советуют везде где гальваническая развязка, чтоб какое-то конечное сопротивление было. У меня же нет гальваноразвязки. Думаю это только усложнит все, если не нужно гальваноразвязки.

Адум я всегда могу вытянуть. А перемычку между массами сделаю, может даже где-то под ацп.

я привык смотреть на худшее значение параметра - для AD8627 http://www.analog.com/static/imported-file...5_8626_8627.pdf PSRR 80 dB Min

Моё дело предложить. Не думаю, что с разводкой будет очень проблемно. За счёт входных RC для SAR-ADC можно соорудить фактически ФНЧ и замену УВХ. А усилителя достаточно будет только первого - тем самым С/Ш по-лучшее получится и гимора с остальной усилительно/буферной частью тоже по-меньше будет. Да и с развязочно-интерфейсными делами тоже по-проще. Можете взять демоборду и обсмотреть/поиграться - стОила она раньше копейки, как сейчас - не знаю. Если бы в Киеве, то дал бы на время.

Видно, что денег в Берлине не считают. А как же спасение Евросоюза от кризиса? Только и слышим, как призывают страны-участницы к экономии...
Что хотелось бы заметить:
1. Пять АЦП параллельно, конечно, работать будут, но это: а) дорого, б) требует минимум семи линий интерфейса, в) занимает больше места и проблем с разводкой, г) нагружает ИОН (о питании уже не говоря), г) избыточно по скорости.
Внешнее освещение меняется, как правило, небыстро, даже если это свет от лампы-вспышки. О цели Вашей разработки сказано немного, но думается, и синхронное снятие сигналов со всех сенсоров тоже не обязательно. При достаточной скорости сканирования можно будет считать, что сигналы сняты одновременно. (Если необходимо, можно будет, зная периодичность регулярного опроса, даже скорректировать результат программной апроксимацией).
Это я к тому, что какой-нибудь многоканальный сигма-дельта (даже 24-разрядный будет дешевле) со встроенным ИОН вполне может подойти. Никаких сэмпл-холдов, конечно, не нужно. Есть достаточно быстрые сигмы-дельты.
2. Трёхкаскадный усилитель фототока - это, наверняка, слишком. Только шумов добавит. Мне кажется, и одного ТИ-каскада будет достаточно, если это не прибор ночного видения Днём на солнце и вовсе... Да и в дополнительных буферах к АЦП какой смысл? У обычного ОУ, на каком будет собран ТИ-усилитель, достаточно низкое выходное сопротивление, чтобы работать прямо на АЦП. Зачем Вам High-Speed? AD8021, AD8027? Для пущего потребления? Вы же не ЛВС проектируете.
3. ADuM для гальванической развязки земель на одной плате, которые снова сойдуться в одну через пару см - и вовсе нонсенс. Знесь нужна просто хорошая разводка, обычние предосторожности для токовых контуров.
Немцу терминология простительна.
Тоже ни к чему. DC-DC сам шумит так, что хоть свой на аналоговую часть ставь, хоть общий - без разницы. Лучше после него хороший фильтр, затем линейный на аналоговую часть (кстати, почему LDO? Модно? Запаса по питанию ведь ого-го...) и, опять таки, внимательная разводка. Ещё лучше, если бы наалоговую часть удалость питать только через аналоговый стабилизатор. Кстати, в высоких требованиях к нему, как и в опасениях по поводу недостаточного PSRR смысла не вижу.
4. А для чего Вам выше 10кГц? Поставьте внешний ФНЧ/буфер "в одном флаконе" для надёжности.

Развалится евросоюз к чертовой бабушке. После Греции Италия и Португалия, у них долгов больше чем у Греции, просто пока еще как-то держатся. Оффтоп...теперь по теме



Я с вашей критикой согласен на все 100, избыточно это.НО ситуация следующая. Нужно всего один такой прибор сделать, тоесть это не массовое производство. Нужно это одной лаборатории в рамках эксперимента и потом они про это забудут. Отвечу так же по пунктам:
1.
а) Себестоимость всей платы от силы 100уе, соизмеримо 3 днями моей работы. Учитывая что имеются наработки с этим ацп, то грабли с другим, даже более дешевыми будут значительно дороже

б)Все равно у мега16(32) пустуют ноги, линий интерфейса не жалко.
в)Места, конечно, занимают, но ацп всего то в MSOP8 корпусе. Разводка питания и интерфейса усложняется. Но зато имеем независимые ацп, можно на будущее использовать если 5 каналов на 5-ти одинаковых платках развести.(я наверное брежу)
г) про ион я опасаюсь. ADR431 вроде имеет буфер и потянет. Питание не от батареек, пусть кушают на здоровье, не жалко.
гг)Пусть будет лучше избыток скорости чем нехватка. Можно оверсемплингом на шумы поднажать

Да, сигма-дельта с мультиплексором типа ad7732, только с бОльшим числом каналов, меня устроит. Задумался...может и правда ну его, сделаю один общий

2. Дело в том, что первый каскад трансимпедансный с постоянным сопротивлением в ос. Если нужно подкорректировать усиление и фулскэйл, тут регулируется усиление 2-го каскада, оно около 10. Ну а так как SAR ацп требуют малого импеданса поставил буфер из видеоусилителя, по рекомендации из даташита. С сигмадельта думаю ограничюсь двумя каскадами. Одного не достаточно из-за невозможности регулировать усиление. Любой потенциометр 200ппм на градус.

3. с ADuMом я нахимичил. Полностью согласен, удалю нахрен. Какие предостережения для токовых контуров вы имеете ввиду? То что возвратные токи должны теч не через чистую массу? Какие ещё?

Если у ацп только одна нога GND, как в моем случае и висеть он будет на аналоговой земле, то что случится когда потечет ток от мк на вход ацп. Думаю вытекать будет через аналоговую землю, что не есть гуд.
Выходит делать лучше одну землю и на мк и на ацп и на аналог. И если ток и потечет из мк в ацп, то назад он будет теч по земле четко под дорожкой по которой затёк оставляя в покое остальные участки массы.
Так что вывод-одна земля для всех.
DC-DC нужен, с ним проще. не хочется печку делать, ведь с 24 на +/- 5 нужно делать и массу сдвигать. 7 вольт на регуляторе падение. Греться будет наверное при 50мА (предполагаю что будет). А для МК надо 24 на 5В делать, это 19 вольт на регуляторе при 20мА потребление. Как быть?
Питать через аналоговый стабилизатор вы имели ввиду обычный ион с буфером типа ADR43х? Думаю, что если даже PSRR и 60дб, тоесть в 1000раз подавление на 100кгц дс-дс, то при 1mV p-p шуме по питанию получу 1мкВ, что для 16бит разрешения (76мкв кажется) сгодится. Не опасаюсь.

4. Тут я немного не уверен. Хотел буфер с ФНЧ и подешевле ион, но не смог выбрать достойный оу для буфера. Если ставить быстрый, то он кушает много и неточен с оффсетом и т.д., а у точного оу импеданс выходной такой же как и у ADR43x, идет вгору после 10кгц. Подскажите что брать как буфер? Ведь SAR ацп коммутирует вход иона с большой скоростью. Помогут ли байпасс конденсаторы большому выходному импедансу ОУ? Сколько их нужно?

Большое спасибо всем за ответы и советы, особенно господину Герцу...пойду чесать затылок до завтра.

Опять осмелюсь предположить, что шум от DC/DC будет проникать во все щели. Я бы порекомендовал во-первых собрать DC/DC из рассыпухи на LM2671 или другом аналогичном достаточно высокочастотном Step-Down - LM25574, BD9001F, LT3470 и т.п., а далее развязать преобразователем на трансформаторе 78253, ну и вставил бы, как говорил Herz, фильтры по-лучше. Линейный стабилизатор отрицательного напряжения предложил бы сделать по "следящей" схеме на ОУ и транзисторе (инвертирующий усилитель +5В). Ну и, присоединяясь опять же к Herz, порекомендовал бы высокочастотные ОУ всё-таки заменить на низкочастотные. А усиление регулировал бы не в ОС, а по выходу первого каскада, усиление во втором бы чуть приподнял соответственно - опять же для уменьшения шумов - подстроечники в ОС, ИМХО, - один из самых вкусных источников шума. Ну а третий каскад всё-таки удалил бы как класс. У LT есть немало прецизионных ОУ с нормированной работой на емкостную нагрузку - поставить такой во втором каскаде и забыть. Хотя параметры RC перед АЦП, ИМХО, можно и нужно чуток изменить - тогда и выбор ОУ упрощается.

Подводить питание и землю нужно, по возможности, "звездой". Тогда контуры токов цифры и аналога не будут пересекаться. Если экземпляр единственный и неповторимый, можно не особо мучиться с разводкой, развести отдельные участки и соединить их с источником питания проводками.

С МК понятно. А насчёт аналога... Возможно, стоило бы разделить 24В на +/-12В, застабилизировать на +/-10В и выбрать ОУ высоковольтнее. Хотя нынче это уже становится проблемой. Но вполне решаемой. Да и однополярным, пожалуй, можно обойтись.

Тут когда-то активно обсуждалась эта тема.

В аналоговой части полная лажа. Дальше вообще не смотрел. Но при таком обвесе и штучном изготовлении уже выбор Mega8 убивает напрочь. Эти 10K люксов перегрузят уже входной каскад 1,5nA*10000*1M = 15V. А уж шуметь оно будет и сдвиг иметь..... 16bit, говорите хочется

Посмотрите ddc118 - все в одном флаконе.
http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/ddc118.html

Хорошая, должно быть, штука. Вскоре должен получить отладочный модуль, посмотрим, "что это за Сухов"...
Однако, автору, возможно, из этого что-то больше подошло бы.

Спасибо, просмотрел даташит - штука классная, что касается постоянного интегрирования, и точности. Но нет возможности для каждого канала свой диапазон, и нет возможности точной подстройки усиления.

В моем случае нужно каждый канал откаллибрировать, под скажем 5В-10Клкс, можно, конечно, и дигитально, но не хочется.






К сожалению фотодатчики свои и со своим особым светофильтром, изготовленным вручную. Тау варьирует от экземпляра к экземпляру, но спектрально они V(лямбда). Поэтому этот девайс не катит к сожалению. Поэтому и усиление хочется варьировать на 50%.

Я тут образумился (спасибо всем за критику). Возьму сигма-дельта AD7738 на восемь каналов. Очень понравилась калибровка в нем. Установил нормированный свет или затемнил и калибрируй. Он сам фактор и оффсет рассчитает для каждого канала. Может обойдусь без второго каскада. Еще он держит 15бит пик-пик при нескольких килоSPS. Класс.

Собственно вопрос. Для трансимпеданса выбрал AD8605. Нравится, что можно от 5 вольт запитать. Выходной импеданс характеризуют 1Ом на 1Мгц, думаю потянет для входа сигмадельта.
Альтернативно OPA129 от TI, но ему надо +/-15В и выходной импеданс не специфицирован.




Ну я не претендую на аналогового гуру, у всех свои слабые места. Выбор не мега8 а мега32, я опИсался. Очень важен JTAG для дебага, которово в мега8 нет. Спасибо за расчеты, но 1,5нА/люкс это у голых фотодиодов, без фильтра. Что мне за фильтр поставят я не знаю. Просто по максимуму рассчитывал с 1Мом. А меньше всегда лучше будет. Когда будут датчики, подгоню
Про шуметь не согласен, первые два каскада, как показал опыт, совсем мало шумят, около 100мкВ пик-пик.Конечно от линейных стабилизаторов. Во дрейфовать они могут, а еще если плата грязная на входе

Не знаю, какие Вы там "опыты" ставили, но в документации шумовые параметры прописаны. Осталось посчитать и посмотреть на результат.


Один черт.

Ну да, конечно "два байта переслать" без отладчика уже не написать

Я не очень внимательно смотрела, но кроме выбора конденсатора, можно еще менять время интегрирования.
При 20 разрядах не стоит говорить про 50% подстройку усиления. Кроме всего прочего, у Вас один экземпляр.
Поэтому Вы можете подстраивать световой поток оптикой - в простейшем случае - дырочка. Можно также менять конденсаторы "на ходу".


OPA2380 3 штуки, если Вы любите 5 вольт. Специальный трансимпедансный с нулевым дрейфом.
Подумайте еще раз - интегратор - это Ваше Все. Вспышка может быть несколько десятков микросекунд.

Учиться, учиться и учиться, как говорил вождь. Я не претендую на звание специалиста, поэтому два байта переслать с первого раза не получиться . Пошел смотреть на шумы и документацию



Уж очень экзотический девайс, у нас кроме как в дигикей его нигде нет. Я как раз этого и опасаюсь, что это мое ВСЕ. Если не заработает, ничего не поделаешь, все по новой. Или если по криворукости спалю его-это тоже все. Есть у меня какая-то опаска такого интегрального решения. Склоняюсь больше к ацп и 5 входных каскадов.

Оптикой орудовать нет смысла. Дорого, сложно и не нужно. Электронно проще.

opa380 очень хорош и доступен. Грабли в том что 0.5В биас на неинв. вход цеплять надо, чтобы нижний рейл убрать, если не брать +/-2.5В питание. Если брать только один входной каскад, то диод надо включать анодом на массу. Включение катода на массу выгоднее, что касается наводок. Так как субстрат фотодиода находится на катоде. Поэтому нужен компромисс.

а) Либо биполярное питание и фотодиод субстратом на массе, при этом выход первого каскада (low Ib ОУ) негативный, второй каскад инвертирует и подстраивает усиление.
б) Либо субстрат фотодиода не на массе и только один каскад например на опа380.

Проблема в том что фотодиоды открыты и если к ним поднести проводник (лист метала например) меняющий свой потенциал то получим конденсатор через который зайдет помеха. Если субстрат (катод) на массе, площадь обкладки на аноде в разы меньше, чем если субстрат на входе ОУ.

Как быть?

Они Вам пришлют образцы (для криворуких - несколько, - они знают...) очень быстро.

Отсюда не видно, что и как у Вас должно быть. У Вас приемники на проводах и разнесены, если Вы так боитесь наводок? В корпусе ведь нечего бояться... Можно подавать смещение, а можно и не подавать...
Надеть на фотодиод трубочку или крышечку с дырочкой дорого?

Боюсь, не понял этой фразы... Жаль, если не подходит. Мне казалось, Вы именно в измерении Ambient Light заинтересованы. Если имеется в виду (и не устраивает) V-образность SPECTRAL RESPONSIVITY, то, во-первых, можно её учитывать (есть разные способы, в т.ч. калибровка), а во-вторых, раз фильтры самодельные (заказные), их можно было бы... вот, уже по-русски слово забыл... адаптировать.

Это скорее недостаток, чем достоинство, по-моему. Тем паче, питания запас у Вас есть. Более того, Вы собираетесь испортить его качество, понижая до 5В импульсным регулятором.


И всё-таки, диафрагмы, пусть электромеханические, думается, Вашему прибору не повредили бы . Денег ведь Вы всё равно не считаете...

ИМХО, это уже ловля блох. Насколько актуально для Вас - не знаю, но впервые встречаюсь с этим аргументом. В любом случае, это вряд ли тот этап, на котором Вы сумеете почувствовать эту разницу.


Сейчас уже да, подтверждаю. Мне пришлось подождать около месяца или чуть более.

Да, но в предложенном вами девайсе уже встроенный фотодиод? Или я что-то перепутал?



Вы думаете, что 24В, которыми будет питаться все устройство чище будут? Если сделать, как вы говорите, тоесть сделать массой потенциал 12В, чтобы получить +/-12 (10В) относительно массы, то возникает проблемма с заземлением. Так как 24В приходят от земли, тоесть 0В это PE, я не буду иметь возможность заземлить мою аналоговую массу. А случится это может так как корпус фотодетектора соединен с экраном коаксиального кабеля, который в свою очередь соединяется с аналоговой массой. Опасаюсь, что при эксплуатации случайно заземлят детектор и получится кз, 12В сдвиг закоротится. Поэтому выкручиваться приходится так. Может взять DCP012415D


У вас превратное представление обо мне или же может даже о немцах. ;-) Поэтому в целях экономии средств буду ставить обыкновенные жалюзи, там и электромотор уже имеется :-D


Конечно, в данном устройстве может быть вы правы, анод на массу или катод фиолетово, но проблема такая существует для больших фотодиодов, которыми малые сигналы меряют.

Подскажите, где почитать про хорошие фильтры по питанию и про то как применять дроссели токоскомпенсированные или как их там по русски. Может есть готовая схемка?

Вот именно. Хаммамацу, конечно, дороже...

Готовой схемки нет. И искать не советую. А читать - известно где, в книжках... Погуглите.
Это, возможно, пригодится: Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Хамамацу своих денег стоит в плане стабильности и спектральных характеристик. Проверено.

Спасибо за ссылку. Изучу. С переводом книги от AnalogDevice я знаком, она у меня в пдф лежит, подсматриваю иногда. Знаю в теории все, а вот практики нет.

Теперь о грустном. Оставляю схему, как в первом посту, почти без изменений. Тоесть все-таки 5 АЦП AD7683 Фотоусилитель оставлю двухкаскадным на сдвоенном AD8606.

Второй каскад в фотоусилителе выкинуть никак не могу, по причине того, что катод должет быть на массе так же должна быть возможность подгонки усиления. (это не обсуждается) По этому беру сдвоенный. Второй каскад включаю по инвертирующей схеме с усилением 0.5...1.5. При этом надеюсь получить вых. импеданс меньше ома на 100кГц Нажмите для просмотра прикрепленного файла, что думаю потянет вход ацп. Там на входе 600Ом последовательно с 30пФ (тау 18нс).

К сожалению ОУ униполярный и чтобы при малых сигналах не заехать в нижний рэйл, нужно дать стабильное смещение 0.1-0.5В на неинвертир. вход обеих каскадов. Как это лучше сделать? Ещё один каскад не охота.

Раз с DC-DC столько проблем, можно и линейными стабилизаторами обойтись. На фотоусилитель получается 5*3mA=15mA, на ацп 5*1mA=5mA и на МК 20mA. Суммарно округлим до 50мА. Получаем рассеиваемую мощность на стабилизаторах (24В-5В)*50мА. Около ватта.

Массы разделять не буду, по питанию поэксперементирую с разными фильтрами. Что можете сказать о BNX002 от мураты?

Вы, часом, не для армии устройство изобретаете? Только там ТТХ можно улучшать волевым решением. Если так, то обсуждать тут более и нечего...

Зачем стабильное? Если вход АЦП дифференциальный, стабильность смещения не имеет значения. Поставьте диод, зашунтируйте конденсатором.