Добрый день!

Посоветуйте схемотехнику под следующую задачу:
Измерение напряжений
1) Выбираемый диапазоны: 0…20 В, 0…5 В, минус 10…+10 В, минус 5… +5 В, 0 … 10 В;
2) Точность измерения напряжения и тока: не хуже 0,1%

Сигнал может представлять собой импульсы, синусоиду или просто медленно меняющийся сигнал (одним словом очень разного вида) и т.д. Спектр сигнала превышающий 3 кГц не интересен. Источники сигналов могут располагаться как в метре так и в 30 метрах(но тут уже интересна будет больше форма сигнала на временной шкале).
С помощью аналоговых ключей (управляемых мк) предполагается переключать диапазоны входных напряжений, т.е. канал универсален для всех входных диапазонов.
Использование механических переключателей недопустимо по ТЗ.
Питание возможно двуполярное, но не превышающее |5| вольт.
АЦП хотелось бы выбрать однополярным, так как выбор более широк.
Входное сопротивление канала не менее 50 кОм.

Весь канал гальванически изолирован DC/DC и ISO-шками. На плате не менее 3-5 таких изолированных, друг от друга и остальной схемы, каналов.
Диапазон температур от -10 (-30) до 50(85) С.
Вокруг достаточно много мощных источников индустриальных помех (токовые шины 50 Гц и д.р.).

Вот думаю, какую схему реализовать, см. атач.
Как вариант:
1 каскад - делитель напряжения на 4, на резисторах
2 каскад - буфер не инвертирующий
3 каскад - масштабирующий усилитель (с однополярным питанием) со схемой сдвига (для одноплярного ацп).
4 каскад - ацп (с последовательным интерфейсом)
Смущает делитель и схема масштабирующего усилителя со схемой сдвига.
Вроде как нужно и сдвиг делить согласно усилению?
Делитель не слишком ли большой (антенна), и не слишком ли маленький для внесения погрешностей от источника сигнала? Да и подавлению помех тут ничего не сопутствует.

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Хотелось бы сделать красиво и хорошо, а получится как говорится "само плохо".

К чему такие сложности, достаточно одного входа на ±20 В, а если есть окно для калибровки, то под делитель годятся любые самые паршивые резисторы.

- несколько противоречиво звучит

динамический даипазон небольшой, усилитель не потребуется, при соответствующей разрядности АЦП
и в вашей схеме сдвиг зависит от усиления

на входе лучше применить диф. усилитель (с фильтром, если полоса действительно не больше 3кгц)
ПС 0,1% это необходимость? и это приведенная или относительная? в любом случае придется запастись хорошими резисторами.

Ну наверное действительно проще взять ацп 16 бит, и его хватит. Но как-то одна мысль, что ацп будет использоваться, по большей части на 1/6 или 1/8 (5 вольт из диапазона -10(-20)..+20) от диапазона - не привлекает, но при этом ничего страшного.

Да с резисторами то как раз проблем нет. Есть российский производитель, отзывы хорошие!


Типа как на схеме ниже? Тогда не понятно как быть с делителем.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Сейчас схема прототип на инструментальном усилке AD8226 - видит большую диф. составляющую 100 Гц на столе. Входы к земле по 2 кОм! Пока один из входов не приземлил - наводка не ушла.

Что у Вас за стол такой чудесный? И схема не для ИУ нарисована. Для самодельного ИУ на ОУ.
Не должно так быть... Попробуйте тогда с допустимым сетевым синфазным. Есть у TI - http://www.ti.com/ww/ru/analog/ina149_diff...d_pod4=38742821
и у AD.

Неправильная постановка вопроса.
Диапазоны должны подчиняться геометрической прогрессии.
То есть, каждый последующий в К раз шире предыдущего.
Возбмем К=10.
Тогда будет примерно так:
0-20
0-2
0-0,2
0-0,02
ну итд.
Идея переключений такая: сначала измеряется грубо на максимальном диапазоне, затем точно на нужном.

Диапазон устанавливается жёстко, т.е. диапазон от источника сигналов известен!
Поэтому "бродить" по диапазонам не нужно. Достаточно выставить один диапазон.
Или Вы это всё в динамике предлагаете делать?

Ну тогда наверное стоит поставить вопрос о схемотехнике первого каскада.
Использование "особенных" ОУ (по типу тех что предлагает уважаемая Tanya) нет желания, потому как выбор не широк.
Хотелось бы подавить все синфазные помехи.

Ещё вопрос: так как выбор частоты дискретизации регулируемый (предположем шагом 10 мкс), получается помеху 50 Гц в любом случае цифрой придётся давить?

Придется перебороть свои желания. А про широкий выбор... Он шире, чем Вам кажется. А зачем нужна широта выбора?
Если есть синфазные помехи, которые приведут к зашкалу первого каскада, то все, что стоит потом, уже никак не поможет. Никакая магическая цифра...
Есть еще пассивные синфазные фильтры. А Вы действительно пробовали именно то, что было нарисовано? Соберите нормальную схему и попробуйте еще разок. Если да.

А где они здесь? Провод-то один.

Всё же интересно как лучше: приземлить один вход ОУ(вход - делитель на резисторах), дифф усилитель как в 4 посту(без резисторов по входу, но питание - дотягивать до входного - гемор)?
С учётом того что наводки ужасные!

Это у нас тут ужасные информационные наводки. Вы рисуете одно, а пишете о другом. Нарисуете схему? ИУ и ОУ - разные вещи.

пример ДУ с большим синфазным вам привели, если синфазное на самом деле не такое большое, как вы написали, и

собирать ДУ на рассыпухе, то R11!!R8=R9
в интегральном ДУ проблем со стабильностью и точностью резисторов нет меньше

не всегда, например, в осциллографах

Вы ошибаетесь. Или мне это кажется?

Включив телепатию с чёрной магией выдвину предположение, что имелось ввиду равность сопротивлений + и - входов устройства/ОУ. То есть R11 || R8 должны = R9, примерно.

Да. Если R7=R10. Только непонятно, зачем такое в данном случае. Автору нужно ослабить сигнал. Т.е. резистор в обратной связи должен быть меньше, чем резистор на входе. Добавлять туда резистор с большим номиналом на землю не стоит. R11 просто лишний.

Значит, это и будет один диапазон, без переключений.
С т.з. динамического диапазона все ваши "диапазоны" практически одинаковы.

Для наводки:
Посчитайте дискретность вашего АЦП (отбросив пару-тройку младших разрядов) на диапазоне 20В, затем измерьте с такой дискретностью 10мВ, прибавьте оффсеты АЦП и усилителя, а затем полученное значение проверьте на предмет соответствия 0,1%

по умолчанию входные резисторы равны
на R11,R9 вместо заземления можно подать смещение для работы с однополярным входом АЦП

Смещение можно подать на R9. R11 совсем не нужен. Или я ошибаюсь? Или это мне кажется?

Если вы аккуратно посчитаете, то, легко убедитесь в том, что в данной схеме невозможно выровнять входные сопротивления входов. Особенно, если учитывать и синфазную и дифференциальную составляющие сигнала. Поэтому, если это нужно, лучше использовать интструментальный усилитель, иначе синфазная компонента будет давать дифференциальный сигнал из-за разности входных сопротивлений (при ненулевом сопротивлении источника).

И вообще, требования какие-то странные. Если входы гальванически изолированные - то откуда помехи? А если "помеха" есть прямо на входе - то это уже не помеха, а сигнал.

Ну посчитайте аккуратно. Только толку в этом нет. Ведь эта схема правильно работает только при нулевом выходном сопротивлении источника сигнала. Для этого к ней приделывают спереди еще два ОУ. Получается классическая схема ИУ.

C точки зрения измериловки, входное сопротивление канала должно быть очень большое!
Ввиду того, что схема гальванически развязана, помех и смещений синфазных быть не должно (или мало).
Отсюда вывод, для входного каскада ИУ - самое оно. Но ИУ имеет коэффициент усиления больше 1. А мне нужен делитель на 4! Получается без входного делителя на резисторах не обойтись? Или если ставить, то ставить сопротивления в районе 1 МОма? - это не получится антенна?

Хотелось бы вернуться именно к схемотехнике!
Как входной диапазон "уместить" в операционик с питанием +/- 5 Вольт.

Вы ошибаетесь - есть с усилением от 0.1 - ad628 и др.
При этом совершенно очевидно, что без входного делителя, который у некоторых сделан внутри, принять сигнал, вылезающий за размах питания, невозможно. А раз есть делитель, то входной ток будет соответствующий.