AC-Signalkonditionierung für ADC (Designoptionen)

Ich habe ein Niederfrequenzsignal (50 Hz), das je nach ausgewähltem Modus positiv oder negativ sein kann (zentriert um die Systemmasse). Das Signal hat eine maximale Amplitude von +/- 12V. Nur um das klarzustellen, wenn ein Modus ausgewählt ist, ist das Signal von 0 bis 12 V positiv und wenn der andere Modus ausgewählt ist, ist das Signal von 0 bis -12 V negativ.

Jetzt möchte ich dieses Signal mit einem 12-Bit-ADC (MCP3208 - Datenblatt ) digitalisieren, und es ist in Ordnung (vielleicht vorzuziehen), wenn das Signal gleichgerichtet wird, sodass es immer positiv ist.

Ich habe also zwei Hauptmöglichkeiten: Ich kann mein Signal gleichrichten und skalieren, was mir mehr digitale Präzision verleiht, oder ich kann das Signal mit dem offensichtlichen Verlust an digitaler Präzision mit Gleichstrom vorspannen und skalieren (Konvertieren von 0-12 V im Gegensatz zum Konvertieren von 0 -24 V). Option Nr. 1 scheint die offensichtliche Wahl zu sein, aber meine Sorge gilt der Präzisionsgleichrichterschaltung.

Die Frage ist dann: Welche Option verzerrt das Signal am wenigsten und (im Wesentlichen) wie genau sind Präzisionsgleichrichterschaltungen im Vergleich zu einem einfachen gepufferten Spannungsteiler?

Ich sollte hinzufügen, dass es bei dieser Anwendung wichtig ist, die Form des Signals beizubehalten, wichtiger als die Auflösung, denke ich.

Sie sind sich Ihrer Terminologie hier nicht sicher, Sie sagen, Option 1 besteht darin, das Signal (Wechselstrom zu Gleichstrom) gleichzurichten, aber dann sagen Sie, dass die Wellenform (Form) wichtig ist. Müssen Sie also die Wellenform messen oder nicht? Entschuldigung, lesen Sie einfach noch einmal, Sie haben früher im Beitrag klargestellt.
Sie sagen, das Signal hat nur 50 Hz, aber dann sagen Sie, dass die Form des Signals wichtig ist. Bis zu welcher Frequenz oder Harmonischen? Das ist die Frequenz, bei der der aktive Gleichrichter noch gut 12 Bit erreichen muss. Wie schnell möchten Sie Proben nehmen? Das sagt uns implizit, welcher obere Frequenzinhalt Ihnen wichtig ist. Es sagt uns auch, wie machbar die Verwendung eines 14-Bit-A/D über den gesamten Plus/Minus-Eingangsbereich ist.
@Olin Lathrop Das ist ein guter Punkt. Das Signal kommt von einem Kurvenschreiber mit einer Bildwiederholfrequenz von 50Hz. Du hast V auf einem Kanal und ich auf dem anderen. Die Signalform ist wichtig, weil ich beabsichtige, sie in der Software auf XY-Weise abzugleichen.
Ähm, OK, was ist also die Obergrenze des Frequenzinhalts? Wie schnell möchten Sie Proben nehmen? Ich werde nicht immer dieselben Fragen stellen. Dies ist Ihre letzte Chance, meine Frage zu beantworten.

Antworten (3)

Eine Möglichkeit besteht darin, einen 14-Bit-A/D zu verwenden und ihn den gesamten ± Eingangsbereich umwandeln zu lassen.

Wenn Sie sich wirklich nicht um das Vorzeichen des Eingangs kümmern, sondern nur um seinen absoluten Wert, dann klingt eine aktive Präzisionsgleichrichterschaltung nach einer vernünftigen Wahl.

Sie sagen, das Signal hat 50 Hz, aber seine Wellenform ist wichtig. Daher ist die Bandbreite höher als 50 Hz. Sie müssen angeben, wie hoch es sein muss. Wenn beispielsweise bis zur 100. Harmonischen gut genug ist, muss der aktive Gleichrichter bis zu 5 kHz arbeiten. Das sollte mit guten Teilen bis 12 Bit noch machbar sein.

Der Wechsel zu 14 Bit ist eine ausgezeichnete Option, und Sie würden die doppelte Auflösung für jede Polarität mit (wahrscheinlich) geringen zusätzlichen Kosten erhalten.
Ich werde die aktive Gleichrichterlösung vorerst aufstecken. Ich habe (noch) keine genauen Zahlen für die Abtastrate, aber ich werde dies während des Prototypings durcharbeiten.

Wenn Sie sich Ihre Wahl des ADC ansehen, haben Sie 8 Eingangskanäle. Warum nicht 1 Eingang einfach skalieren und einen zweiten Eingang invertieren und skalieren.

Andernfalls müssen Sie eine Wechselstromkopplung durchführen, aber bei dieser (niedrigen) Frequenz benötigen Sie wahrscheinlich einen ziemlich großen Kondensator, Puffer und eine Skalierung für Ihren ADC.

Ich glaube nicht, dass ein Präzisionsgleichrichter das ist, was Sie wollen; Sie verlieren alle negativen Signale.

BEARBEITEN Habe gerade diesen Artikel gefunden, der eine Absolutwertschaltung beschreibt. Bei 50Hz würde ich eine gute Präzision erwarten . Sie werden immer eine zusätzliche Verzerrung von jeder diodenbasierten Operationsverstärkerschaltung erhalten.

Ich verstehe nicht, was Sie sagen (vielleicht bin ich dumm!). Das Signal kann positiv oder negativ sein, basiert jedoch auf einer Modusauswahl. Für das digitalisierte Signal muss ich die Polarität des Signals nicht erfassen - nur Amplitude und Form.
Durch (Präzisions-)Gleichrichtung des Signals würde ich erwarten, dass alle negativ verlaufenden Signale umgedreht werden, was aufgrund dessen, was ich oben gesagt habe, in Ordnung ist. Ist das sinnvoll?
@Buck8pe Ja, aber Sie können das Signal nicht aus beiden Modi umkehren (invertieren) , sonst wird Ihr Positiv nur negativ und umgekehrt. Wenn Sie einen ADC-Eingang haben, der den positiven 0-12-V-Signalbereich misst, und einen zweiten, der Ihren negativen 0-12-V-Signalbereich misst, löst dies Ihr Problem (vielleicht, oder bin ich dumm!)
Ich habe gerade verstanden, was Sie mir sagen wollten (Entschuldigung). Gehe ich richtig in der Annahme, dass der aktive Gleichrichter die positive Halbwelle so lassen würde, wie sie ist? In welchem ​​​​Fall müssen Sie nicht zwischen den beiden "diskriminieren"? Schätzen Sie die Anstrengung.
Für die Absolutwertschaltung ja

Mit einem Gleichrichter ist Ihr Messaufbau unterhalb der Durchlassspannungen der Dioden blind, was eine Nichtlinearität darstellt und dazu führt, dass Oberschwingungen auftreten.

Pegelverschiebung des Signals ist hier die bessere Wahl, IMO. Sie sollten etwas zusätzlichen Headroom lassen (z. B. -14 .. 14 V), damit Sie aufgrund von Fertigungstoleranzen nicht an die Grenzen stoßen.

Wenn Sie überabtasten können, können Sie dort auch einige zusätzliche Präzisionsbits erhalten.

Ein Präzisionsgleichrichter (unter Verwendung eines Operationsverstärkers) korrigiert den Durchlassspannungsabfall der Diode. Solange die Diode und der Operationsverstärker (Slew) schnell genug für das Signal sind (meiner Erfahrung nach liegt eine typische Grenze bei einem Signal von etwa 100 kHz), sollte die Präzision gut sein.
Gilt diese Nichtlinearität auch für typische Präzisionsgleichrichterschaltungen (mit Operationsverstärkern)? Ich dachte, das wollten diese Präzisionsschaltkreise vermeiden?
AC-Signalkonditionierung für ADC (Designoptionen)
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