Erstellen eines Differenzverstärkers für niedrige Spannungen (Stromshunt)

Ich versuche, eine "Präzisions" -Volldifferentialverstärkungsstufe zu erstellen, um uA an einem 10R-Shunt und mA an einem 0,01R-Shunt zu messen. Shunt-Widerstandswerte werden aus Gründen der Lastspannung auf diese Werte eingestellt. somit wäre die Spannung ~10uV/uA und ~10uV/mA.

Meine Topologie meines Frontends besteht aus zwei Sätzen von Shunt -> x10-Differentialverstärker -> PGA -> Muxed-Eingang von 24-Bit-ADC (LTC2442).

meine frage hier bezieht sich auf den x10 stufenverstärker. Ich habe mir die gezeigte Schaltung ausgedacht, aber sie hat ihre Tücken und erfordert hauptsächlich jeweils 2x 8 $ Widerstandspakete. Die Kosten sind nicht das Problem, ich habe nur das Gefühl, dass ich vielleicht eine einfachere Lösung übersehe. Ich könnte ein Potentiometer hinzufügen, um das CMRR einzustellen, aber ich hoffe, dass die Widerstände genau genug übereinstimmen.

Meine Frage ist, ob mein Design eine gute Implementierung, Verbesserungen an meinem Design oder eine Lösung ist, die weniger angepasste Präzisionswiderstandspakete erfordert.

Abgebildet ist ein "klares" Bild von dem, was ich in Betracht ziehe (NICHT das verwendete). Der tatsächlich verwendete hat zwei Pakete mit 4x 5K- und 4x 1K-Widerständen, da die 4 Werte genau übereinstimmen müssen, aber das Verhältnis ist softwarekalibriert. VREF = 2,5 V. SENSE-Flags sind direkt mit Shunts verbunden.

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Warum haben Sie zwei unabhängige Messkanäle, denen das gleiche Signal zugeführt wird?
Ich mache gerade ein Projekt, bei dem ich 1 uA-10 mA messen muss, und ich verwende 10 R für mA und 1 k Shunt für uA, wobei ein dedizierter 50-V / V-Verstärker in einen 12-Bit-ADC eingespeist wird - dank größerer Spannungsabfälle Ich brauche keinen ADC mit verrückter Auflösung. Die ganze Konstruktion kostet mich ein paar Dollar. Es gibt 200-V/V-Verstärker und sogar 500-V/V-Verstärker wie INA180 oder andere INA-Serien - sie haben integrierte Widerstände, werfen Sie einen Blick darauf. Sind Sie sicher, dass Sie diese winzigen Shunts brauchen und es keinen anderen Weg gibt? Ich kompensiere die Lastspannung in der Software.
Sie werden nicht mit demselben Signal gespeist, Kanal 1 ist 10R (uA), Kanal 2 ist 0,01R (mA). Ja, das tue ich für die Strommessung im Stromkreis, bei der die Bordreglerspannung nicht geändert werden kann. dh Entwicklung eines batteriebetriebenen Geräts, möchten den Strom wissen, der von einem Gerät auf der Leiterplatte verwendet wird. Ja, ich könnte eine externe Versorgung verwenden, um dies zu kompensieren, aber darum geht es nicht. Die 1,2-V-Schiene kann einen ziemlichen Schlag einstecken, wenn es um die Lastspannung geht.
Oh ja, das sind sie - ich kann Schaltpläne lesen.
Ich entschuldige mich, wenn es nicht klar war, hier ist ein vollständiges Bild der beiden Kanäle. Es ist ein Volldifferenzverstärker, Differenzialeingang, Differenzialausgang. i.postimg.cc/d3c7CX1v/full.png

Antworten (2)

Ich tue dies für die Strommessung im Stromkreis, bei der die Bordreglerspannung nicht geändert werden kann. dh Entwicklung eines batteriebetriebenen Geräts, möchten den Strom wissen, der von einem Gerät auf der Leiterplatte verwendet wird

Lösung 0: Ustrom

Lösung 1: Versorgen Sie das Gerät, dessen Strom Sie messen möchten, mit einem separaten Mikroleistungs-LDO und stecken Sie den Strommesswiderstand in den Eingang des LDO, damit Sie sich nicht um die Lastspannung kümmern. Dies addiert jedoch die Stromaufnahme des LDO zur Messung.

Lösung 2: Bauen Sie Ihren eigenen Regler

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Der Ausgangsstrom kann an R1 gemessen werden, der ein höherwertiger Widerstand sein kann, da der Operationsverstärker die Lastspannung kompensiert.

Lösung 3: Verzichten Sie auf den Instrumentenverstärker.

Das interessante und teure Merkmal des Instrumentenverstärkers ist die Gleichtaktunterdrückung, unabhängig von der Gleichtaktspannung, von einer Quelle mit hoher Impedanz. Ihre Quellenimpedanz ist jedoch niedrig und Ihre Gleichtaktspannung ist bekannt und konstant. Sie müssen also nicht für Funktionen bezahlen, die Sie nicht benötigen, und können stattdessen diese viel einfachere Schaltung verwenden:

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Die Spannung an R1 ist die Spannung am Shunt multipliziert mit der Verstärkung des Operationsverstärkers (1 + R3 / R2).

Der Operationsverstärker sollte einen niedrigen Offset haben, und der Eingangsstrom ist Teil der Messung, daher würde ich einen FET-Eingangs-Chopper-Operationsverstärker vorschlagen.

Dann ... benötigen Sie bei all diesen Lösungen immer noch einen Differenzverstärker, aber da die Differenzspannung jetzt ziemlich groß ist, ist die erforderliche Gleichtaktunterdrückung viel geringer, sodass Sie den Differenzverstärker in Ihrem ADC verwenden können.

Danke. Option 0,1,&2 wäre in meinem Fall keine Option, vielleicht hätte ich das angeben sollen. Ich baue ein "Handgerät" mit einem Farbdisplay, um Datenprotokolle, Grafiken und andere Analysen des Signals durchzuführen. Wenn ich nur Ströme auf meiner Bank messen wollte, verwende ich einfach den von Ihnen vorgeschlagenen ucurrent und ein 6,5-stelliges Bankmeter. Ich werde die Genauigkeit der dritten Lösung prüfen, die Sie danke angegeben haben.
OK, wenn es sich um ein Handheld-Gerät handelt, gibt es keinen Gleichtakt ... In einem Multimeter ist der "COM" -Anschluss nur die interne Multimetermasse. Wenn es also Strom misst, hat sein interner Shunt einen Gleichtakt von 0 V ...

Um diese Art von Signal zu messen, benötigen Sie einen Operationsverstärker für die Instrumentierung , bei dem es sich im Grunde um eine Schaltung handelt, die mehrere Operationsverstärker in einem einzigen Paket umfasst.

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Verständnis von CMR und Instrumentenverstärkern

Diese Instrumentierungs-Operationsverstärker ermöglichen einen hochohmigen Eingang, sind sehr präzise und können sehr kleine Spannungen messen.

Diese können bis zum nV-Pegel des Differenzeingangs arbeiten.

Erstellen eines Differenzverstärkers für niedrige Spannungen (Stromshunt)
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