Hobby-Oszilloskop basierend auf AVR. Wie entferne ich Operationsverstärkerrauschen?

Ich baue ein Hobby-Oszilloskop auf einem ATmega16-Mikrocontroller. Das Hauptproblem ist, dass ich beim Messen des Signals viel Rauschen erhalte. Ich habe LF353 -Verstärker verwendet, um die Spannung zu verschieben, und ich vermute, dass sie das Rauschen verursachen könnten.

Dies ist das Schema mit einem Operationsverstärker. Das Signal geht an 'Input' und der 'Output' geht direkt an den ADC-Pin des Mikrocontrollers.

Schema

Und das ist das Signal, das ich bekomme, wenn die Leitungen nicht verbunden sind:

Signal

Besteht die Möglichkeit, dass Sie die Netzfrequenz abgreifen (normalerweise 50 oder 60 Hz)?
Keine Antwort, aber: Das am nichtinvertierenden Eingang empfangene Signal wird durch den Spannungsteiler aus R1 und R2 auf 18% des ursprünglichen abgeschwächt. Ist das Absicht?
Tatsächlich waren dies die einzigen herumliegenden Widerstände, sodass ihre Werte nicht beabsichtigt waren.
Was sagt die ATmega16-Broschüre über Impedanzen, die den ADC-Pin ansteuern - normalerweise benötigen MCUs an dieser Stelle eine ziemlich niedrige Impedanz, um das Rauschen niedrig zu halten. Mit welcher Rate proben Sie? Sampeln Sie gleichzeitig einen anderen Eingang? Haben Sie versucht, den Operationsverstärker herauszunehmen und zu erden, wo der Operationsverstärkerausgang gewesen wäre? Welche Versorgungsentkoppler am Operationsverstärker haben Sie verwendet?
Der CPU-Takt beträgt 16 MHz und der ADC-Prescaler 128, also beträgt die Abtastrate ungefähr 9 ksps, denke ich. Im Moment sample ich nur einen Eingang (Kanal). Wenn ich den Operationsverstärker umgehe und den ADC-Pin erde, ist das Ergebnis absolut Null und es ist kein Rauschen vorhanden. Auf dem Operationsverstärker LF353 habe ich einen 68-nF-Entkopplungskondensator verwendet.
Dann von dort aus rückwärts arbeiten. R5 statt Pin 1 auf 0V legen ... verrauscht? Wenn dies der Fall ist, führt R6 Rauschen von der +5-V-Leitung ein, und Sie müssen das beheben. Übrigens ist das kein Operationsverstärkerrauschen, es ist zu periodisch - es könnte eine Netz- oder Netzteilwelligkeit sein. Und 68nf entkoppelt nicht bei Audiofrequenzen; 68uf wäre eher so.
@BrianDrummond Danke, ich werde es ausprobieren. Die Schaltung wird vom USB des Computers mit Strom versorgt. Soweit ich weiß, liefert der USB-Bus eine stabile Spannung. Oder sollte ich einen separaten Spannungsregler verwenden, um den Verstärker mit Spannung zu versorgen?
Jede Spannungsschiene, die Sie über Widerstände wie Ihren R6 direkt an den analogen Signalpfad anlegen, muss absolut leise sein, um Rauschprobleme zu vermeiden. Es ist auch offensichtlich, dass die Verwendung der 5-V-Versorgung, um den Signalpfad so vorzuspannen, wie Sie es sind, dazu führt, dass der Signaleingang zum A / D eine Abhängigkeit vom absoluten Wert dieser Versorgungsspannung aufweist. Ich würde denken, dass Sie Ihr Design etwas überdenken möchten, so dass das einzige, was den Signalpfad direkt vorspannt, die Eingangsspannung und die Ausgänge des Operationsverstärkers sind. Auf diese Weise entfernen Sie den Effekt von Variationen des (Fortsetzung)
(Fortsetzung von oben) Versorgungsspannung um einen Faktor der PSSR (Power Supply Rejection Ratio) der verwendeten Operationsverstärker. Schließlich denke ich, dass Sie für die beste Bandbreitenunterstützung, wenn Sie Ihre Technik verfeinern, Ihren A / D-Eingang von einer Quelle mit möglichst niedriger Impedanz ansteuern möchten. Ihre aktuelle Quellenimpedanz beträgt ungefähr 33 K || 82K. Dies erscheint ziemlich hoch und muss möglicherweise erheblich niedriger sein, wenn Sie jemals versuchen möchten, mehrere Kanäle nacheinander zu multiplexen. Der letzte Kommentar, den ich machen werde, ist, dass Sie versuchen sollten, separate AVCC- und AGND-Pins auf der MCU zu nutzen (Fortsetzung)
(Fortsetzung von oben) so, dass Sie für die analoge Schaltung separate gefilterte 5 V und GND verwenden und diese direkt an der MCU mit der MCU-GND verbinden.
Das war wirklich hilfreich. Ich werde versuchen, das Design so zu ändern, wie Sie es vorgeschlagen haben. Ich werde auch versuchen, ADC von einer separaten Stromquelle zu betreiben.
Ich denke, das kommt vom LC von OP AMP selbst. Das einzige, was Sie tun könnten, ist, ein instrumentales Design zu verwenden.
@MichaelKaras, was Sie geschrieben haben, ist hilfreich genug, um als Antwort gepostet zu werden.
@ThePhoton - Zu einer Antwort verschoben. :-)
@MichaelKaras akzeptiert :)

Antworten (2)

Jede Spannungsschiene, die Sie über Widerstände wie Ihren R6 direkt an den analogen Signalpfad anlegen, muss absolut leise sein, um Rauschprobleme zu vermeiden. Es ist auch offensichtlich, dass die Verwendung der 5-V-Versorgung, um den Signalpfad so vorzuspannen, wie Sie es sind, dazu führt, dass der Signaleingang zum A / D eine Abhängigkeit vom absoluten Wert dieser Versorgungsspannung aufweist.

Ich würde denken, dass Sie Ihr Design etwas überdenken möchten, so dass das einzige, was den Signalpfad direkt vorspannt, die Eingangsspannung und die Ausgänge des Operationsverstärkers sind. Auf diese Weise entfernen Sie den Effekt von Schwankungen der Versorgungsspannung um einen Faktor des PSSR (Power Supply Rejection Ratio) der verwendeten Operationsverstärker.

Schließlich denke ich, dass Sie für die beste Bandbreitenunterstützung, wenn Sie Ihre Technik verfeinern, Ihren A / D-Eingang von einer Quelle mit möglichst niedriger Impedanz ansteuern möchten. Ihre aktuelle Quellenimpedanz beträgt ungefähr 33 K || 82K. Dies erscheint ziemlich hoch und muss möglicherweise erheblich niedriger sein, wenn Sie jemals versuchen möchten, mehrere Kanäle nacheinander zu multiplexen.

Der letzte Kommentar, den ich machen werde, ist, dass Sie versuchen sollten, separate AVCC- und AGND-Pins auf der MCU zu nutzen, sodass Sie separate gefilterte 5 V und GND für die analogen Schaltkreise verwenden und diese direkt an der MCU mit der MCU-GND verbinden.

Vielleicht würde das Hinzufügen am DC-Offset am Eingang besser kontrollierbare Ergebnisse liefern. Zum Beispiel.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

+1, Nach Michaels Vorschlag habe ich auch darüber nachgedacht, die Offset-Spannung durch den Verstärker zu leiten, anstatt sie direkt an den ADC-Pin anzulegen. Ich führe auch eine negative Spannung (-5 V) über den Spannungswandler MAX1044 in die negative Stromversorgung des Operationsverstärkers ein, anstatt die negative Stromversorgung zu erden.
Was ist der Zweck von R5?
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