Operationsverstärker mit spannungsgesteuerter Verstärkung und Einheits-DC-Verstärkung

Ich habe einen Autositzmotor, den ich über PWM fahre, und möchte seine Position messen, indem ich die geringfügigen Spannungsschwankungen an einem Strommesswiderstand zähle, der an der niedrigen Seite eines FET angebracht ist, wenn sich der Motor dreht. Bei höheren Lasten ist Vpp deutlich geringer (30 mV) als bei 25 % Last (4,7 V). Ich zapfe derzeit das Signal zum Messen durch einen Mikrocontroller-ADC in zwei verschiedenen Verstärkungsstufen an, um dies zu handhaben, möchte dies jedoch alles in einer Stufe mit einer Schaltung mit variabler Verstärkung erledigen, sodass nur 1 ADC benötigt wird.

Bevor ich auf das eingehe, was ich versucht habe, möchte ich meine Hauptfrage stellen. Wie passe ich die Verstärkung meiner Wellenform dynamisch an, um ein Signal mit konstantem Vpp auszugeben, wenn mein Eingangs-Vpp im Bereich von 30 mV bis 4,7 V liegt?

Ich verwende einen Operationsverstärker TI LMV344 mit Schienen auf 0 V und 5 V. Die Motoren sind 12V.

Derzeit ist der Schaltungsfluss:

1. Ausgang des Messwiderstands
2. Diodenspannungsklemme zum Entfernen der DC-Vorspannung
3. Nicht invertierender LPF-Operationsverstärker mit hoher Verstärkung. Filtert das 20-kHz-PWM-Signal heraus
4. Diodenklemme zum Reduzieren der Vorspannung. Ich weiß jetzt, dass ich einen Kondensator zwischen den Widerstand und Masse des Verstärkungsteils des obigen LPF schalten kann
5. Sallen-Key LPF zur weiteren Reduzierung des 20-kHz-PWM-Signals. Niedriger Gewinn. Hier tippe ich auf Low-Duty-Signale, da jede weitere Verstärkung dazu führt, dass die niedrigsten Dutys dazu führen, dass das aktuelle Signal den Operationsverstärker sättigt.
6. Diodenklemme zur Reduzierung der DC-Vorspannung.
7. Ein weiterer Sallen-Key LPF, identisch mit dem obigen Filter, kein Tap. Ich wollte dieses Rauschen wirklich herausfiltern.
8. Hochverstärkender, nicht invertierender LPF-Operationsverstärker. Hier werden höherwertige Signale abgegriffen.

Das Problem, auf das ich gestoßen bin, ist, dass der Vpp-Ausgang bei höchster Leistung niedrig genug ist, dass es manchmal schwierig ist, Impulse zu erkennen. Bei der Übergangslast von etwa 60 % ist Vpp auf der Seite hoher Last gesättigt und Vpp auf der Seite niedriger Last ist zu klein.

Mein aktueller Versuch, dieses Problem zu lösen, besteht darin, das zum Antreiben des Motors verwendete PWM-Signal zu verwenden, um die Verstärkung an einem separaten Verstärkungsverstärker einzustellen. Die Verstärkung wird eingestellt, um das Signal mit hohem Tastverhältnis auf die gewünschte Vpp zu bringen. Wenn die Einschaltdauer zunimmt, wird eine invertierte Kopie der Einschaltdauer in ein analoges Signal (dargestellt durch V3) gefiltert und durch einen Spannungsfolger geleitet, der mit dem invertierenden Pin des Verstärkers mit der Verstärkungsstufe verbunden ist. Aber wenn ich dies tue, bewirkt der in Schritt 5 ausgegebene Gleichstrom, dass das Signal an der oberen Schiene des Operationsverstärkers gesättigt wird, wenn niedrige Lasten verwendet werden. Wenn ich eine Diodenklemme zwischen das Signal von Schritt 5 und den Verstärkungsverstärker lege, kann ich die Verstärkung so steuern, wie ich es mir erhofft hatte. Wenn ich einen Kondensator zwischen den an Masse und Masse angeschlossenen Verstärkungswiderstand platziere, um die DC-Verstärkung auf Eins zu reduzieren und die Notwendigkeit einer Diodenklemme zu beseitigen, Die Verstärkung wird nicht mehr gesteuert und die DC-Verstärkung ist nicht Eins. Die Diodenklemme muss ersetzt werden, da die verschiedenen Vpp-Werte unterschiedliche Offsets benötigen, damit sie nicht gesättigt werden.

Hier ist der letzte Absatz als Schema. Die Operationsverstärker sind LMV344-Operationsverstärker, nicht LMV324, wie die Abbildung vermuten lässt. Das Eingangssignal hat je nach Motorlast eine Vpp von 30 mV bis 4,7 V.

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Und hier sind zwei Beispiele für das Eingangssignal. Die erste ist die Stromaufnahmewellenform bei 100 % Einschaltdauer und die zweite ist die Stromaufnahme bei 25 % Einschaltdauer.

Wie kann ich eine Schaltung mit variabler Verstärkung erhalten, Signale mit Vpp zwischen 30 mV und 4,7 V auf etwa 4,7 V verstärken und gleichzeitig eine Sättigung aufgrund von DC-Eingangspegeln vermeiden? Vielen Dank im Voraus. Das hat mich im letzten Monat verzehrt.