Operationsverstärker-Signalverarbeitung eines Beschleunigungsmesserausgangs für einen ADC

Welche Art von Werten [für die Widerstände des Differenzverstärkers] sollte ich verwenden?

Als Faustregel gilt, dass die Eingangsimpedanz des Differenzverstärkers mindestens das Zehnfache der Ausgangsimpedanz des Beschleunigungsmessers betragen sollte, um Signalverluste zu vermeiden (der Differenzverstärker hätte idealerweise eine unendliche Eingangsimpedanz). Das Blockdiagramm des ADXL335-Datenblatts deutet darauf hin, dass die Ausgangsimpedanz ungefähr ist$32\text{k}\Omega$, also würden Sie hochwertige Widerstände benötigen.

Die Verstärkung des Differenzverstärkers wird durch das Verhältnis der Widerstände eingestellt (eine Beispielableitung ist hier ). Sie müssen die Widerstände in Ihrem Schaltplan auf einstellen

Das Problem dabei ist, dass Sie zwei Widerstände einstellen müssen, um die Verstärkung einzustellen.

Beide Probleme können Sie mit einem Instrumentenverstärker lösen . Konzeptionell handelt es sich um einen Differenzverstärker mit zwei Operationsverstärkerpuffern an jedem Eingang:

Die Operationsverstärkerpuffer geben Ihnen eine viel höhere Eingangsimpedanz als der Differenzverstärker allein, und die Architektur ermöglicht die Einstellung der Verstärkung durch Änderung nur eines Widerstands. Sie können einen Eingangsverstärker aus diskreten Operationsverstärkern konstruieren, aber ein IC-Eingangsverstärker weist weniger Verstärkungsfehler auf, da ICs eine bessere Anpassung der Widerstände aufweisen. IC-Hersteller bieten eine große Auswahl an Instrumentenverstärkern an , sodass Sie in der Lage sein sollten, einen zu finden, der Ihren Anforderungen entspricht.

Als Bonus bieten IC in Verstärkern einen Referenzstift, mit dem Sie einen Offset für Ihren Ausgang bereitstellen können (z. B. durch die Vorspannung). Im obigen Amp-Schema ersetzt der Referenzstift die Masseverbindung zu$R_3$. Eine Erklärung zur Verwendung dieses Pins finden Sie normalerweise im Datenblatt des Verstärkers. Zum Beispiel sagt das AD8221-Datenblatt :

Wie in Abbildung 43 gezeigt, befindet sich der Referenzanschluss REF an einem Ende eines 10-kΩ-Widerstands. Der Ausgang des Instrumentenverstärkers ist auf die Spannung am REF-Anschluss bezogen; Dies ist nützlich, wenn das Ausgangssignal auf einen präzisen Mittenversorgungspegel versetzt werden muss. Beispielsweise kann eine Spannungsquelle mit dem REF-Pin verbunden werden, um den Ausgang pegelzuschieben, sodass der AD8221 mit einem ADC verbunden werden kann. Der zulässige Referenzspannungsbereich ist eine Funktion der Verstärkung, Eingangs- und Versorgungsspannung. Der REF-Pin sollte weder +VS noch –VS um mehr als 0,5 V überschreiten.

Für beste Leistung sollte die Quellenimpedanz zum REF-Anschluss niedrig gehalten werden, da parasitäre Widerstände CMRR und Verstärkungsgenauigkeit nachteilig beeinflussen können.

Sie müssten der Vorspannung wahrscheinlich einen einfachen Operationsverstärkerpuffer hinzufügen, damit die Quellenimpedanz am REF-Anschluss niedrig genug ist.

welche Spannung sollte ich an die Operationsverstärker liefern - ist$\pm 5\text{ V}$ausreichend für einen Beschleunigungsmesserausgang von maximal 3,3 V?

Es könnte sein. Es kommt auf den gewählten Verstärker an. Sie müssen sicherstellen, dass der Verstärker weiter betrieben werden kann$\pm 5\text{ V}$, dass seine Eingänge innerhalb seines Eingangs-Gleichtaktbereichs bleiben und dass sein Ausgang nahe genug an seinen Versorgungsspannungen schwingen kann. Konsultieren Sie das Datenblatt.

Um die Verstärkungsanforderung von 1 bis 32 in Binärschritten zu bewältigen, würde ich vorschlagen, einen Verstärker mit programmierbarer Verstärkung mit binär gewichteten Verstärkungen zu verwenden. Beispielsweise ist der PGA205 ein Instrumentenverstärker mit programmierbarer Verstärkung (sowohl Eingangsverstärker als auch programmierbare Verstärkung kombiniert) mit einer Verstärkungsauswahl von 1, 2, 4 oder 8. Fügen Sie einen weiteren programmierbaren Operationsverstärker mit binär gewichteten Verstärkungen hinzu (z. B. den LTC6910- 2 an den Ausgang des ersten, um eine Gesamtverstärkung von 1 bis 32 zu erreichen).