Unerwartete Ergebnisse im Spannungs-Strom-Wandler (Simulation ist in Ordnung)

Die folgende Schaltung zeigt einen Spannungs-Strom-Wandler basierend auf einem DAC , Operationsverstärker , Transistor und Schaltern . Der letzte ermöglicht einen bipolaren Signalausgang.

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Während des Experiments wird der DAC so eingerichtet, dass er ~ 330 mV im Widerstand (330 Ohm) an der Transistorquelle erhält, um 1 mA Strom und die LAST zu erhalten.

Die Schaltung (außer dem DAC) wird (in Multisim) mit Erfolg simuliert .

Die beim Experimentieren verwendeten Schalter basieren auf MAX4623 .

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In der realen Welt gibt es eine unerwartete Situation, wenn der Schalter eingeschaltet wird (siehe Wellenform unten).

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Die Wellenformen der LAST (2,2 K Ohm) werden im Oszilloskopdiagramm (PIN+ und PIN-) angezeigt. Alles ist wie erwartet, außer dem rot markierten Teil .

Die erwarteten Wellenformen sind unten dargestellt. Diese Wellenformen ermöglichen einen bipolaren Strom (+/-) in der Last.

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Jeder Vorschlag, um die unerwartete Situation zu verstehen, ist willkommen. Sowie ein Ansatz zur Vermeidung.

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Wie von Tony vorgeschlagen, wurde die Spannung in der Mosfet-Quelle auf ~ 110 mV reduziert.

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Die Ergebnisse in diesem Experiment ändern sich ein wenig, wie die folgenden Wellenformen zeigen:

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Wie von Spehro vorgeschlagen, könnte ein Schalter hinzugefügt werden, um eine Sättigung des Operationsverstärkers zu vermeiden.

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Unten der Vorschlag und die erwarteten Signale.

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Unten ein Vorschlag mit einem Stromspiegel, der den Vorschlägen von Tony und Spehro folgt.

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Die Wellenformergebnisse wurden mit diesem Vorschlag verbessert:

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Es gibt jedoch einige unerwünschte Situationen :

  • Der linke Teil des Spiegels ist immer eingeschaltet, was den Stromverbrauch erhöht. Vielleicht wird eine neue Frage (basierend auf diesem Experiment) lauten: Wie implementiert man einen Spannungs-Strom-Wandler mit ultraniedriger Leistung (0 bis 10 mA) ?
  • Die anfängliche Spitze (wenn der Schalter eingeschaltet wird) ist zu hoch für die Last. Bitte beachten Sie die Wellenform unten.

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Bearbeiten (erklären Sie die unerwartete Situation):

Wie angedeutet, erklärt sich die unerwartete Situation durch die Einstellzeit des Operationsverstärkers . Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Operationsverstärker nach dem Einschalten des Transistors Zeit zum Einstellen benötigt (mit der Rückkopplung). Um diese Situation zu lösen, bleibt der Transistor eingeschaltet, damit der Operationsverstärker nicht gesättigt wird. Eine Lösung wird im Vorschlag vorgestellt (siehe vorherige Bearbeitung), bei der ein zusätzlicher Transistor hinzugefügt wird (Spiegelung).

Danke

Sie haben Ihren Schaltkreis nicht gezeigt.
Die beim Experimentieren verwendeten Schalter basieren auf MAX4623
Warum versuchen Sie, eine differenzielle PWM-Stromquelle zu realisieren? Es hat zu viele fehlangepasste Impedanzen.
Ich versuche, ein zweiphasiges Signal mit festem Strom zu erreichen (wie in der Frage gezeigt).

Antworten (2)

Angenommen, Ihre Zeitbasis beträgt 500 us/div, beachten Sie, dass die Einschwingzeit bei typisch 660 us und die Anstiegsgeschwindigkeit bei 10 V/ms angegeben ist.

Sie können es besser machen, wenn Sie die Stromquelle während der Ausschaltperioden auf + V kurzschließen, damit der Operationsverstärker nicht gesättigt wird.

Hallo Spehro, danke für dein Feedback. Wie Sie bereits erwähnt haben, scheint die unerwartete Situation mit der Einschwingzeit der internen Operationsverstärker des DAC zusammenzuhängen, die gesättigt sind, wenn der Mosfet getrennt ist. In diesem Fall stimme ich zu, dass die vorgeschlagene Lösung die Situation verbessern wird. Ich habe die Bilder mit diesem Vorschlag aktualisiert.
Meine Sorge bei einem solchen Vorschlag ist der Stromverbrauch. Ich versuche, den Stromverbrauch so weit wie möglich zu reduzieren. In diesem Fall fließt ein konstanter Strom von V+ nach GND. Der DAC wird einmal eingestellt (um die Leistung zu reduzieren) und die ihn steuernde CPU geht in den Ruhezustand. Es gibt eine benutzerdefinierte Schaltung, die sich um die Schaltersignale kümmert. Andererseits könnte ein anderer Vorschlag sein, den Operationsverstärker eingeschaltet zu lassen und einen Spiegel zu verwenden, wie im Diagramm gezeigt (siehe den bearbeiteten Beitrag).

Es ist sicherlich ungewöhnlich und deutet darauf hin, dass Ihre High-Side-Analogschalter hochohmig sind. Überprüfen Sie, ob sie eine ausreichende Gate-Spannung haben. Probieren Sie CD4066 oder ähnliches für Ihr Experiment aus.

Die Realität ist komplex, da der Schaltplan nicht alle Streukapazitäten und Schutzdioden zeigt und unerwartete Ergebnisse auftreten.

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Die Schalter ergänzen die Polarität des Stroms zur Last, gehen dann aber auf Tristate (unbekannte Ladespannung). Dies scheint nicht praktikabel zu sein und ist weder ein Sample-and-Hold- noch ein Schaltkondensator-Design, sondern etwas, das sich bei hochohmigen Ladungen nicht richtig verhält .

Toni, danke für deine Kommentare.
Während der Experimente basierten die Schalter auf MAX4623. Der Gate-Spannungspegel ist mit dem Logik-Versorgungsspannungseingang (~3 V) kompatibel. Aus Ihrer vorherigen Nachricht wurde ein neues Experiment durchgeführt, um die Spannung in der Rückkopplung auf etwa 100 mV zu reduzieren. In diesem Fall ist die unerwartete Situation immer noch vorhanden, aber etwas anders. Bitte beachten Sie die Bilder in dem Beitrag, den ich mit dem neuesten Experiment aktualisiert habe.
Dieses Experiment hat zu viele Probleme mit einer komplexen Sondenkapazität mit hoher Impedanz. Erklären Sie, warum Sie es tun.
Wenn Sie die Schalterspannung mit zwei Sonden AB messen könnten, finden Sie möglicherweise weitere Gründe für den Ausfall.
Tony, kannst du bitte die Probleme auflisten, die du mit der Schaltung oder dem Experiment in Betracht ziehst? Ziel ist es, ein zweiphasiges Signal in einer variablen ohmschen Last (1 k bis 10 k Ohm) mit einem festen Strom (0,1 bis 3 mA) zu erzeugen. Die Hauptbeschränkung besteht darin, den Stromverbrauch so weit wie möglich zu reduzieren. Das zweiphasige Signal ist wie folgt definiert: ! zweiphasiges Signal .
Tony, die Antwort auf die Frage im Wellenformdiagramm "Was sollten Sie erwarten?" wird bereits in der Post-Frage mit einem anderen Wellenformdiagramm beantwortet
Tony, wenn man den Kommentar über den Wechsel zu Tristate betrachtet, ist es nicht wahr. Bitte beachten Sie, dass die beiden (2) Schalter gleichzeitig aktiviert sind (dh während φ1 oder während φ2). Das bedeutet, dass es während dieser beiden Perioden keinen Tritstate gibt. Meine Post-Frage bezieht sich nur auf diese beiden Zeiträume.
Ja ok. Die fehlerhaften Signale sollten jedoch die entgegengesetzte Polarität zu den guten haben, wenn entweder φ1 oder φ2 eingeschaltet ist, und nicht die gleiche Polarität , sodass Ihr Implementierungsfehler im Schaltplan nicht ersichtlich ist. Es begann gut, ging dann aber schief, als φ3 hinzugefügt wurde. Ihr Fehler bleibt uns verborgen. Stecken Sie Ihre Finger um die ursprüngliche Schaltung mit Streufingerkapazität zu Vdd oder Vss, bis Sie den Knoten mit dem Problem auf dem LOW-Side-Schalter finden
Fehlt Gnd für Vss auf dem Switch-IC? schlechte Verbindung? Insgesamt ist die Frage für Teile- und Pin-Nummern, Datenblatt-Links und Fotolayout schlecht dokumentiert. Muss verbessert werden. Verwenden Sie dann die Testpunktnummern TP# in zukünftigen oder geeigneten Etiketten
Hallo Tony, nochmals vielen Dank für deine Kommentare und Vorschläge. 1) Die Polarität scheint gemäß dem Schaltplan in Ordnung zu sein. Wenn beispielsweise φ1 eingeschaltet ist, muss PIN+ 18 V und PIN- "18 V Minusspannung in LOAD" haben. 2) Wie im Beitrag erklärt, ist die Hinzufügung von φ3 ein Vorschlag von Spehro, den ich im Beitrag nur zur Verdeutlichung vorgestellt habe. Dieser Test wird nicht durchgeführt, da der aktuelle Spiegel mehr Strom verbraucht als der neueste Vorschlag. 3) Die Verbindungen wurden mehrfach verifiziert.
Zusammenfassend erklärt sich die unerwartete Situation bereits durch die Einstellzeit des Operationsverstärkers (wie zuvor von Spehro erwähnt). Zusätzlich wird für andere Leser am Ende eine Lösung vorgeschlagen. Ich habe keine weiteren Fragen.
Polarität in Ordnung ?? Warum erscheint dann dieselbe Wellenform sowohl auf PIN+ als auch auf PIN-. Es sollte komplementär oder differentiell sein.
Hallo Tony, danke für deine Kommentare. Polarität und Spannung sind korrekt. Wie Sie bereits vorgeschlagen haben, wurde die Spannung im Widerstand gegen Masse (dh 110 Ohm) von 330 mV auf 110 mV eingestellt. Dies bedeutet einen Strom von 1mA. Mit anderen Worten, es gibt einen Spannungsabfall im Widerstand von 2,2 K (derselbe in den Schaltern), der eine Differenzwellenform zwischen PIN+ und PIN- während der Stufen φ1 und φ2 verursacht. Zusammenfassend sind die Wellenformen im Beitrag korrekt und zeigen einen Unterschied zwischen den einzelnen PINs von etwa 2,2 V in den Stufen φ1 oder φ2.
Unerwartete Ergebnisse im Spannungs-Strom-Wandler (Simulation ist in Ordnung)
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