Wie übersetze ich analoge Eingänge bei [-15, +15 V] in [0, +3,3 V] ohne ±15-V-Schienen? [Duplikat]

Dies ist ein lustiges Problem, aber zum Glück sind Sie nicht die erste Person, die darauf stößt. Hochgeschwindigkeits-ADCs sind in der Regel wählerisch in Bezug auf die Eingangsansteuerung, und Hochgeschwindigkeits-ADC-Treiber werden oft in Niederspannungsprozessen hergestellt, was bedeutet, dass das Akzeptieren eines Hochspannungseingangs einige Gymnastik erfordert, für die Widerstandsteiler aufgrund dessen keine Option sind Probleme mit der Hochgeschwindigkeits-Impedanzsteuerung. Stattdessen können Volldifferenzverstärker als Dämpfungsglieder verwendet werden , sogar für Eingangssignale, die selbst außerhalb des Eingangs-CMVR des Volldifferenzverstärkers liegen würden.

Basierend auf den Verfahren aus diesen beiden Appnotes erhalten wir eine Schaltungstopologie, die wie folgt aussieht:

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

In dieser Schaltung bilden U1, C1, C2 und R1-R5 ein unsymmetrisches "Differential"-Dämpfungsglied mit einer sehr hohen Eingangsimpedanz (eingestellt durch R3 & R4 = 10 MΩ) und einem V/V von 1/10, eingestellt durch den R1/R3 & R2/R4 Verhältnispaar von 1 bis 10. R5 (Rt im Anhang) steuert die Rauschverstärkung von U1 auf 2, um die Stabilität gemäß der Formel aufrechtzuerhalten

Der gewählte volldifferenzielle Verstärker THS4531A ist für etwa 3 US-Dollar in Einzelstückzahlen in einem einfach zu lötenden 8-Pin-SOIC erhältlich und bietet einen sehr niedrigen Eingangsruhestrom und eine sehr geringe Leistungsaufnahme sowie Eingangs- und Ausgangs-Gleichtaktbereiche bis hinunter zu V- . R1-R5 müssen 1% oder bessere Chipwiderstände sein (1% Dickfilm ist in Ordnung, aber wenn Sie billig eine bessere Toleranz / Anpassung erhalten können, tun Sie es) und C2 muss ein stabiler (Film, C0G) Kondensator sein - der THS4531A ist es ein schneller Teil (GBW von 36 MHz) und wird den ganzen Tag über fröhlich RFI in Ihren ADC stopfen, wenn Sie mit Layout und Entkopplung / Filterung nicht vorsichtig sind.

Die Schaltung in der gestrichelten Box, nämlich U2 und C3-C5, liefert eine stabile 1,65-V-Referenz für die Gleichtaktversorgung von U1 – sie kann von allen Kanälen gemeinsam genutzt werden und liefert auch eine stabile 3,3-V-Referenz, die eingespeist werden kann der ADC Vref (anstatt die vermutlich verrauschte Logikversorgung zu verwenden). Der REF2033 kostet etwa 3,50 US-Dollar in Onesies und wird in einem leicht kniffligen SOT-23-5-Paket geliefert. wenn ein normaler SOT-23 bevorzugt wird oder sich der REF2033 als zu teuer erweist, der ISL21080-1.5kann stattdessen verwendet werden, um ein paar Dollar von der BoM zu verlieren - C5 wird in diesem Fall weggelassen, C3 wird zu einer 2,2-nF-Kappe (Film oder C0G), da die Mikroleistungs-Ausgangsstufe des ISL21080 100 nF nicht stabil treiben kann, und die 3,3-V-Referenz Ausgabe ist nicht mehr verfügbar. Die Verwendung der 1,5-V-Referenz legt den Ausgangsbereich auch auf 0-3 V anstelle des 150-mV-3,15-V-Bereichs, der von der abgebildeten Schaltung bereitgestellt wird; Letzteres bietet eine linearere Leistung des THS4531A am unteren Ende des Ausgangsbereichs und vermeidet auch jegliche Low-End-Nichtlinearitäten in jedem ADC, den Sie verwenden.

Obwohl das OP keine Widerstandsteilernetzwerke sagt, sagt er in einem Kommentar, er ziele darauf ab, die Fähigkeiten eines billigen Multimeters zu reproduzieren. Diese haben normalerweise einen Eingangswiderstand von 10 MOhm (obwohl Sie 1 MOhm finden können, wenn Sie wirklich billig sind).

Um +/- 15 V auf 0/3,3 V mit einem 10-Mohm-Eingang herunterzubekommen, könnten Sie diesen 10: 1-Teiler verwenden

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

Der Eingangswiderstand liegt irgendwo zwischen 10 und 11 MOhm, abhängig vom Eingangswiderstand Ihres ADC.

Der Ausgangswiderstand liegt zwischen 1 M und 1,1 MOhm, je nach Widerstand des Messpunktes.

Sie sagen, Sie wollen 20 Messwerte pro Sekunde, also einen alle 50 ms. Wenn wir möchten, dass sich der Messwert nach einer Schrittänderung am Eingang „vollständig“ einpendelt (z. B. 5 Zeitkonstanten), muss die kapazitive Last, die dieser Teiler antreibt, auf 10 nF begrenzt werden, was eine maximale Zeitkonstante von 10 ms ergibt. Keine Lasten haben versehentlich so viel Kapazität an ihrem Eingang, nur Filter. Wenn Sie einen Tiefpassfilter am Eingang wünschen, wirken sich 10 nF nicht auf die Dynamik bei 20 Messwerten pro Sekunde aus, größere Kondensatoren sorgen für eine bessere Filterung und eine langsamere Reaktion.

Einige ADCs können mit einem Eingangswiderstand von 1 MOhm fertig werden, andere können mit diesem Eingangswiderstand fertig werden, wenn sie einen Kondensator gegen Masse haben, um Stromspitzen zu bewältigen (10 nF sind normalerweise ausreichend), und einige benötigen eine Quelle mit viel geringerem Widerstand. Wenn letzteres der Fall ist, dann folgen Sie diesem Teiler mit einem Trennverstärker. Da Sie keine negativen Schienen haben, muss dies mindestens ein Operationsverstärker sein, der auf Masse fährt, wie z MC33202, 75p für ein Dual von CPC.