Еще раз, в задаче указан один номинал напряжение - 3.3В, пульсации 205мВ пойдут именно от этого напряжения, про 1В на 7мА можете не рассказывать, максимум 800мВ, но и это в диапазоне. Также 3.3 В использованы для питания всех микросхем, от опорника для АЦП никто не запитывает схему.
По поводу преобразователя, просьба показать dc-dc, работающий в диапазоне десятков миллиампер в режиме CCM вместе с дросселем за 60 рублей. А если окажется что он работает в DCM вы этот спектр будете также фильтровать на низких частотах. Безусловно ICL будет создавать помехи с гармониками, которые также рассредоточены по спектру(хуже чем в dc-dc, но все же). Однако, основная идея в том, что dc-dc не применяют на миллиамперный ток, если у вас есть такие - покажите.
Задача ЭМС в этой статье не рассматривалась, если вам интересно могу подготовить статью и вы покритикуйте.
Опять же, указывал вначале что не буду строить схему на китайских компонентах, в даташитах которых регулярно некорректные данные и ошибки
Тоже самое
Очевидно, что на питании ОУ должны стоять фильтры, упоминал это ранее в комментариях, в статье я не сосредотачивался на проблеме шумов, хотя безусловно это важный пункт.
Почему вы решили что я подключаю к 3В АЦП? Я использую единственные 3.3В, блока с АЦП я в задаче не касаюсь.
Ответил ниже
Ток - 6-7 мА, падение на транзисторе не поменяемся значительно при этом токе. Подробнее про отрицательный стабилизатор написал ниже
Можно применить и LDO, не принципиально, также будет стоить около 200 рублей, в начале указывал что не буду использовать китайские микросхемы. С чего утверждение что «на 2.3 будет нестабильное напряжение»? 3.3В на входе, стабилитрон на 3В, падение 0,7, да даже 0,8, какая разница, итого - на выходе 2.2-2.3В. При полном размахе пульсациях 410мВ думаю довольно большой запас.
При использовании dc-dc вы попадаете на шумы в диапазоне более Мгц, можете взглянуть на PSRR усилителя, насколько хорошо он от них защищен. А еще, у усилителей есть режимы энергосбережения (pulse skipping, burst mode) при низкая нагрузках, в этом случае вы увидите около сотни милливольт пульсации на выходе. Катушка + готовый dc-dc со встроенными ключами и выходной фильтр не сильно выиграют по месту (если выиграют). Стоить это будет, конечно же, дороже, ICL7660CBAZ на чип и дипе - 210 рублей.
Про 0 уже много раз обсуждалось выше, таковы условия задачи, ориентировался на них, а не на что то еще.
Повторюсь, задача рассматривалась в академических целях, для демонстрации методик изменений с высокой точностью. Естественно, указанная вами схема первая пришла в голову, но высокую точность она не обеспечит.
Возможно мы говорим о разных датчиках, но вот пример, на который можно ориентироваться: https://www.chipdip.ru/product0/9001368506 Точность 0.1%, сечение провода на всякий случай брал равное ножкам датчика, в любом случае его можно подстроить, для этого предусмотрен резистор.
Предполагал да, кстати задал большую частоту, нежели описал, в реальности 1кгц.
Синус задал, чтобы не глубоко не уходить в теорию фильтрации. В любом случае емкости + линейный регулятор сгладят все ниже -2.3В. Также я не добавлял на схему конденсаторы по питанию к ОУ, которые в жизни будут присутствовать.
Допишу свою мысль по поводу опорного источника, которую обрезал по ошибке. Когда под конец решения выясняется, что слабым звеном оказываются транзисторы, принимается решение их менять. Для того чтобы понять это, потребовалось построить всю систему и оценить ее погрешность.
Согласен, однако я использовал данную задачу для того, чтобы показать какие приемы можно использовать, чтобы добиться высокой точности. Давно хотел написать подобную статью, а тестовое от Яндекса удобно подходило под требования.
По поводу АЦП - диапазон температуры не предлагает уход ниже 0 вольт, если опускать этот момент, для входов АЦП потребуется защита, все верно. Если же напряжение уйдет в минус на пару милливольт с АЦП ничего не случится
Основная цель была в разработке точной аналоговой части. Я зацепился за условие:
Мощность, рассеиваемая на Pt1000, не должна превышать 1 мВт.
Как на указатель того, что требуются действительно точные измерения. Безусловно в реальной жизни при требуемой небольшой точности городить все эти каскады не имеет смысла. И естественно можно было использовать один rail to rail операционник, но это было бы не так интересно. Касательно ваших вопросов:
Начинал с Зеркала тока, как с базовой схемы, которая не требует много элементов (всего 5 транзисторов SOT23 и 6 резисторов), далее уже развивал мысль, объясняя чем обоснован выбор. Инструментальник со встроенными резисторами (G=5 с точностью 0.02%) был использован для предусиления и минимизации ошибки на самом первом этапе измерения, с помощью обычного усилителя не получилось бы достичь такой точности. Опорный источник - аналогично, когда
В условии требуется именно согласовать выход с АЦП, т.е. готовое устройство с SPI/I2C (других я не нашел) на выходе использовать не выйдет:
Разработать схему согласования сенсора и АЦП так, чтобы температуре 0 °С соответствовало напряжение 0 В на входе АЦП, температуре 100 °С соответствовало 3 В
В разделе трактования условий я указал, что лишь датчик расположен в зоне где температура варьируется от 0 до 100°С, считается, что вся остальная схема работает при комнатной температуре
Еще раз, в задаче указан один номинал напряжение - 3.3В, пульсации 205мВ пойдут именно от этого напряжения, про 1В на 7мА можете не рассказывать, максимум 800мВ, но и это в диапазоне. Также 3.3 В использованы для питания всех микросхем, от опорника для АЦП никто не запитывает схему.
По поводу преобразователя, просьба показать dc-dc, работающий в диапазоне десятков миллиампер в режиме CCM вместе с дросселем за 60 рублей. А если окажется что он работает в DCM вы этот спектр будете также фильтровать на низких частотах. Безусловно ICL будет создавать помехи с гармониками, которые также рассредоточены по спектру(хуже чем в dc-dc, но все же). Однако, основная идея в том, что dc-dc не применяют на миллиамперный ток, если у вас есть такие - покажите.
Задача ЭМС в этой статье не рассматривалась, если вам интересно могу подготовить статью и вы покритикуйте.
Опять же, указывал вначале что не буду строить схему на китайских компонентах, в даташитах которых регулярно некорректные данные и ошибки
Тоже самое
Очевидно, что на питании ОУ должны стоять фильтры, упоминал это ранее в комментариях, в статье я не сосредотачивался на проблеме шумов, хотя безусловно это важный пункт.
Почему вы решили что я подключаю к 3В АЦП? Я использую единственные 3.3В, блока с АЦП я в задаче не касаюсь.
Ответил ниже
Ток - 6-7 мА, падение на транзисторе не поменяемся значительно при этом токе. Подробнее про отрицательный стабилизатор написал ниже
Давайте я отвечу на ваши вопросы
Можно применить и LDO, не принципиально, также будет стоить около 200 рублей, в начале указывал что не буду использовать китайские микросхемы. С чего утверждение что «на 2.3 будет нестабильное напряжение»? 3.3В на входе, стабилитрон на 3В, падение 0,7, да даже 0,8, какая разница, итого - на выходе 2.2-2.3В. При полном размахе пульсациях 410мВ думаю довольно большой запас.
При использовании dc-dc вы попадаете на шумы в диапазоне более Мгц, можете взглянуть на PSRR усилителя, насколько хорошо он от них защищен. А еще, у усилителей есть режимы энергосбережения (pulse skipping, burst mode) при низкая нагрузках, в этом случае вы увидите около сотни милливольт пульсации на выходе. Катушка + готовый dc-dc со встроенными ключами и выходной фильтр не сильно выиграют по месту (если выиграют). Стоить это будет, конечно же, дороже, ICL7660CBAZ на чип и дипе - 210 рублей.
Про 0 уже много раз обсуждалось выше, таковы условия задачи, ориентировался на них, а не на что то еще.
Повторюсь, задача рассматривалась в академических целях, для демонстрации методик изменений с высокой точностью. Естественно, указанная вами схема первая пришла в голову, но высокую точность она не обеспечит.
Возможно мы говорим о разных датчиках, но вот пример, на который можно ориентироваться: https://www.chipdip.ru/product0/9001368506 Точность 0.1%, сечение провода на всякий случай брал равное ножкам датчика, в любом случае его можно подстроить, для этого предусмотрен резистор.
Предполагал да, кстати задал большую частоту, нежели описал, в реальности 1кгц.
Синус задал, чтобы не глубоко не уходить в теорию фильтрации. В любом случае емкости + линейный регулятор сгладят все ниже -2.3В. Также я не добавлял на схему конденсаторы по питанию к ОУ, которые в жизни будут присутствовать.
За книгу благодарю, она у меня как раз на очереди
А в чем в данном случае «велосипедность»?
Блоки схемы абсолютно стандартные, основная идея - максимальная точность схемы.
К сожалению, аналогов инструментальных усилителей с такой же полнотой описания параметров пока не находил. И AD8223 можно и на чип и дипе найти
Увидел уже много ваших комментариев и стало интересно, насколько переусложненно решение задачи в посте? Какие есть недостатки описанного подхода?
Допишу свою мысль по поводу опорного источника, которую обрезал по ошибке. Когда под конец решения выясняется, что слабым звеном оказываются транзисторы, принимается решение их менять. Для того чтобы понять это, потребовалось построить всю систему и оценить ее погрешность.
Далеко идти не надо, вот статья на Хабре
Согласен, однако я использовал данную задачу для того, чтобы показать какие приемы можно использовать, чтобы добиться высокой точности. Давно хотел написать подобную статью, а тестовое от Яндекса удобно подходило под требования.
По поводу АЦП - диапазон температуры не предлагает уход ниже 0 вольт, если опускать этот момент, для входов АЦП потребуется защита, все верно. Если же напряжение уйдет в минус на пару милливольт с АЦП ничего не случится
Основная цель была в разработке точной аналоговой части. Я зацепился за условие:
Как на указатель того, что требуются действительно точные измерения. Безусловно в реальной жизни при требуемой небольшой точности городить все эти каскады не имеет смысла. И естественно можно было использовать один rail to rail операционник, но это было бы не так интересно. Касательно ваших вопросов:
Начинал с Зеркала тока, как с базовой схемы, которая не требует много элементов (всего 5 транзисторов SOT23 и 6 резисторов), далее уже развивал мысль, объясняя чем обоснован выбор. Инструментальник со встроенными резисторами (G=5 с точностью 0.02%) был использован для предусиления и минимизации ошибки на самом первом этапе измерения, с помощью обычного усилителя не получилось бы достичь такой точности. Опорный источник - аналогично, когда
В условии требуется именно согласовать выход с АЦП, т.е. готовое устройство с SPI/I2C (других я не нашел) на выходе использовать не выйдет:
А что можно было бы добавить по вашему мнению?
В разделе трактования условий я указал, что лишь датчик расположен в зоне где температура варьируется от 0 до 100°С, считается, что вся остальная схема работает при комнатной температуре
Как мне кажется, основная идея в том, чтобы кандидат подумал именно над аналоговой частью