Детектор огибающей/пиков

Я работаю над проектом, в котором мы пытаемся спроектировать и построить ультразвуковой толщиномер, который будет вычислять толщину данной детали на основе разницы во времени между отправкой сигнала и получением обратного отражения (используя известную скорость звука через средний). В настоящее время мы используем Arduino nano в качестве микроконтроллера для нашего прототипа. Мы успешно усилили импульс, генерируемый микроконтроллером, до более высокого напряжения, которое затем используется для возбуждения ультразвукового преобразователя (который находится в контакте с измеряемой частью). Затем отражение обнаруживается вторым элементом преобразователя и преобразуется в электрический сигнал с центром на собственной частоте преобразователя (5 МГц). Затем этот сигнал обрабатывается (усиливается и фильтруется) до уровня, который может быть обнаружен микроконтроллером (скриншот цепи и осциллографа, как показано ниже). Однако из-за ограниченной частоты дискретизации MCU сигнал не будет надежно обнаружен. Поэтому мне было интересно, сможем ли мы разработать детектор огибающей, который извлекал бы амплитудную модуляцию сигнала отражения, эффективно преобразовывая очень высокую частоту в низкочастотный сигнал, который, я надеюсь, будет обнаружен микроконтроллером.

введите описание изображения здесь

Согласно тому, что я прочитал до сих пор, этого можно было бы достичь, сначала выпрямив сигнал с помощью «супердиода» (конфигурация прецизионного выпрямителя, как показано ниже), а затем интегрировав его через интегратор операционного усилителя. Однако, похоже, поскольку я полагаюсь на однополярное питание, а частота интересующего сигнала очень высока, выпрямитель не будет работать так, как я ожидал (используется операционный усилитель LM7171 с очень высокой скоростью нарастания 4100 В/мкс), на самом деле эта конкретная конструкция оказалась бесполезной с одним источником питания, хотя тот же самый операционный усилитель отлично работал с одним источником питания для схем, показанных выше. Возможно ли создать детектор огибающей полностью на транзисторах, а не на операционных усилителях?

введите описание изображения здесь

Любые указатели или предложения будут высоко оценены!

заранее спасибо

Вам, вероятно, понадобится небольшая кепка на D1.

Ответы (3)

Прочитав техническое описание LM7171, у меня есть 7 предложений:

0) достаточно ли быстр ваш осциллограф (500 МГц), чтобы искать колебания операционного усилителя

1) работайте на операционном усилителе от 10 вольт; он не характеризуется только 5 вольт VDD

2) использовать наземную плоскость

3) в техническом описании указано, что Rminvalue_feedback составляет 500 Ом;

4) убедитесь, что байпасные колпачки VDD находятся на расстоянии 1 мм (1/32 дюйма) от выводов микросхемы или ближе; используйте шунтирующие колпачки SurfaceMount; чтобы частично устранить индуктивность печатной платы, поместите GND сзади под колпачком байпаса; ток течет через крышка, а затем должна перевернуться и течь назад на пару миллиметров, доказывая частичную отмену L.

5) ваша схема выпрямителя должна работать, но уменьшите значения резисторов, чтобы увеличить полосу выпрямления. Выходной узел не подключен напрямую к операционному усилителю, поэтому операционный усилитель не может гарантировать, что возможная пропускная способность соответствует достигнутой пропускной способности; пример: с 10 пФ на Vout и 100 кОм Rfeedback у вас есть тау 1 мкСм и, следовательно, пиковый детектор 1 мкСм.

7) чтобы уменьшить риск возникновения колебаний, поместите резисторы рядом с микросхемой операционного усилителя; Я работал с АЦП, которые генерировали (10 мВ на -5,2 В на частоте 900 МГц); и установка 33_ohm SMT R под (изогнутым) контактом Vin была лекарством. Стопор затвора Rs является фактором безопасности при использовании мощных полевых МОП-транзисторов. Быстрый операционный усилитель также нуждается в уважении к полосе пропускания, которую он обеспечивает для вашей схемы; смочить его штифты.

+6, но появился только один :)

Причина, по которой требовался детектор огибающей, заключалась в том, что АЦП микроконтроллера не может производить выборку достаточно быстро для надежного обнаружения сигнала. Позвольте мне предложить другой вариант, который будет работать без детектора огибающей: использовать микроконтроллер со встроенным аналоговым компаратором.

Аналоговый компаратор может быть сконфигурирован с внешними компонентами, так что, как только вход превышает определенный порог напряжения, компаратор выдает логическую единицу. Затем MCU можно настроить на запуск прерывания каждый раз, когда компаратор показывает нарастающий фронт. Еще лучше: объедините его с внутренним таймером, который имеет функцию захвата ввода.

Например, некоторые AVR могут запускать функцию захвата входного сигнала по переднему или заднему фронту аналогового компаратора. Входной захват сохраняет значение таймера в момент фронта и может дополнительно вызвать прерывание. Когда вы вычитаете сохраненное значение таймера (время запуска ультразвукового излучателя), у вас есть необходимое время в пути.

Вы также спрашивали о детекторе огибающей, использующем только транзисторы. Я предполагаю, что 2 транзистора имеют одинаковый VBE при одном и том же токе. Горшок позволяет некоторую настройку порога. Если вы не можете установить Vout близко к +5 В, когда нет входа, поменяйте местами 2 транзистора. «Усиление» будет отношением Rcollector (левый NPN) / R_emitter (левый NPN) с некоторыми масштабными коэффициентами, включающими площадь под синусоидой. Почему здесь нет эффекта Миллера?

схематический

смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab