Эффективность получения дифференциальной сигнализации от преобразователей однотактного изготовления

Это будет концептуальный вопрос. Иногда я имею дело со сбором данных преобразователей, таких как тензодатчики, акселерометры и т. Д. типа датчики. Большинство этих датчиков имеют собственные прецизионные усилители. Итак, под выходом датчика я подразумеваю усиленный сигнал датчика. Затем эти сигналы поступают на входной усилитель сбора данных, который представляет собой просто дифференциальный усилитель и т. д. Но в большинстве случаев выходы преобразователя несимметричны. Иногда я сталкиваюсь со всевозможными шумами, синфазным шумом и т. д.

Поскольку дифференциальная сигнализация более устойчива к шуму, я подумал о преобразовании несимметричной сигнализации в дифференциальную, как показано ниже (я хочу реализовать рис. 2):

введите описание изображения здесь

Итак, вот мои вопросы.

1-) Некоторые датчики производятся и продаются как датчики дифференциальной сигнализации. Итак, они готовы к подключению к дифференциальному усилителю. Но если у кого-то есть преобразователь и вы хотите использовать его для передачи дифференциальных сигналов, как на моем рисунке 2, будет ли это неправильным подходом? Я спрашиваю, потому что если я сам инвертирую сигнал, чтобы получить дифференциальную сигнализацию, как на рисунке 2, то я могу внести шум в инвертированный вход, взаимодействуя с инвертирующей схемой операционного усилителя, и это не будет общим для обоих сигналов. Итак, мой первый вопрос: является ли обычной практикой преобразование несимметричной сигнализации в дифференциальную (в целях помехоустойчивости), когда преобразователь фактически был разработан для несимметричной сигнализации?

2-) Если этот метод имеет смысл. Вот типичная конфигурация инвертирующего операционного усилителя:

введите описание изображения здесь

Я бы выбрал R1 и R2 10k. Как здесь влияет входное сопротивление дифференциального усилителя сбора данных на выбор R1 и R2? Я хочу, чтобы инвертирование было максимально точным. Есть ли категория opAmp для этого, пример был бы отличным? Например, я не хочу использовать LM741.

Ответы (3)

Поскольку дифференциальная сигнализация более невосприимчива к шуму

Любая сигнализация чувствительна к шуму — именно то, как ваш приемный усилитель обрабатывает эти полученные сигналы, определяет степень устойчивости.

Однако у вас может быть идеальный дифференциальный усилитель, подключенный к несимметричному источнику (через правильно сбалансированный кабель), у которого есть проблемы. Если выходной импеданс горячего провода составляет несколько десятков Ом по сравнению с импедансом источника опорного сигнала 0 вольт, у вас есть то, что известно как « разбаланс импеданса земли ». Заметьте, я сказал дисбаланс .

Если появляется шум и «ударяет» по кабелю, он будет формировать более сильный сигнал на горячем выходе, чем на опорном сигнале 0 вольт. Вот что я имею в виду под хорошим сценарием: -

введите описание изображения здесь

Источник сигнала «идеален» в том смысле, что он обеспечивает такой же низкий импеданс для горячей проволоки, как опорный 0 вольт. Ясно, что если возникает какой-либо шум, то он поражает оба провода кабеля, и, поскольку оба провода имеют одинаковый баланс импеданса относительно земли, шум, принимаемый дифференциальным усилителем, одинаков и может быть довольно легко подавлен.

Если источник сигнала имеет выходной импеданс, отличный от нуля, то может возникнуть проблема, которую можно решить следующим образом:

введите описание изображения здесь

Теперь импедансы в основном одинаковы - добавленные резисторы выбраны одинаковыми и «заглушают» разницу в импедансах между горячим проводом и эталоном 0 вольт. Баланс импеданса земли будет хорошим, и шум будет одинаковым на обоих принимаемых проводах (при условии, что ваш входной усилитель также имеет хороший баланс входного импеданса земли).

Добавление инвертирующего каскада может усугубить ситуацию — сохраняйте хороший баланс импеданса земли на передающем конце, и вы сведете к минимуму проблемы без добавления усилителя. Конечно, в экстремальных условиях вам придется передавать более мощный сигнал, и это можно сделать (осторожно) с помощью сбалансированного буфера. Чтобы сохранить «баланс» (одинаковый для обоих сигналов), используйте инвертирующий усилитель и неинвертирующий усилитель — это во многом гарантирует, что импеданс на высоких частотах будет одинаковым.

Вы не можете добиться этого, используя «исходный» сигнал и буферный усилитель, потому что у вас нет возможности контролировать импедансы относительно друг друга. Если это работает, это просто удача, а не хорошая инженерия.

Думаю, я понял идею. Поэтому, если у меня однотактный преобразователь, я могу добавить резистор между GND датчика и GND измерительного дифференциального усилителя; одинаковые импедансы создадут одинаковый шум, и они будут вычтены. Но как я могу измерить импеданс горячего и добавить последовательный резистор к заземлению?
Обычно вы добавляете, скажем, 100 Ом к каждой линии, чтобы 100 Ом стали доминирующим импедансом. Если выходной импеданс преобразователя по-прежнему преобладает (прочитайте техпаспорт), то это становится более проблематичным; затем вы должны буферизовать преобразователь и буферизовать опорное напряжение 0 вольт. Если буферные усилители - это одна и та же часть, вы получите баланс плюс вы также можете добавить 50 или 100 Ом. Если DS не сообщает вам, то, вероятно, безопаснее буферизовать, а не измерять.
Этот сценарий 100 Ом применим только для одного traducer, подключенного к каналу, верно? Представьте, что у меня есть четыре несимметричных преобразователя, подключенных к четырем каналам сбора данных кабелями BNC. Можно ли добавить 100 Ом на землю каждого преобразователя, потому что в этом случае это будет четыре резистора по 100 Ом, включенных параллельно? Нужно добавить 400 Ом к земле каждого преобразователя. Или просто добавить 100 Ом к AIGND последовательно в системе сбора данных? И как мне на практике добавить 100-омную серию в кабель BNC? Должен ли я в основном сократить его? Прошу прощения, что это может показаться глупым, но я действительно страдаю от практической информации.
Вы ДОЛЖНЫ рассматривать каждый преобразователь как отдельное сигнальное и эталонное соединение. Вы не должны объединять ссылки на принимающей стороне. Хорошо, это звучит жестко, и между 0,5 метрами и 100 метрами кабеля правила могут быть изменены, но если вы всегда будете придерживаться приведенного выше правила, вы не ошибетесь.
Но в несимметричных системах сбора данных все заземления датчика соединены вместе с заземлением аналогового входа и землей. На принимающей стороне заземление подключается к AIGND. Я говорю о подключении несимметричных датчиков к односторонней плате сбора данных.
В вашем вопросе явно говорится о дифференциальных входах DAQ. Несимметричные входы daq, совместно использующие общую локальную землю, создадут проблемы и не могут быть устойчивыми к синфазному шуму из-за дисбаланса импеданса.
Моя компания производит многоканальные системы, и все они имеют несимметричные выходы, и каждый клиент, которого мы поставляем, использует полностью дифференциальные входы по причинам, указанным в моем ответе, плюс это позволяет избежать токов замыкания на землю, когда обе системы имеют отдельные заземленные точки заземления. Очень распространенная проблема в промышленных приложениях.
Я думаю, что мы используем одностороннюю плату сбора данных, когда я проверяю заземление, когда все они подключены к bnc breakoutbox, все их заземления подключены и подключены к заземлению материнской платы ПК, которое идет на землю. Но источники сигнала плавающие (они не подключены к земле, поэтому нет g.loops). Контуры заземления избегаются, но, как вы сказали, синфазный шум будет. Причина в типах датчиков, которые они используют. См.: vaisala.com/Vaisala%20Documents/Brochures%20and%20Datasheets/… Разве этот датчик не предназначен только для несимметричных измерительных данных?
Для снижения шума (если это проблема) требуются индивидуальные дифференциальные входы в дополнение к тому, что драйвер обеспечивает достойный баланс импеданса земли. Прочитайте мой ответ еще раз, пожалуйста
Теперь я открыл новый вопрос: electronics.stackexchange.com/questions/296158/… Буду рад услышать и ваше мнение. заранее спасибо

В симметричных линиях для подавления помех важно, чтобы импеданс источника был согласован, а не чтобы напряжение было дифференциальным.

Из-за этого факта вы можете сделать почти так же хорошо, как активный дифференциальный каскад, просто согласовав импеданс с землей между двумя ветвями преобразователя.

Резистор, соединяющий ветвь -a с землей на преобразователе, выбранный в соответствии с выходным сопротивлением датчика, заставит дифференциальный входной усилитель подавлять значительные помехи (и не требует питания на преобразователе).

Обо всем этом можно думать как о мосте Уитстона, где напряжение возбуждения представляет собой шум, а сигнальное напряжение последовательно инжектируется либо в одну ветвь, либо в противофазе в обе ветви, из чего мы можем видеть, что обеспечение сопротивлений совпадают, вы получаете отмену, даже если полезный сигнал передается только на одну ногу.

Между прочим, высокий импеданс синфазного сигнала в приемнике существенно уменьшит влияние небольших рассогласований в импедансе источника.

Если вы работаете с полосой пропускания звука, у THAT CORP есть отличный (запатентованный) самозагружающийся приемник, который действительно очень хорош. http://www.thatcorp.com/datashts/THAT_1200-Series_Datasheet.pdf

Я бы также предположил, что чтение статьи Билла Уитлока из Jensen Transformer об этом может быть интересным. https://sound-au.com/articles/balanced-interfaces.pdf

Энди оказался первым!
Но ваши ссылки прекрасны, спасибо!
Хорошее объяснение. У вас также есть источник/ссылка, как я могу измерить импеданс линии и выполнить согласование импеданса? Везде только теория.
Согласование импеданса — это обычно термин, который применяется к линиям передачи (линии, длина которых составляет значительную часть четверти длины волны на интересующей частоте). У меня сложилось впечатление, что вы имеете дело с низкочастотным материалом? Чтобы измерить импеданс низкочастотного источника, измерьте напряжение при переключении двух различных резистивных нагрузок, а затем решите полученные одновременные уравнения. В качестве альтернативы замените резистор потенциометром и регулируйте, пока напряжение нагрузки не станет половиной напряжения холостого хода, затем отключите и измерьте потенциометр, сопротивление потенциометра будет равно сопротивлению источника.
Я понимаю что ты имеешь ввиду. но что меня пугает, так это то, что представьте, что неизвестный выход датчика источника + импеданс линии составляет 100 Ом, и когда я устанавливаю потенциометр на 100 Ом в конце линии, я могу найти импеданс источника, когда напряжение составляет половину. пока хорошо. но тогда источник будет перегружен, видя только 200 Ом? или это безопасно? Спасибо

Я не думаю, что вы должны разбалансировать это так. Вы никак не сможете согласовать импеданс обоих сигналов. Если вам действительно нужно, ответят другие здесь.

Если вы делаете это самостоятельно, вам следует использовать преобразователь одиночного сигнала в дифференциальный, например LT6350 .

введите описание изображения здесь

Тем не менее, вы должны получить источники питания и хорошо отфильтровать их .

Также убедитесь, что диапазон вашего сигнала находится в пределах диапазона устройства.

Если это промышленное применение, на рынке могут быть такие устройства преобразования, как предусилители, по достаточно завышенной цене.

преодолеет ли эта микросхема проблему согласования импеданса или она останется?
@doncarlos с соответствующим RL должен.
Эффективность получения дифференциальной сигнализации от преобразователей однотактного изготовления
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v