Неожиданные результаты в преобразователе напряжения в ток (моделирование в порядке)

На приведенной ниже схеме показан преобразователь напряжения в ток на основе ЦАП , операционного усилителя , транзистора и переключателей . Последний позволяет иметь биполярный выходной сигнал.

введите описание изображения здесь

Во время эксперимента ЦАП настроен на получение ~ 330 мВ на резисторе (330 Ом) в источнике транзистора, чтобы получить ток 1 мА и НАГРУЗКУ.

Схема (кроме ЦАП) успешно моделируется (в мультисим) .

Переключатели, используемые во время экспериментов, основаны на MAX4623 .

введите описание изображения здесь

В реальном мире возникает непредвиденная ситуация , когда переключатель включается (пожалуйста, обратитесь к форме сигнала ниже).

введите описание изображения здесь

Осциллограммы НАГРУЗКИ (2,2 кОм) показаны на диаграмме осциллографа (PIN+ и PIN-). Все, как и ожидалось, за исключением части, отмеченной красным цветом .

Ожидаемые формы сигналов показаны ниже. Эти формы волны позволяют иметь биполярный ток (+/-) в нагрузке.

введите описание изображения здесь

Любое предложение для того, чтобы понять неожиданную ситуацию приветствуется. Как и подход к избегаемому.

Редактировать:

Как предложил Тони, напряжение в источнике MOSFET было снижено до ~ 110 мВ.

введите описание изображения здесь

Результаты этого эксперимента немного изменились, как показано ниже:

введите описание изображения здесь

Редактировать:

Как предложил Спехро, можно добавить переключатель, чтобы избежать насыщения операционного усилителя.

введите описание изображения здесь

Ниже предложение и ожидаемые сигналы.

введите описание изображения здесь

Редактировать:

Ниже предложение с использованием текущего зеркала, следуя предложениям Тони и Спехро.

введите описание изображения здесь

Результаты формы волны улучшились с этим предложением:

введите описание изображения здесь

Однако есть некоторые нежелательные ситуации :

  • Левая часть зеркала всегда включена, что увеличивает энергопотребление. Возможно, новым вопросом (на основе этого эксперимента) будет: как реализовать сверхмаломощный преобразователь напряжения в ток (от 0 до 10 мА) ?
  • Начальный пик (когда переключатель включается) слишком высок для нагрузки. Пожалуйста, обратитесь к осциллограмме ниже.

введите описание изображения здесь

Изменить (объяснить непредвиденную ситуацию):

Как предполагается, непредвиденная ситуация объясняется временем настройки операционного усилителя . Таким образом, после включения транзистора операционному усилителю требуется время для настройки (с обратной связью). Чтобы разрешить эту ситуацию, транзистор остается включенным, чтобы операционный усилитель не насыщался. В предложении представлено одно решение (см. предыдущую правку), в котором добавлен дополнительный транзистор (создание зеркала).

Спасибо

Вы не показали схему переключения.
Переключатели, используемые во время экспериментов, основаны на MAX4623.
Почему вы пытаетесь создать дифференциальный источник тока ШИМ? У него слишком много несогласованных импедансов.
Я пытаюсь выполнить двухфазный сигнал с фиксированным током (как показано в вопросе)

Ответы (2)

Предполагая, что ваша временная развертка составляет 500 мкс/дел, учтите, что время установления указано как типичное 660 мкс, а скорость нарастания равна 10 В/мс.

Вы можете добиться большего успеха, если закоротите источник тока на + V в периоды «выключения», чтобы операционный усилитель не насыщался.

Привет Спехро, спасибо за ваш отзыв. Как вы упомянули, непредвиденная ситуация, по-видимому, связана со временем установления внутренних операционных усилителей ЦАП, которые насыщаются при отключении MOSFET. В этом случае я согласен, что предложенное решение улучшит ситуацию. Я обновил изображения с этим предложением.
Меня беспокоит такое предложение - энергопотребление. Я стремлюсь максимально снизить энергопотребление. В этом случае будет постоянный ток от V+ к GND. ЦАП устанавливается один раз (в целях снижения мощности) и ЦП, управляющий им, засыпает. Существует специальная схема, отвечающая за сигналы переключателей. С другой стороны, другое предложение может заключаться в том, чтобы оставить операционный усилитель включенным и использовать зеркало, как показано на схеме (пожалуйста, обратитесь к отредактированному сообщению).

Это, безусловно, необычно и предполагает, что ваши аналоговые переключатели верхнего плеча имеют высокий импеданс. Убедитесь, что они имеют достаточное напряжение затвора. Попробуйте CD4066 или аналогичный для эксперимента.

Реальность сложна, поскольку на схеме не показаны все паразитные емкости и защитные диоды, и возникают неожиданные результаты.

введите описание изображения здесь

Переключатели дополняют полярность тока к нагрузке, но затем переходят в три состояния (неизвестное напряжение заряда). Это не кажется практичным и не является ни выборкой и удержанием, ни конструкцией переключающего конденсатора, а чем-то, что не ведет себя должным образом при зарядах с высоким импедансом. .

Тони, спасибо за ваши комментарии.
Во время экспериментов коммутаторы были основаны на MAX4623. Уровень напряжения затвора совместим с логическим входом напряжения питания (~ 3 В). Из вашего предыдущего сообщения был проведен новый эксперимент по снижению напряжения в обратной связи в районе 100мВ. В этом случае непредвиденная ситуация все еще присутствует, но немного по-другому. Пожалуйста, обратитесь к изображениям в посте, который я обновил последним экспериментом.
В этом эксперименте слишком много проблем со сложным высоким импедансом, пробной емкостью. Объясните, почему вы это делаете.
Если бы вы могли измерить напряжение переключателя с помощью двух щупов AB, вы могли бы найти больше причин, по которым он не работает.
Тони, пожалуйста, не могли бы вы перечислить проблемы, которые вы считаете связанными со схемой или экспериментом? Цель состоит в том, чтобы генерировать двухфазный сигнал при переменной резистивной нагрузке (от 1 кОм до 10 кОм) с фиксированным током (от 0,1 до 3 мА). Главное ограничение – максимально снизить энергопотребление. Двухфазный сигнал определяется следующим образом: ! двухфазный сигнал .
Тони, ответ на вопрос в диаграмме осциллограммы "Чего следует ожидать?" уже ответили в вопросе поста с другой диаграммой формы волны
Тони, учитывая комментарий о переходе на Tristate, это неправда. Пожалуйста, примите во внимание, что два (2) переключателя включены одновременно (т.е. во время φ1 или во время φ2). Это означает, что в течение этих двух периодов нет тритстата. Мой почтовый вопрос связан только с этими двумя периодами.
Да конечно. Но ошибочные сигналы должны иметь противоположную полярность по отношению к хорошему, когда либо φ1, либо φ2 включены, а не той же полярности , поэтому ваша ошибка реализации не видна на схеме. Все началось нормально, но с добавлением φ3 пошло не так. Ваша ошибка скрыта от нас. Проведите пальцами по исходной схеме с паразитной емкостью пальца к Vdd или Vss, пока не найдете узел с проблемой на переключателе LOW Side.
Отсутствует ли Gnd для Vss на микросхеме переключателя? плохое соединение? В целом вопрос плохо документирован для номеров деталей и контактов, ссылок на спецификации и макета фотографий. Требуется улучшение. Затем используйте номера тестовых точек TP# в будущем или соответствующие метки.
Привет Тони, еще раз спасибо за ваши комментарии и предложения. 1) полярность вроде нормальная по схеме. Например, когда φ1 включен, на PIN+ должно быть 18 В, а на PIN- должно быть «18 В минус напряжение в НАГРУЗКЕ». 2) Как поясняется в посте, добавление φ3 — это предложение от Spehro, которое я представил в посте только для уточнения. Этот тест не выполняется, поскольку будет потреблять больше энергии, чем последнее предложение с текущим зеркалом. 3) Соединения проверены несколько раз.
Таким образом, непредвиденная ситуация уже объясняется временем настройки операционного усилителя (как упоминалось ранее Спехро). Кроме того, в конце предлагается решение для других читателей. У меня больше нет вопросов.
Полярность в норме?? Тогда почему один и тот же сигнал появляется как на PIN+, так и на PIN-. Оно должно быть дополнительным или дифференциальным.
Привет Тони, спасибо за ваши комментарии. Полярность и напряжение правильные. Как вы предложили ранее, напряжение на резисторе относительно земли (т.е. 110 Ом) было отрегулировано с 330 мВ до 110 мВ. Это означает ток 1 мА. Другими словами, на резисторе 2,2 кОм (тот же, что и в переключателях) происходит падение напряжения, что приводит к разнице в форме волны между выводами PIN+ и PIN- на этапах φ1 и φ2. Таким образом, формы сигналов в посте верны, показывая разницу между каждым PIN-кодом около 2,2 В на этапах φ1 или φ2.
Неожиданные результаты в преобразователе напряжения в ток (моделирование в порядке)
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v