Обработка сигнала операционного усилителя с выхода акселерометра для АЦП

Какие значения [для резисторов дифференциального усилителя] следует использовать?

Эмпирическое правило состоит в том, что входной импеданс дифференциального усилителя должен быть как минимум в десять раз больше выходного импеданса акселерометра, чтобы избежать потери сигнала (в идеале дифференциальный усилитель должен иметь бесконечное входное сопротивление). Блок-схема таблицы данных ADXL335 предполагает, что выходной импеданс составляет около$32\text{k}\Omega$, поэтому вам понадобятся резисторы с высоким номиналом.

Коэффициент усиления дифференциального усилителя задается соотношением резисторов (пример вывода здесь ) . Вам нужно установить резисторы в вашей схеме на

Проблема в том, что вам нужно настроить два резистора, чтобы отрегулировать усиление.

Вы можете решить обе эти проблемы с помощью инструментального усилителя . Концептуально это дифференциальный усилитель с парой буферов операционных усилителей на каждом входе:

Буферы операционного усилителя обеспечивают гораздо более высокий входной импеданс, чем один только дифференциальный усилитель, а архитектура позволяет устанавливать усиление, заменяя только один резистор. Вы можете сконструировать входной усилитель из дискретных операционных усилителей, но ИС в усилителе будет иметь меньшую ошибку усиления, потому что ИС имеют лучшее согласование резисторов. Производители интегральных схем предлагают широкий выбор инструментальных усилителей , поэтому вы сможете найти тот, который соответствует вашим потребностям.

В качестве бонуса IC в усилителях предоставляет опорный вывод, который вы можете использовать для обеспечения смещения вашего выхода (например, по напряжению смещения). На приведенной выше схеме усилителя эталонный контакт заменяет заземление на$R_3$. Объяснение того, как использовать этот вывод, обычно можно найти в описании усилителя; например, в техническом описании AD8221 говорится:

Как показано на рис. 43, эталонная клемма REF находится на одном конце резистора 10 кОм. Выход инструментального усилителя соотносится с напряжением на клемме REF; это полезно, когда выходной сигнал должен быть смещен до точного среднего уровня питания. Например, к выводу REF можно подключить источник напряжения для смещения уровня выходного сигнала, чтобы AD8221 мог взаимодействовать с АЦП. Допустимый диапазон опорного напряжения зависит от коэффициента усиления, входного напряжения и напряжения питания. Вывод REF не должен превышать напряжение +VS или –VS более чем на 0,5 В.

Для наилучших характеристик импеданс источника на клемме REF должен быть низким, поскольку паразитное сопротивление может неблагоприятно повлиять на CMRR и точность усиления.

Вам, вероятно, потребуется добавить простой буфер операционного усилителя к напряжению смещения, чтобы импеданс источника на клемме REF был достаточно низким.

какое напряжение нужно подавать на ОУ - есть$\pm 5\text{ V}$достаточно для выхода акселерометра максимум 3,3 В?

Может быть. Это зависит от выбранного вами усилителя. Необходимо убедиться, что усилитель может работать на$\pm 5\text{ V}$, что его входы останутся в пределах его входного синфазного диапазона, и что его выход может колебаться достаточно близко к его напряжениям питания. Обратитесь к его техническому описанию.

Чтобы справиться с требованием усиления от 1 до 32 в двоичных шагах, я бы предложил использовать программируемый усилитель усиления с двоично-взвешенным усилением. Например, PGA205 представляет собой инструментальный усилитель с программируемым усилением (вместе с входным усилителем и программируемым усилением) с выбором усиления 1, 2, 4 или 8. Добавьте еще один операционный усилитель с программируемым усилением с двоично-взвешенными коэффициентами усиления (например, LTC6910- 2 к выходу первого для достижения общего усиления от 1 до 32).