Операционный усилитель с коэффициентом усиления, регулируемым напряжением, и единичным коэффициентом усиления по постоянному току

У меня есть двигатель автокресла, которым я управляю с помощью ШИМ, и я стремлюсь измерить его положение, подсчитывая незначительные изменения напряжения на токоизмерительном резисторе, прикрепленном к нижней стороне полевого транзистора, когда двигатель вращается. При более высоких нагрузках Vpp значительно меньше (30 мВ), чем при нагрузке 25% (4,7 В). В настоящее время я подключаю сигнал для измерения АЦП микроконтроллера на двух разных каскадах усиления, чтобы справиться с этим, но хочу, чтобы все это происходило в одном каскаде со схемой переменного усиления, поэтому требуется только 1 АЦП.

Прежде чем я перейду к тому, что я пытался, я хочу задать свой основной вопрос. Как мне динамически регулировать усиление моего сигнала, чтобы выводить сигнал с постоянным Vpp, когда мой вход Vpp колеблется от 30 мВ до 4,7 В?

Я использую операционный усилитель TI LMV344 с шинами на 0В и 5В. Моторы 12В.

В настоящее время схема потока:

1. Выход чувствительного резистора
2. Диодный фиксатор напряжения для устранения смещения постоянного тока
3. Неинвертирующий LPF операционный усилитель с высоким коэффициентом усиления. Отфильтровывает ШИМ-сигнал 20 кГц
4. Диодный зажим для уменьшения смещения. Теперь я знаю, что могу поставить конденсатор между резистором и землей на участке усиления вышеуказанного ФНЧ.
5. Sallen-Key LPF для дальнейшего уменьшения сигнала ШИМ 20 кГц. Низкий коэффициент усиления. Именно здесь я нажимаю для сигналов с низким коэффициентом заполнения, так как любое большее усиление приводит к тому, что самый низкий из коэффициентов заполнения вызывает насыщение операционного усилителя текущим сигналом.
6. Диодный зажим для уменьшения смещения постоянного тока.
7. Другой фильтр Sallen-Key LPF, идентичный вышеуказанному фильтру, без отвода. Я действительно хотел отфильтровать этот шум.
8. Неинвертирующий LPF операционный усилитель с высоким коэффициентом усиления. Здесь прослушиваются сигналы с более высокой нагрузкой.

Проблема, с которой я столкнулся, заключается в том, что при максимальной нагрузке выходное напряжение Vpp достаточно низкое, поэтому иногда трудно разобрать импульсы. При переходном режиме, около 60%, Vpp на стороне высокого режима работы достигает насыщения, а Vpp на стороне низкого режима слишком мало.

Моя текущая попытка решить эту проблему заключается в использовании ШИМ-сигнала, используемого для управления двигателем, в качестве средства регулировки усиления на отдельном усилителе, работающем только с усилением. Усиление устанавливается таким образом, чтобы сигнал высокой нагрузки соответствовал желаемому значению Vpp. По мере увеличения скважности инвертированная копия скважности фильтруется в аналоговый сигнал (представленный V3) и подается через повторитель напряжения, подключенный к инвертирующему выводу на усилителе с каскадом усиления. Но когда я делаю это, постоянный ток, выдаваемый на шаге 5, вызывает насыщение сигнала на верхней шине операционного усилителя, когда используются низкие нагрузки. Если я поставлю диодный зажим между сигналом с шага 5 и усилителем только с усилением, я смогу контролировать усиление, как я и надеялся. Когда я помещаю конденсатор между резистором усиления, прикрепленным к земле, и землей, чтобы уменьшить усиление по постоянному току до единицы и устранить необходимость в диодных зажимах, усиление больше не контролируется, а усиление по постоянному току не равно единице. Диодный зажим необходимо заменить, поскольку для различных значений Vpp требуются разные смещения, чтобы они не насыщались.

Вот последний абзац в виде схемы. Операционные усилители представляют собой операционные усилители LMV344, а не LMV324, как показано на рисунке. Входной сигнал имеет Vpp от 30 мВ до 4,7 В в зависимости от режима работы двигателя.

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

А вот два примера входного сигнала. Первый – это форма кривой потребляемого тока при 100%-ной нагрузке, а вторая – потребляемый ток при 25%-й нагрузке.

Как я могу получить схему с переменным усилением, усиливать сигналы с Vpp между 30 мВ и 4,7 В примерно до 4,7 В, избегая при этом насыщения из-за входных уровней постоянного тока? Заранее спасибо. Это поглотило меня за последний месяц.