[参考译文] 2个传感器信号共用-偏移(输入放大器)还是隔离(ISO-AMP)？

您好、Kris、

我不完全了解您的传感器是什么样子、或者需要在上面的电路中隔离什么、但是如图所示、您实施的 V-I 电路有多个电流误差源、可能需要校准、并且对负载变化非常敏感。 您可以考虑使用以下拓扑：  

e2e.ti.com/.../Kris-OPA192.TSC

我认为这不适用于仪表放大器、因为您始终必须为偏置电流提供直流接地路径、这似乎会消除您要实现的有效隔离。  

对于 ISO 放大器建议、您需要与隔离放大器组进行讨论。 如果您想调查此选项、我们可以将您重定向到他们的论坛。

你(们)好、Zak。 感谢您的回答、让我再填一个背景信息：

这里(下面)是在传感器电路和传感器节点电路周围绘制的原理图和框。

传感器是一个独立的自包含实体、具有自己的外壳和4个外部端子 P (+)、P (-)、S (+)、S (-)。 外部
电源(未显示)通过 P (+)和 P (-)为传感器连续供电的测量电路供电。 传感器连接到传感器
及其 S (+)和 S (-)端子的节点。

传感器节点是一个独立的、电池供电、自包含实体、具有其自身的外壳和多个2端传感器
连接器。 每个传感器连接器均通过电缆连接至单独的外部传感器。 传感器节点的内部电路常见
(标记为 N)不可访问。 每个传感器连接器的开路电压最大为14V (通电时)。

一个系统包含一个传感器节点和多个传感器。 每个传感器都连接到传感器节点(S)上的传感器连接器
端子)。 系统中的每个传感器还必须从外部电源(未显示)接收电源(在其 P 端子处)。

传感器有2个内部电路共用引脚：标记为 P 和 S、连接时(现在)需要每个传感器
外部 P 电源应与其他传感器的 P 电源进行电气隔离。 我想更改该要求。 我希望系统能够执行的操作
使用为所有传感器供电的单电源。

有多个传感器将其电流信号馈入传感器节点。

传感器节点最初开发用于2线1uA/K 温度传感器、其回路电流为223 - 423uA (间歇性供电)
电流环路)不足以为我展示的另一种类型(而非温度)传感器供电。 此外、的性质也是如此
此其他类型传感器中的测量电路需要持续供电、因此我开发了所示的电路
2个器件(连续供电测量、间歇性供电 V-I 电源)。

传感器电路工作良好、包括对环路电阻不敏感的 V 至 I 电流源、只要存在该电流源
端子 S (+)和 S (-)之间的压降足够大。 对于我使用的双路运算放大器、主要误差源是运算放大器 Vos
足够低。 这款双线 V 至 I 环路受电电流源是一款经过检验的电路、可作为 TI 的基础
XTR115/116等 其中 V 是信号电压(相对于 S common)、I =(V/Ri)*(1 + R1/R2)。  请解释您的电路拓扑及其工作原理。  

假设我保持 V 至 I 电流源不变、我希望更改电路、以便能够通过同一电源为多个传感器的连续电源端子(P+、P-)供电。

考虑信号电流环路(连接到节点 S 端子的传感器 S 端子)。 传感器的内部 V 至 I 源电路
公共(标记为 S)电压(相对于节点的内部电路公共、标记为 N)将随该传感器的环路而上升和下降
电流。 由于节点具有多个传感器的终端、因此每个连接的传感器的内部 V 至 I 源电路公共(S)将是
电势的变化、具体取决于其信号电流。 如果连续供电测量电路公共(标有 P)为
连接到 V 至 I 源电路公共端(现在是)、每个传感器连续端有一个单独的隔离式/浮动电源
需要电源(P)端子。

这就是我要更改的内容。 我想更改传感器电路、以便可以有多个传感器的连续功率(P)端子
由该系统内的单电源供电(由连接到单个传感器节点的多个传感器供电)。

给定环路电阻值(3k + 5.9k)和信号电流(I)范围(228至423uA)以及 V 至 I 源电阻、V 至 I
源电路公共(S)电势(相对于节点电路公共 N)只能变化最大值约为2.1V (我之前的1.6V 是)
错误)。

因此在传感器中、我想将测量电路公共端(标记为 P、显示为连接到 P-)与 V 至 I 源分开
公共(S、如图所示连接到双运算放大器 V-和一个输入)、从而允许每个传感器的 V 至 I 源共(S)电势
随回路电流变化(最大2.1V)、同时所有传感器测量电路公域(P)互连。 要实现这一点、请在中
我想在测量电路和将转换测量的 V-I 电路之间插入一些东西
电路公共(P)参考 Vo 信号至 V 至 I 源电路公共(S)参考输入缓冲器。 它是内部的电平位移
传感器从所有传感器中相同的一个公共(测量电路)到另一个公共(V 至 I 源)、这会有所不同
根据传感器 S 回路电流从传感器到传感器。

最直接的方法(对我来说)是使用精密隔离放大器、我很乐意提供建议。

我的另一个想法是不要隔离、而是只进行从输入到输出的电平转换。 我将这种可能性以我在我看到的情况为基础
查看整个系统：

我们有传感器节点内部公共(N)、这是系统的最低电势。 我们有传感器节点 S (+)端子
最大值为高于传感器节点内部电路公共电路14V (开路)。 电位之间的电压是传感器 V-
内部共用(S)、它们都在2.1V 频带内。 我们还具有为所有传感器供电的单个直流电源
测量电路(所有传感器共用相同的测量电路 P)。 因此、我在每个转换器中都需要一个输入到输出电压转换器
传感器、允许每个传感器 V 至 I 源共模变化(最大2.1V)。 由于这种变化相对较小
让我觉得隔离不是必要的... 接下来要介绍的是使传感器测量电路保持通用的方法
上下浮动并使电压转换器输入导通。

Kris、

在我们讨论所有其他要求(例如不同通道之间的隔离)之前、我们需要确定您的电流源的基本设计-您现在设置的方法是平衡刀片上的输出电流与输出电压、 对允许的输入电压和输出电流范围进行多项限制。  它还使计算总输出电流变得困难、因为它是 Vin、Ri、R1、R2、R3的函数、 和(S-)。

将输入和输出短接至 R3电阻器上的负电源轨(请参阅上文)是一个很糟糕的主意、因为它现在需要一定的最小输出电流、以确保输出远高于负电源、从而确保运算放大器线性运行。  此外，通过 R1和 R2的电流增加会增加总输出电流，现在也是 Vin 和 s (-)的函数。

请考虑使用下面显示的基本配置、其中每个运算放大器的电流仅是电源电压 Vcc、Vin 和负载电阻 RL 的函数-请参阅下面的。  如果 Vcc=10V 且 Vout=5V、Iout=(10V-5V)/500 Ω+Iq=10mA+Iq。  下面显示的配置允许您通过更改 R1/R2比率或更改 RL 来轻松更改输出电流。  请注意，与您的设计不同，在此设计中 ，Iout 不是 s (-)电压的函数。  如果 VF3=100V 且 VF4=0V、则 AM1=AM2=11mA。

您好 Marek、

是的、正确的做法是电路需要 最小输出电流、以确保输出远高于负电源、从而确保运算放大器线性运行、但我认为这不是一个错误的主意、因为我确保会发生这种情况。  

Vi (驱动 Ri 的另一侧、而不是您的标签)必须超过最小值才能驱动运算放大器输出正极、向运算放大器静态电流(在我的例子中小于50uA)添加足够的电流以闭合环路、这确实是： Vi (原理图中的测量电路 Vo)= 1.452 -> 2.693V。

在正常线性运行中、输出电流不是 R3或 S-的函数。 高差分增益可保持 Vout、从而稳定流经 R2的电流。 运算放大器+端子为虚拟接地(相对于 S 接地)。

要理解、请将 VI 放在 Ri 的另一侧(根据您展示的内容)。

流经 Ri 和 R1的电流为 Vi/Ri。 高增益和负反馈针对 I (运算放大器输出)= V/R3调整运算放大器输出电压、强制负输入接近与正输入相同的电位、因此 R1和 R2上的电压相同：

I (R1)= VI/Ri；

V (R1)=V (R2)，因此 I (R2)=V (R1)/R2 =(VI/Ri)*R1/R2；

I = I (R1)+ I (R2)=(VI/Ri)(1 + R1/R2)     

我根据我的工作参数(每个运算放大器的可用电压摆幅、环路电压、环路压降、R2和环路电流)选择 R3。  

请参阅 TI XTR115/XTR116数据表。 它是同一个电流源电路、只有我的低得多的环路电流/功率不需要外部晶体管、因此我使用电阻器 R3。

XTR115正常运行不会比我的尖端更尖端、并且它的电流不是使用的外部晶体管或它的引脚(IO)电压的函数。 XTR115电流是 Vin、Rin 以及内部 R1和 R2的函数。

我已经在明尼苏达州室外的建筑屋顶上的真实传感器中构建并测试和操作了该电路、全年都在下雨、晴天、下雪、 热和冷。 它是精确、准确和稳定的。  

您的电路具有 Iout 和 Vcc 的函数...  

e2e.ti.com/.../xtr115.pdf

您好、Kris、

首先、感谢您在本帖子中提供的详细信息级别。 我在 sim 中花了一些时间来研究这一点、我认为这实际上与我们在两线制 XTR 电路的多个通道中面临的问题相同、我发现的唯一解决方案是使用隔离器。 在面值甚至在仿真中、电平转换似乎能够实现您所追求的目标。 但我认为正如您所指出的、您不知道您的公共资源相对于其他公共资源的位置、您可能会面临浮动在有效输入范围之外的风险。 如果前端由回路外部供电、那么您还会面临进入器件输出限制的风险。 我认为，保证正常运行的唯一办法是隔离。 话虽如此、如果您设法找到一种功能替代方案、我很想看到它、当然也可以为您进行查看。

您好、Kris、

ISO7310通常与 XTR 搭配使用、但我想这种方法不适合您、因为您需要的电流水平较低。 静态电流会影响您的环路电流、因此您需要所有电路消耗的静态电流小于所需的最小环路电流。 虽然我必须承认我不支持这些器件、但我看到的大多数隔离器消耗的电流超过1mA。 如果您愿意、我当然可以将其移至隔离团队。 他们可能对此有一个巧妙的解决方案。

此电路的问题是、即使输出在电源范围内移位、您也不知道输入在哪里、并且由于偏置电流、它可能会进入其中一个电源轨。 您必须提供一条通往中性点的路径以避免这种情况、我认为这在您当前的配置中是不可能的。 当您对其进行仿真时、有一点误导、因为它似乎收敛到了合理的值、但我认为这是 SPICE、它提供了一条到中性点的高阻抗路径、最终足以阻止放大器饱和、尽管您的电路中实际上不存在该路径。 如果您要使用较高偏置电流器件仿真同一电路、您会发现它确实会进入电源轨。

e2e.ti.com/.../Sensor-Level-Shift-B.TSC

如果您可以将5V 电源参考到电路中的 S 基准之一、那么我认为这可能起作用、但此时前端不再连续供电。 类似这样的操作可能会起作用：  

尊敬的 Dennis：

很抱歉、我已经不上班几天了。

关于隔离放大器、是的、所需的输出放大器功率看起来是一个主要障碍。  

至于另一种方法、我将研究 Zak 的最后一篇帖子、并可能会跟进、但现在我认为我们已经完成了。

感谢大家！