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[参考译文] TIDA-010249:IEPE 振动传感器设计

Guru**** 1127450 points
Other Parts Discussed in Thread: DAC5311, THS4551, TVS2201, TVS3301, TIDA-010249, OPA2320, TVS2701, INA851, TVS2700
请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/sensors-group/sensors/f/sensors-forum/1241171/tida-010249-iepe-vibration-sensor-design

器件型号:TIDA-010249
主题中讨论的其他器件: OPA2320、DAC5311 、THS4551 、TVS3301、TVS2201、 TVS2701INA851TVS2700

您好!

我们希望创建一个新设计来连接行业标准的 IEPE 传感器。 我们参考了 TI 的 TIDA-010249参考设计。

此设计要求如下:

1) IEPE 传感器规格- 100mV/g 灵敏度、10-12V 偏置电压、0.5mA 至8mA 电流

2) 2)不需要 ADC。 相反、传感器信号只是简单地缓冲到 多个输出中、且电平(偏置和信号)与输入信号相同。

2) 2)假设可以像 TIDA-010249一样使用固定电流源、HPF 和缓冲器部分。

3) 输入和输出均需进行断线和短路检查。

4)输入和输出端需要 EMI 和浪涌保护。

您能为 OPA2320级之后的设计推荐一个合适的 LPF+输出驱动级吗?

此致

古拉夫

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    您好、Gaurav、

    1-对于高达8mA 的可变电流源,建议使用 DAC5311 (8位超小型 DAC),后面是一个二级电流源  ,如有需要,可以使用 OPA2990S 关闭电流源。

    2. 您是否只是过滤/缓冲信号? 还是执行电平位移/RMS 检测?

    3.我们有一个新的驱动器 INA851、可作为单芯片实现前端、现在由 OPA2320和 THS4551实现

    4.请详细说明输出需要什么、如果耦合为交流耦合、输入上的断线可像 TIDA-010249一样完成。 您是否有交流耦合?

    5.为了进行浪涌保护,可以使用 TVS3301,后跟一些串联电阻。 请提供有关输入端口的更多详细信息以建议保护方案。 如果输出是低阻抗 缓冲器、 则保护有点复杂。   根据 您的最大输出工作电平、您需要将 TPS26614串联、然后是 TVS2701或 TVS2201。

    6.是否需要单端驱动级?  如果您描述您的设计将执行的操作、

    (例如:缓冲20kHz 5-17V 信号,驱动它输出 单端,增益为1,电流驱动能力为10mA,最小负载为1k Ω,20pF…… 等)

    此致、

    艾哈迈德

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    尊敬的 Ahmed:

    感谢您的答复。

    1.我会检查电流需求,然后回来。 我们可以使用固定电流源。

    2.仅过滤/缓冲信号。  传感器的频率响应介于0.8Hz 至15kHz 之间。

    3.我们不需要差分输出,但只有 4个缓冲输出与输入传感器信号相同。 在这种情况下、INA851的使用成本高昂。

    4.是的,交流耦合。 要防止输出端出现导线短路。

    5.设备应安装在靠近高压传输线路的位置并在工业 EMI 环境中。

    6.是的、我们仅需要增益为1的单端驱动器级(4个输出)。 我很快就会回来讨论输出驱动和负载。

    此致

    古拉夫

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    您好、Gaurav、

    目前尚不清楚您是按原样缓冲信号还是正在将电压电平缩小到较低的水平。 此外、在交流耦合后信号是双极的、您将为信号链还是单轨电源使用双极电源? 哪种电源电平? 如何为单元供电?

    此致、

    艾哈迈德

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    您好、Ahmed、


    该装置由24V 电源供电。 我们只需要对信号进行滤波和缓冲、即可提供输入的纯净副本。 输出应在输入端保持相同的偏置电平(约10-12V)。 现在很清楚吗?

    根据我的理解、输入信号应该只为正、直流电平大约为偏置电压。 因此、在交流耦合之后、需要插入相同的共模。

    此致

    古拉夫

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    您好、Gaurav、

    很抱歉回复延迟! 我的雷达将最后一条消息关闭。

    那么、我在这里重复您的假设、

    -单元是4通道缓冲器/滤波器与 IEPE 输入,我假定+/-10V  

    -装置由24V 电源供电

    -固定电流源由24V 供电

    -输入的直流偏置10-12v

    以下是我的建议:

    -使用单个24V 电源设备。 这意味着所有运算放大器都应该是高电压运算放大器、

    -保持信号水平 高,没有衰减(除非您出于某种原因需要它)

    -输入 HPF 衰减器应该只有2:1的衰减,其次是增益为2的非反相滤波器。 不衰减信号通常应提供更好的 SNR。

    -也就是说、我会选择高电压 OPA 而不是 OPA2320、  

    -成本最低的选项有 OPAx191、OPAx192和 OPAx197、它们在噪声、BW 和 Iq 方面各不相同。 它们具有足够的 SR、电流驱动、容性负载稳定性 来支持 IEPE 信号。

    -如果您的布局 需要,请使用四路版本的放大器(PA419x)或双路放大器(OPA219x)来实施4个缓冲器/滤波器。 应该是这样。 您可以 使用多反馈来实现滤波器。

    -您需要将信号移动一个固定值(11V 应该是合理的),这种偏置或共模应该被路由到输入 HPF、非反相缓冲器和滤波器/缓冲器,这些滤波器/缓冲器应该作为差分放大器来提供这种偏移。
    因为偏置电压在这个应用中并不重要。 我假设可以针对所有输出将输入偏置转换为11V 的固定偏置。
    -很明显,输出将是电压输出,而不是像 IEPE。  如果电流源关闭、它们仍可以连接到 IEPE 模块输入。

    -我希望这些信息对您有所帮助。

    -用于输入/输出断线和输出短路检查。  您希望如何报告这些检查的结果? 除了4个缓冲输出外的任何其他输出? 您能否提供有关该模块完整接口的更多信息?

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    感谢 Ahmed 的详细介绍。 我也忙于从客户那里收集更多数据。

    -是的,卡的输出应连接到 IEPE 分析仪模块输入,如常,电流源关闭。 因此、我认为输出不需要高电流驱动。

    -您认为在输出级前还需要一个 LPF 来分流运算放大器的高频噪声吗? 传感器频率响应介于0.8Hz 至15KHz 之间。

    -提到的传感器电流范围高达8mA。 我想我们将把它保持在4-6mA 左右、以免在现场造成不同传感器连接出现问题。

    -我们不需要报告断线或短路。 相反、我们需要防止板载电源(最有可能是后面接有 LDO 的隔离式电源)和其他电路出现故障。

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    您好、Gaurav、

    在第一阶段进行滤波是有意义的。 它节省了对每个输出重复滤波的时间。

    -我把下面所需的电路的简化示意图。

    -因为您只需要保护 输入/输出:

    -对于输入、 Rin+R4之后的电容耦合将保护 U3免受过压。

    -电流源限制电流,所以输入短路没有问题

    -如果输入中断,电流源 将关闭,将输入拉至电源电平,同样没有问题。

    -如果输入有过压,这可能会回到 Vcc,这就是为什么 D1被用来防止这种情况。

    -对于低于接地电压的 输入电压,D1和 M1 VDS 需要承受指定的最低输入电平

    -对于输出保护,我确实使用了 TPS26614环路保护器,它将 实现过流保护,因此如果输出电流超过30mA,它将关闭,并根据特定顺序重试。

    - TPS26614还将保护 U5免受过压/欠压影响,因为当 OUTx 电压电平 低于0或高于 Vcc 时,它将关闭

    由于 TPS26614位于输出缓冲器环路中、因此其电阻不会产生偏移误差。

    -为了保护 U5输入免受过压/欠压影响,我们有 RP1。此外,可以选择使用 DP1+DP2来确保输入 ESD 二极管永远不会 导通。

    -如果需要浪涌保护,则将 TVS2700放在输入端和输出端

    希望这能为您提供一个良好的起点。

    此致、

    艾哈迈德

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    谢谢 Ahmed。  到目前为止、我们有足够的信息。

    它会让您知道是否出现了其他情况。

    此致

    古拉夫