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[参考译文] TIDA-01471:具有单源、单端到差动端低通滤波器的 IEPE 信号调节器

Guru**** 1633790 points
Other Parts Discussed in Thread: TIDA-01471, THP210, OPA320, LM7705
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/tools/simulation-hardware-system-design-tools-group/sim-hw-system-design/f/simulation-hardware-system-design-tools-forum/1295027/tida-01471-iepe-signal-conditioner-with-single-source-single-ended-to-differential-ended-low-pass-filter

器件型号:TIDA-01471
主题中讨论的其他器件: THP210OPA320LM7705

大家好、我想设计一款 iepe 传感器信号调节器。 我将要设计的信号调节器不包括增益和电流器件。 来自 iepe 传感器的信号将通过耦合电容器,然后通过低通滤波器(增益:1。 对信号进行滤波后、该低通滤波器会将单端信号转换为 差动输出 信号、并将其提供给 ADC 输入。

当我在图片中进行配置并应用10kHz +-1V 信号时、我可以获得具有轻微相移的差分信号。

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然而、当我在开始时放置一个耦合电容器、并且为交流信号增加12伏直流失调电压时、它不会滤除失调电压(具有耦合电容器的 HP 滤波器)、我会得到这样的结果? 我很难理解我的错误所在。

第二个问题:TIDA-01471参考设计通过低通滤波器后是否存在相移?  

您能帮助我完成设计吗、谢谢。

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    Electonx 您好、

    -相移是任何 LPF 或 HPF 的特性,它代表群延迟,并且取决于频率。 您可以推断出滤波器响应波特图中的相移。 一般来说 、据我所知、这种相移对于振动分析不应该是至关重要的。

    第二个电路有一个问题,就是你没有设置交流耦合输入 节点的直流值  (左侧 R6 )。 您可以这么想:当没有交流输入时。 R6的左侧节点悬空。 它将获取正确节点的电压电平。 R2连接到 THP210的高阻态输入、因此它也不会传递任何电流。 因此、R6和 R2之间的节点是高阻抗节点、唯一的低阻抗路径是通过 R4和 R8、它们不承载任何电流。 out 处的输出将简单地确定此输入的直流电平。 然后电路将采取满足以下条件的状态(输出=增益 x 输入、R2和 R6之间的节点= OUT-)、这就是您看到输入端为8V、输出端为差分8V 的原因。

    -解决此问题的方法应该是在 C6之后添加一个接地电阻器。 这里有一个技巧、添加的电阻器 必须满足:

    电阻与 C6一起 构成高通滤波器。 R 由所需的截止频率

    2.在顶部、高通滤波器用作输入端的分压器、导致衰减。  

    添加到一个输入端的电阻需要添加到另一个输入端才能具有相同的直流值。  请注意、(VCOM)*(R8+R4)/R6是输入的直流值。 您需要确保该值在 THP210的输入 CM 范围内。

    遗憾的是、在此电路中、由于滤波器后没有缓冲、您无法独立控制衰减、HPF 截止频率和输入直流值。 通过在电容器后添加一个电阻器和一个缓冲器、您可以 对这些参数进行去耦。

    希望这有助于您熟悉电路。

    此致、

    艾哈迈

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    您好,艾哈迈德!,感谢您的反馈,我尝试了您说的,我添加159欧姆两侧的1000 Hz 截止信号以 dB 为单位。 它比旧的要好、但当我施加一个100mV 信号时、直流偏移仍会出现、如图中所示。 你有任何其他建议吗?

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    R8应该是唯一接地路径。 您已经短路了。

    另一方面、159欧姆电阻器有点低、但如果您具有合适的电容、则可以根据需要实现整体链增益。

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    感谢您的快速响应、但在本例中、它会导致信号减弱。 例如、当我施加100毫伏电压时、输出电压得到的值为78.8mV。 有其他解决方案吗?

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    您只需通过增加滤波器级增益来补偿此处看到的衰减。 但请注意、衰减是输入频率的函数。 您还可以在两侧创建偏置网络、 但这不会改变会出现一定衰减的情况。

    我 认为、 在该设计中需要考虑不止一种直流电平转换:

    您需要在输入端设计 HPF 以满足多个参数(输入阻抗、截止频率和衰减因子):

    1) 1)您的截止频率目前相对较高(1kHz)、典型设计具有低于1Hz 的截止频率

    2) 2)您的电阻器值也相对较小、与电容器仅相差159瓦(1uF)。  这意味着相对于 R/(r+Xc)有衰减

    3)此外、有效输入阻抗会随着频率的升高而降低 、从而导致衰减、如果将源阻抗考虑在内、则会由于输入阻抗较低而出现幅度误差、甚至可能使传感器过载。 输入阻抗典型值超过100k Ω

    >>我建议的是、首先确定要在高频(如10kHz)下实现的输入 阻抗、然后设置 HPF 所需的电阻、再使用目标截止频率确定电容。

    >>一旦完成、您会发现电阻值可能很高、并且无法驱动此处的相对较低阻抗的滤波器、这意味着 HPF 和滤波器之间可能需要一个缓冲器。 (我在这里可以推荐 OPA320、请查看新设计 https://www.ti.com/tool/TIDA-010249、不过它是低电压、并且之前可能需要衰减)

    >>如果您使用了缓冲器、并决定输入共模为零、正如您在此处选择的、则需要确保缓冲器可以输出真正的零。 这可通过使用 RRO 缓冲器、双极电源或使用简单负电荷泵(如 LM7705)作为缓冲器的负电源来确保。

    >>如果不想使用双极电源、则可以将输入共模设置为非零值。 这将需要移动两个输入。 您可以在差分放大器模式下使用缓冲器来移动输入、并确保在两个输入上应用移位。 移位值可以是由 ADC 生成的 VCM、也可以是内部 VREF (不过您可能需要对其进行缓冲)、这如下图所示

    >>添加缓冲器可以让您独立设置:输入阻抗水平、HPF 截止频率、衰减(这可以在后续阶段进行补偿),以及设置输入共模。

    我建议浏览以下文档、

    https://www.ti.com/lit/an/slyt749/slyt749.pdf

    https://www.ti.com/lit/pdf/tidud62

    https://www.ti.com/lit/pdf/tiduf13

    更深入地了解 有关此类信号链的注意事项。

    此致、  

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    大家好、Ahmed、非常感谢您的帮助、信息和资源。 我了解到 TIDA-01471是一种单一来源导向的设计。 在我们的输入信号的直流偏移被删除后,我们有一个+-信号,并在增益部分,再次添加直流偏压,以防止信号被削波。 此外、输入是具有可调一阶增益的有源高通滤波器。

    我们的信号调节器的输入阻抗是电容器阻抗+我们在输入和 GND (或基准)之间放置的电阻。 (1/(2πfC Ω)+ R)

    虽然增加输入阻抗会提高信号测量的精度、但会增加寄生噪声并削弱信号质量。 因此、我们必须将输入阻抗保持在最佳值。

    在本例中、首先将输入阻抗确定为256千欧、然后将-3dB 处的截止频率确定为0.6217Hz。 因此、我们的电容值为1uF。

    这样、我更好地了解了应该使用有源滤波器的原因。

    谢谢!