Design de front end analógico para adc de 16 bits

[Sérgio_Sena]

Considera-o como um data-logger genérico em que o condicionamento de sinal é feito numa placa secundária, assim tanto lá meto um termopar como um giroscópio ou acelerómetro analógico, ou meço voltagens e correntes, dai não saber que sinal é, porque efectivamente o que a placa vai ver é um sinal diferencial centrado em 2.048v.

Achas que é realmente necessário usar uma referência para me dar os 2.048v ou resistência de 0.1% não servem?
Andei a ver op-amps de instrumentação e maior parte do que vi interessante, são todos single ended, já tinha pensado neles para o condicionamento de sinal em si na placa secundária, mas para front-end do adc, não sei se serão tão uteis como um op-amp diferencial a sério.

O Amplificador de Instrumentação é em sim um amplificador Diferencial com saída Single-Ended.

Em vez de usares InAmps já integrados num só, faz tu mesmo com vários ampops seguindo o esquema de princípio. Segue o livro da Analog Devices http://www.analog.com/static/imported-files/design_handbooks/5812756674312778737Complete_In_Amp.pdf, na pág 2-2, fig 2-4, tens um excelente exemplo. Usas bons ampops rail-to-rail e aplicas a Vref/2  onde diz reference.

Eu não aprecio mt o ADC dos Atmel, pelo menos dos XMEGA B que usei.... foram precisas algumas voltas em hardware para colmatar as estranhezas de decisões que eles tomaram dentro do chip.
Por isso aconselho a usar a forma single-ended.

Aliás... vais usar um ADC externo, correcto? ... há por aí uns mt bons :: Analog Devices, Burr-Brown (TI)...
Só tens que comunicar depois por SPI rapidamente com o micro.

[senso]

Mais estranho num datalogger genérico é a interface ser CAN!

Ando com a mania de brincar com CAN, como ando de volta de um projecto semi comercial que é uma ignição programavel para motores 2 tempos, para uso em competição, adicionar um data logger ou dois para medir umas coisas, pode vir a ser vantajoso, dai a utilização de CAN.

O conversor que estou a pensar usar é da ex-National agora TI, referência ADC161S626, basicamente pesquisei na Mouser pelo que lá há(infelizmente não vendem nada da Analog, nem da LT, mas isso é outro caso...), e escolhi com base nas caracteristicas, que são as seguintes:

Conversion Rate: 50 kSPS to 250 kSPS
DNL:+ 0.8 / ? 0.5 LSB
INL: ± 0.8 LSB
Offset Error Temp Drift:2.5 µV/°C
Gain Error Temp Drift:0.3 ppm/°C
SNR: 93.2 dBc
THD: ? 104 dBc

Parece-me relativamente bom comparado com o preço, antes de escolher este adc tinha um outro da TI em vista, mas como não existe na Mouser, optei por este modelo, o op-amp diferencial que estou a pensar usar como buffer/front-end é o THS4531:
    Ultra Low Power:
        Voltage: 2.5 V to 5.5 V
        Current: 250 µA
        Power-Down Mode: 0.5 µA (typ)
    Fully-Differential Architecture
    Bandwidth: 36 MHz
    Slew Rate: 200 V/µs
    THD: –120 dBc at 1 kHz (1 VRMS, RL= 2 k?)
    Input Voltage Noise: 10 nV/?Hz (f = 1 kHz)
    High DC Accuracy:
        VOS Drift: ±4 µV/°C (–40°C to +125°C)
        AOL: 114 dB
    Rail-to-Rail Output (RRO)
    Negative Rail Input (NRI)
    Output Common-Mode Control

Que me parece apropriado, a referência de voltagem é uma REF4120 tambem ela da TI.
O micro-controlador elegido, será por agora um atmega, com o processamento de sinal a ser feito numa placa á parte que trata de criar logs, aplicação de filtro e outras funcionalidades, se quiser mover parte do processamento para o atmega e ele não der conta do recado, passo para um dsPic, um pic32 para tirar partido do raw power ou um cortex-m3, mas acredito que o atmega dê conta da coisa-.

[Sérgio_Sena]

Mais estranho num datalogger genérico é a interface ser CAN!

Ando com a mania de brincar com CAN, como ando de volta de um projecto semi comercial que é uma ignição programavel para motores 2 tempos, para uso em competição, adicionar um data logger ou dois para medir umas coisas, pode vir a ser vantajoso, dai a utilização de CAN.

O conversor que estou a pensar usar é da ex-National agora TI, referência ADC161S626, basicamente pesquisei na Mouser pelo que lá há(infelizmente não vendem nada da Analog, nem da LT, mas isso é outro caso...), e escolhi com base nas caracteristicas, que são as seguintes:

Conversion Rate: 50 kSPS to 250 kSPS
DNL:+ 0.8 / ? 0.5 LSB
INL: ± 0.8 LSB
Offset Error Temp Drift:2.5 µV/°C
Gain Error Temp Drift:0.3 ppm/°C
SNR: 93.2 dBc
THD: ? 104 dBc

Parece-me relativamente bom comparado com o preço, antes de escolher este adc tinha um outro da TI em vista, mas como não existe na Mouser, optei por este modelo, o op-amp diferencial que estou a pensar usar como buffer/front-end é o THS4531:
    Ultra Low Power:
        Voltage: 2.5 V to 5.5 V
        Current: 250 µA
        Power-Down Mode: 0.5 µA (typ)
    Fully-Differential Architecture
    Bandwidth: 36 MHz
    Slew Rate: 200 V/µs
    THD: –120 dBc at 1 kHz (1 VRMS, RL= 2 k?)
    Input Voltage Noise: 10 nV/?Hz (f = 1 kHz)
    High DC Accuracy:
        VOS Drift: ±4 µV/°C (–40°C to +125°C)
        AOL: 114 dB
    Rail-to-Rail Output (RRO)
    Negative Rail Input (NRI)
    Output Common-Mode Control

Que me parece apropriado, a referência de voltagem é uma REF4120 tambem ela da TI.
O micro-controlador elegido, será por agora um atmega, com o processamento de sinal a ser feito numa placa á parte que trata de criar logs, aplicação de filtro e outras funcionalidades, se quiser mover parte do processamento para o atmega e ele não der conta do recado, passo para um dsPic, um pic32 para tirar partido do raw power ou um cortex-m3, mas acredito que o atmega dê conta da coisa-.

# os sinais poderão ser de 100kHz máx ?... então convém teres pelo menos 4x sampling-rate para teres alguma coisa de jeito...  2x é pouco para se ter uma boa resolução. Claro que há filtragens, mas... é uma decisão tua.

# esse ampop da TI só permite uma entrada diferencial máx de 1V.  É mesmo isso quer procuras ?

Quanto ao micro, exige mt velocidade de processamento matemático. Vê lá qual deles se adequa melhor ao teu projecto.

[senso]

Grande falha de seleção...
Estranhamente esse parametro não aparece nas pesquisas da Mouser, se calhar a melhor opção é mesmo fazer um op-amp diferencial a partir de vários single-ended.

[Sérgio_Sena]

Grande falha de seleção...
Estranhamente esse parametro não aparece nas pesquisas da Mouser, se calhar a melhor opção é mesmo fazer um op-amp diferencial a partir de vários single-ended.

eu tenho usado os CLC2011, gosto mt das specs e são baratos

[senso]

Obrigado pela referência, mas esse tem uma voltagem de saida máxima de 2.5v aproximadamente.

[Sérgio_Sena]

Obrigado pela referência, mas esse tem uma voltagem de saida máxima de 2.5v aproximadamente.

como assim?  é IN/OUT rail-to-rail

ver VOUT characteristics @ Vs = +5V

[senso]

Na página 8, gráfico Output Swing vs. Load, o máximo e minimo são respectivamente +1.35v e -1.35v e na página 4, na tabela que fala sobre a voltagem de saida, a voltagem máxima é de 2.68v com uma carga de 10K na saida, mas nas features sim diz lá que é rail to rail IO, portanto estou um bocado confundido com isto tudo..

[Sérgio_Sena]

Na página 8, gráfico Output Swing vs. Load, o máximo e minimo são respectivamente +1.35v e -1.35v e na página 4, na tabela que fala sobre a voltagem de saida, a voltagem máxima é de 2.68v com uma carga de 10K na saida, mas nas features sim diz lá que é rail to rail IO, portanto estou um bocado confundido com isto tudo..

na prática uso rail-to-rail a 3.3 e 5.0 e não falha !
para veres, uma montagem a fazer InAmp, alimento o andar final a +3.3V, tenho bias a 1.65 e faço swing desde 0.05V até 3.25V

mas este é um exemplo de ampop, se tens dúvidas arranja um e experimenta ou então testa com outro que aches melhor.
esta é só a minha experiência prática. Tive exactamente a mesma dúvida que tu qd vi o datasheet pela primeira vez, mas depois de experimentar conclui q afinal faz o rail-to-rail

[senso]

Eu acho que é a parte de falar lá em Vs/2 nos gráficos, as vezes as datasheets são muito pouco claras no que mostram, mas acredito na tua palavra, e se ele diz que é rail to rail e tu experimentalmente comprovas isso, só te tenho a agradecer, e por toda a ajuda que tens vindo a oferecer.

[Sérgio_Sena]

Eu acho que é a parte de falar lá em Vs/2 nos gráficos, as vezes as datasheets são muito pouco claras no que mostram, mas acredito na tua palavra, e se ele diz que é rail to rail e tu experimentalmente comprovas isso, só te tenho a agradecer, e por toda a ajuda que tens vindo a oferecer.

ora essa, não é preciso agradecer
se por acaso fizeres alguns testes e comprovares um funcionamento desviado do meu, diz-me, para podermos comparar as notas. Assim aprende-se sempre !

[senso]

Pelo preço, quando o Hugo fizer a encomenda á Mouser mando vir uns quantos, e acho que finalmente dei com o filão certo de app-notes da Analog e da TI, quando acabar de ler deixo aqui links das melhores para quem quiser, assim como o esquema e talvez do layout final, porque metade da performance está no layout do pcb, não sei se vale a pena usar um pcb de 4 layer, se meter o design em 5x5cm na iTead são pouco mais de 60€ uma pcb de 4 layers.

[senso]

Bem, o Altium é cá uma dor de cabeça, agora que tenho um esquema que ocupa uma folha A3 completa está-me a dar uns erros de Unknown pin..

Dá em dois condensadores e num diodo, decidi apagar os condensadores e o diodo e os erros desapareceram, mas mal adiciono até um 1N4001 da lib Standart dá logo o mesmo erro :/

Imagens:


Alguem faz ideia de que raio de erros são estes?




E o que me aparece se meter até um componente standart:

[Hugu]

unknow pins... ao que parece n será por ter pinos no ar, mal ligados? mas pode ser dakeles erros que nem tem haver com o proprio erro, mas a bug qq, do tipo, limite maximo de comps atingidos no altium? tipo: qual a licença do teu altium?

[senso]

Licença de estudante..........................

Não, o problema é por ser um componente da lib standart com um footprint não standart, apaguei, reiniciei, refiz e passou-lhe as manias..