С незапамятных времен, или, по крайней мере, со времени расцвета высокоточной электроники, основной головной болью разработчиков аналоговых схем были ошибки, порождаемые синфазным напряжением (common-mode-voltage – CMV), известным также как «страшная земляная петля». Несмотря на почти мистический страх, порождаемый в сердцах инженеров, ничего особенно загадочного в синфазном напряжении нет. Причина возникновения ошибок проста: опорные уровни синфазных напряжений, то есть земля схемы, в различных местах, таких как датчики в одном корпусе и АЦП в другом, склонны различаться. Поэтому, когда вы разводите сигналы между удаленными схемами, различие в CMV проявляется как аддитивный шум и смещение, искажающие полезные сигналы.
Существует множество способов устранения ошибок CMV. Эти способы основаны, как правило, на лобовых подходах, типа использования огромного количества меди в земляных межсоединениях, формирователей сигналов на основе полностью дифференциальных инструментальных усилителей и гальванической изоляции. Для каждого из них есть своя ниша, в зависимости от таких факторов, как серьезность проблемы CMV и количество сигнальных каналов, нуждающихся в удалении CMV. Одним из наиболее популярных и эффективных средств является дифференциальное усиление, при котором для удаления CMV из сигнала вы выполняете аналоговое вычитание. Недостаток этого метода заключается в том, что для каждого канала сигнала требуется отдельный усилитель. Схема на Рисунке 1 является вариацией на тему все той же идеи дифференциального усилителя, но в ней объединены два усилителя CMV с простыми пассивными парами резисторов и восьмиканальным мультиплексором, обеспечивающими подавление CMV в большом числе аналоговых каналов при минимальном количестве компонентов.
 |
||
| Рисунок 1. | ОУ A1 усиливает и инвертирует синфазное напряжение с коэффициентом –10. Затем этот сигнал поступает на массив пассивных суммирующих цепей. Аналоговый мультиплексор выбирает требуемый входной сигнал, а ОУ A2 компенсирует ослабление сигнала. |
|
Несколько слов о том, как работает схема. Усилитель A1 инвертирует и усиливает синфазное напряжение в –10 раз. Затем усиленное напряжение поступает на массив пассивных суммирующих цепочек – по одной на каждый входной сигнал. Каждая из этих цепочек с соотношением плеч 10:1 объединяет напряжения входных и CMV сигналов с опорным напряжением –10 В.
Ослабление VCM определяется в основном точностью отношений сопротивлений 20- и 2-килоомных резисторов. При точности 1% коэффициент подавления синфазного сигнала составит 100:1, или 40 дБ, а при точности 0.1% – 1000:1, или 60 дБ.
Затем аналоговый мультиплексор выбирает желаемый канал входного напряжения для усилителя A2, восстанавливающего исходный уровень сигнала путем умножения его на 11/10. Необязательные фильтрующие конденсаторы 0.1 мкФ обеспечивают небольшое ослабление низкочастотных шумов. Их емкости необходимо подбирать в соответствии с требуемой полосой пропускания вашего приложения. Примерно 180 мкс (или около 88 Гц) в этой схеме может быть слишком медленно для одних приложений и слишком быстро для других.
Купить MAX14752 на РадиоЛоцман.Цены
