Получению точного аналого-цифрового преобразования в широком динамическом диапазоне сигнала мешают многочисленные скрытые «враги и силы тьмы». В лагере этих «темных сил» находятся синфазное напряжение шумов и широкий диапазон амплитуды сигналов, мешающие использованию полного входного диапазона напряжений АЦП и его разрешения. Надежным решением для борьбы с синфазным напряжением шумов служит использование дифференциального входа, а обуздать разницу амплитуд можно использованием цифровой установки коэффициента усиления. DPGIA (инструментальный усилитель с цифровой установкой коэффициента усиления) реализует обе этих функции (рис.1). Микросхемы DPGIA, часто интегральные, имеются на рынке, в частности LTC6915 компании Linear Technology.
Но в этой дизайн-идее описывается DDENT (дифференциальный с экспоненциальным нарастанием и отрицательной константой времени) DPGIA, реализующий концепцию дифференциального входа с «коммутируемым конденсатором и DDENT зависимостью, который является интересной альтернативой. Вы управляете работой DDENT с помощью бита усиление/слежение. В режиме слежения коммутируемый конденсатор С подключен к положительному и отрицательному выводу дифференциального входа, на который подано измеряемое напряжение, VIN. Переход в режим усиления изолирует конденсатор С от входов и инициирует регенеративное экспоненциальное усиление с отрицательной временной константой входного напряжения. С этого момента и до момента, когда подключенное АЦП окончательно оцифрует выходное напряжение, VOUT/VIN это экспоненциально возрастающая функция от времени: gain=2(t/10 msec+1).
Используя достоинства более ранней конструкции, эта новая схема имеет величину CMR (ослабление синфазного сигнала), которую не ограничивают ни характеристики операционного усилителя, ни точность подбора резисторов. Ограничение накладывает только паразитная емкость, но вы можете минимизировать ее влияние с помощью правильной конструкции платы. Схема имеет диапазон входных напряжений, равный напряжению питания, теоретически неограниченную величину усиления и величину разрешения установки усиления, определяемую точностью установки интервала усиления.
Кроме того, схема имеет время установления сигнала в 10…100 раз быстрее, чем у образцовой микросхемы LTC6915 и амплитуду выходного напряжения ±10 В – в 2…4 раза больше, чем у интегральных DPGIA. Кроме параметров по постоянному току выбранных вами операционных усилителей, только точность и повторяемость генерации экспоненты, точность выборки АЦП и стабильность постоянной времени RC ограничивают качество обработки сигнала и точность этого усилителя. В данной схеме выборки, где Т составляет 514.4 мс, ошибка времени усиления или дрожания фронта величиной 1 мкс приводит к ошибке коэффициента усиления, равной 0.007%.
