Agregar compensación de CC a PWM a través de un búfer de ganancia unitaria

Tengo una señal PWM con un período de 200uS y un ciclo de trabajo del 20%. Por razones de creación de prototipos (esto simula un pulso que recibiré de un circuito más adelante en el proyecto), quiero leer la señal PWM a través de un ADC en un STM32F7. El ADC tiene un Vref de 2.5V de un TI 5025 . El pulso del mundo real tendrá una señal que cae por debajo de 0 V antes de que se recupere, por lo que quiero agregar una compensación de CC que sea la mitad del Vref (1,25 V).

La referencia de voltaje funciona bien y he agregado un divisor de voltaje en la salida para obtener la mitad de la compensación de 1,25 V que quiero. Como el pulso interferirá con la señal Vref, opté por agregar un búfer de ganancia unitaria ( MAX4167 ) a la salida para aislar la referencia de 2,5 V y el desplazamiento de 1,25 V para agregar a la señal. El búfer emite el voltaje de CC esperado.

Todo este circuito funciona como se esperaba.

Lo que no funciona es cuando agrego la señal PWM a la salida del búfer. Espero obtener mi salida de señal PWM de 1 V con una compensación de 1,25 V, pero lo que sucede es que la compensación de CC permanece pero la señal se pierde por completo. Quiero que mi señal PWM sea idéntica pero con un desplazamiento. Adjunto una foto de lo que he hecho y lo que quiero. Es mucho más fácil de digerir visualmente.ingrese la descripción de la imagen aquí

Señal PWM que estoy generando a través del generador de señal:ingrese la descripción de la imagen aquí

Salida que obtengo del búfer cuando agrego la señal PWM a la salida:ingrese la descripción de la imagen aquí

Cualquier sugerencia sobre cómo puedo resolver este problema sería genial. No he trabajado mucho con amplificadores operacionales antes, así que estoy seguro de que es algo simple. Gracias

Respuestas (3)

No puede conectar una señal a la salida de un amplificador operacional sin usar una resistencia en serie en el medio. Pruebe con una resistencia de 1 kohm. El amplificador operacional luchará contra cualquier señal "dura" aplicada a su salida y, en su circuito, el amplificador operacional solo puede ganar si se vuelve inestable. Sea razonable y "suma" sus señales.

Inicialmente agregué una resistencia de 100 ohmios entre la salida del amplificador operacional y la señal, pero todo lo que hizo fue cambiar la parte de 0 V de la señal a aproximadamente la mitad sin elevar el pico de 1 V de la señal. es decir. agregó algo de compensación pero también redujo el pico a pico. ¿Podría por favor explicar más acerca de la suma? Gracias
Use una resistencia de 1 kohm tanto de compensación como de onda cuadrada a un nuevo nodo. Ese nuevo nodo es el punto de suma, pero la amplitud de ambos se verá afectada por la operación de "mezcla", por lo que es posible que deba ajustar el voltaje de compensación en consecuencia Y es posible que deba ajustar la amplitud de PWM en consecuencia O use un mezclador de amplificador operacional adecuado circuito.
Intenté su sugerencia, pero solo aumenta la parte de 0V de la señal a aproximadamente 700mV y no aumenta el pulso de 1V en absoluto. Esperaba evitar hacer un circuito mezclador adecuado.
Si agrega una etapa de ganancia de dos después, ¿qué obtiene?
Lo siento si esta es una pregunta tonta, pero ¿está sugiriendo que sume la compensación y el voltaje antes o después de la etapa del amplificador operacional? Decidí no usar un amplificador sumador no inversor estándar porque quiero aislar el Vref del desplazamiento de CC antes de mezclarlo, por lo tanto, el búfer primero. Mezclé la salida del amplificador y la salida de la señal a través de una resistencia de 1kohm cada una y medí el nuevo nodo (similar a un divisor de voltaje, pero con la CC en un extremo y la señal en el otro. Mido el "Vout" entre las resistencias ).
Simplemente haga los cálculos en la señal combinada y qué obtiene.
OK, llegué allí al final. Las dos resistencias que forman el nuevo nodo que quiero medir SÍ forman un divisor de 1/1 y, por lo tanto, mi pico se reduce a la mitad. Si formo el nodo usando resistencias de 2/1, obtengo mis valores. Gracias por ayudarme a entender.
Ha confirmado lo que pensaba, pero no importa qué resistencias use, no recuperará la amplitud y el desplazamiento completos. Debe combinarlos y luego usar una ganancia de 2 amplificadores operacionales. Es posible que aún pueda usar un solo amplificador operacional si, en lugar del divisor de potencial de 1k, tuvo que reducir su voltaje de referencia a 1.25 voltios con resistencias de 10 kohm donde la resistencia inferior se conecta a su pulso. Piénsalo.
Sí, tiene usted razón. Cambiar la relación de la resistencia ayudó, pero no me dio la salida exacta. Nunca fue voltaje de pulso + compensación de CC como quería. Podría acercarme a la compensación de CC O cerca del voltaje del pulso, pero nunca ambos. Si elimino el divisor de voltaje en el lado Vref y alimento el amplificador operacional con una ganancia de 1 con 2,5 V, entonces en la salida puedo usar el nodo de suma para reducir la compensación a 1,25 V mientras mantengo la amplitud de la señal. Creo
Permítanme presentarles el .... simulador. ¿Has probado uno? Una curva de aprendizaje un poco empinada pero, una vez dominada a medias, una ayuda para el diseño de la que nunca podría prescindir.
El único simulador gratuito que conozco es LTSpice y siempre he tenido problemas para usar más que componentes básicos con él. Estoy de acuerdo en que debería aprenderlo. Finalmente se me ocurrió una solución. Mi paquete de amplificador operacional es un amplificador operacional 2 DIP-8, así que hice la ganancia unitaria con un amplificador operacional para aislar el Vref del desplazamiento de CC y PWM y con el segundo amplificador operacional hice un amplificador sumador no inversor con ganancia 2x para compensar por la amplitud media. Gracias por la ayuda, me hubiera tomado mucho más tiempo llegar por mi cuenta.

Para compensar la señal PWM de 1 V en 1,25 V, puede usar un mezclador pasivo, seguido de un amplificador para restaurar la amplitud; como esto:-

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

R1 tiene el doble del valor de R2, por lo que Vref tendrá la mitad de la influencia, equivalente a valores iguales con Vref = 1,25 V. La atenuación del mezclador es 3:1 para Vref y 1,5:1 para PWM, lo que produce la forma de onda correcta pero a una velocidad reducida. amplitud. OA1 está configurado como amplificador no inversor con una ganancia de 1,5, restaurando la amplitud PWM original de 1 V con una compensación de 1,25 V.

Notas:

Este circuito proporciona una baja impedancia de salida para impulsar el ADC. Sin embargo, Vref y PWM no están almacenados en búfer, por lo que es posible que necesite dos amplificadores operacionales más para almacenar en búfer estas entradas también. Alternativamente, podría aumentar los valores de R1 y R2 para que carguen menos las fuentes, teniendo en cuenta que la capacitancia parásita tendrá más efecto a mayor impedancia.

Para mantener la fidelidad de la forma de onda, el amplificador operacional debe tener un ancho de banda amplio y un sobreimpulso bajo. Según el dispositivo, es posible que se requiera cierta resistencia en serie con la salida para evitar la oscilación cuando se activa la capacitancia relativamente alta de la entrada del ADC.

La forma en que he abordado el problema hasta ahora es almacenar en búfer Vref/2 con una ganancia unitaria, ya que no quiero que mi onda cuadrada influya en el Vref, por lo que tengo un búfer constante de 1,25 V. Luego mezclo el Vref/2 y la onda cuadrada con proporciones iguales (2 x 10kohms), lo que reduce a la mitad ambas señales, pero luego las paso a través de un amplificador operacional no inversor con una ganancia de 2 para compensar. Efectivamente, uso una ganancia unitaria que luego se conecta a un verano no inversor con ganancia 2x. También puedo probar tu circuito con el búfer. Gracias

No puede agregar el desplazamiento a la señal sin alguna impedancia de salida, la salida OmAmp de baja impedancia solo sobrecarga su señal. ¡Suma ambas señales con resistencias iguales!

Miré ejemplos de amplificadores de suma, pero no estaba seguro de si esa configuración era correcta para lo que quiero, ya que estoy usando un búfer para aislar primero la compensación de CC y la señal.
Eso no es un problema, en realidad puede reemplazar el búfer simple con un amplificador sumador con una impedancia de entrada lo suficientemente alta. Agregaré un esquema a mi respuesta.
Gracias por el esquema, esto tiene mucho sentido. Solo un pequeño problema: quiero que el búfer también proporcione más corriente que la señal a mi ADC para reducir el tiempo de establecimiento, por lo que definitivamente se requiere el búfer para mi aplicación. Si solo quisiera aislar los 2.5V y agregar la compensación al PWM, ¿podría simplemente eliminar el amplificador operacional por completo? ¿Sería suficiente la configuración de 10 kohm con el divisor de voltaje de 500 ohm para evitar que el PWM genere ruido en el Vref?
Acabo de probar su sugerencia, pero cambia la parte de 0V de la señal a aproximadamente 700mV sin elevar el pico de 1V de la señal. es decir. agregó aproximadamente la mitad del desplazamiento a la parte de 0V de la señal, pero no cambia la parte del pulso de la señal. Extraño
Tienes razón, lo siento. No estaba pensando al publicar el circuito. Estaba pensando en el amplificador sumador inversor. Debido a que ese mantiene la entrada a 0V, funcionaría como se describe, PERO necesita un riel de suministro negativo para eso y obtener una salida invertida. También puede conectar el Offset a la entrada no inversora y el PWM a la entrada inversora con una resistencia de retroalimentación a la salida. Pero es lo mismo aquí, obtienes señales de salida invertidas.
@ChristopherDyer usted dice "Quiero que el búfer también proporcione más corriente que la señal a mi ADC para reducir el tiempo de establecimiento" . ¿Cuál es la impedancia de señal máxima aceptable para el ADC y qué tiempo de establecimiento desea? Por favor, ponga esta información en su pregunta.
@Bruce Abbott No agregué a propósito información de ADC, ya que no es relevante para la mezcla de la señal de CC y PWM, que es el problema que tengo en este momento. La impedancia máxima para el ADC depende del tiempo de establecimiento que quiero. . Idealmente, el tiempo de estabilización sería el máximo que proporciona STM32, que es de 3 ciclos a 30 MHz en mi caso, 100 ns, pero ese es el mejor de los casos.
Agregar compensación de CC a PWM a través de un búfer de ganancia unitaria
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