Detector de envolvente/pico

Estoy trabajando en un proyecto en el que estamos tratando de diseñar y construir un medidor de espesor ultrasónico que calculará el espesor de una pieza determinada en función de la diferencia de tiempo entre el envío de una señal y la recepción de un reflejo (utilizando la velocidad conocida del sonido a través de la médium). Actualmente estamos utilizando un Arduino nano como MCU para nuestro prototipo. Hemos amplificado con éxito el pulso generado por la MCU a un voltaje más alto, que luego se usa para excitar el transductor ultrasónico (que está en contacto con la parte que se está midiendo). Luego, el segundo elemento del transductor detecta el reflejo y lo convierte en una señal eléctrica que se centra alrededor de la frecuencia natural del transductor (5 MHz). Luego, esta señal se procesa (amplificada y filtrada) en un nivel que será detectable por la MCU (captura de pantalla del circuito y el osciloscopio como se muestra a continuación). Sin embargo, debido a la tasa de muestreo limitada de MCU, la señal no se detectará de manera confiable. Por lo tanto, me preguntaba si seríamos capaces de diseñar un detector de envolvente que extraiga la modulación de amplitud de la señal de reflexión, convirtiendo efectivamente una frecuencia muy alta en una señal de frecuencia más baja, que espero sea detectada por la MCU.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Según lo que he leído hasta ahora, esto se lograría rectificando primero la señal usando un "superdiodo" (configuración de rectificador de precisión como se muestra a continuación) y luego integrándola a través de un integrador de amplificador operacional. Sin embargo, parece que debido a que confío en un suministro único y la frecuencia de la señal de interés es muy alta, el rectificador no funcionará como esperaba (el amplificador operacional utilizado es LM7171, con una velocidad de respuesta muy alta de 4100 V/µs), de hecho, este diseño en particular ha resultado inútil con un solo suministro, aunque el mismo amplificador operacional ha funcionado perfectamente con un solo arreglo de suministro para los circuitos que se muestran arriba. ¿Existe tal vez una forma de diseñar un detector de envolvente completamente a partir de transistores en lugar de amplificadores operacionales?

ingrese la descripción de la imagen aquí

¡Cualquier sugerencia o sugerencia será muy apreciada!

gracias de antemano

Es probable que necesite una pequeña capitalización en D1

Respuestas (3)

Habiendo leído la hoja de datos de LM7171, tengo 7 sugerencias:

0) es su alcance lo suficientemente rápido (500 MHz) para buscar oscilaciones del OpAmp

1) operar el OpAmp desde 10 voltios; no está caracterizado a solo 5 voltios VDD

2) usar un plano de tierra

3) la hoja de datos dice que Rminvalue_feedback es de 500 ohmios;

4) asegúrese de que las tapas de derivación de VDD estén a 1 mm (1/32") de los cables del IC o más cerca; use tapas de derivación de SurfaceMount; para cancelar parcialmente la inductancia de la PCB, coloque la conexión GND nuevamente debajo de la tapa de derivación; la corriente fluye a través de la cap y luego debe invertirse y fluir hacia atrás un par de milímetros, lo que demuestra la cancelación parcial de L.

5) su circuito rectificador debería funcionar, pero reduzca los valores de resistencia para aumentar el ancho de banda de rectificación. El nodo de salida no está conectado directamente al opamp, por lo que el opamp no puede garantizar que el ancho de banda posible sea el ancho de banda alcanzado; ejemplo: con 10pF en Vout y 100Kohm Rfeedback, tiene un tau de 1uS y, por lo tanto, un PeakDetector de 1uS.

7) para reducir el riesgo de oscilación, coloque sus resistencias justo al lado del OpAmp IC; Trabajé con ADC que oscilaban (10milliVolts en -5.2 VDD a 900 MHz); e instalar 33_ohm SMT R debajo del pin Vin (doblado) fue la cura. Los Gate-stopper R son un factor de seguridad en el uso de MOSFET de potencia. Un OpAmp rápido también necesita ese respeto por el ancho de banda de ganancia que aporta a su circuito; humedecer sus alfileres.

+6 pero solo apareció uno :)

La razón para requerir el detector de envolvente fue que el ADC de la MCU no puede muestrear lo suficientemente rápido para detectar la señal de manera confiable. Permítanme proponer otra opción que funcionaría sin un detector de envolvente: use una MCU que tenga un comparador analógico integrado.

El comparador analógico se puede configurar con componentes externos, de modo que tan pronto como la entrada supere un determinado umbral de tensión, el comparador emita uno lógico. Luego, la MCU se puede configurar para activar una interrupción cada vez que el comparador muestre un flanco ascendente. Aún mejor: combínelo con un temporizador interno que tiene una función de captura de entrada.

Por ejemplo, algunos AVR pueden activar la función de captura de entrada en un flanco ascendente o descendente del comparador analógico. La captura de entrada almacena el valor del temporizador en el momento del borde y, además, puede desencadenar una interrupción. Cuando resta el valor del temporizador almacenado (el tiempo de inicio del emisor ultrasónico), tiene el tiempo de viaje requerido.

También preguntó sobre un detector de envolvente que usa solo transistores. Supongo que los 2 transistores tienen un VBE similar a la misma corriente. El bote permite algunos ajustes para el umbral. Si no puede configurar Vout para que esté cerca de + 5v cuando no hay entrada, cambie los 2 transistores. La "ganancia" será la relación de Rcollector (NPN izquierdo) / R_emitter (NPN izquierdo), con algunos factores de escala relacionados con el área bajo una sinusoide. ¿Por qué no hay efecto Miller aquí?

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Detector de envolvente/pico
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v