Eficiencia en la obtención de señalización diferencial a partir de transductores monoterminales fabricados

Esta será una pregunta conceptual. A veces trato con la adquisición de datos de transductores, como medidores de tensión, acelerómetros, etc. especie de sensores. La mayoría de estos sensores tienen sus propios amplificadores de precisión. Entonces, lo que quiero decir con la salida del transductor es la señal del sensor amplificada. Estas señales luego van al amplificador de entrada de adquisición de datos, que es simplemente un amplificador diferencial, etc. Pero la mayoría de las veces las salidas del transductor son de un solo extremo. A veces encuentro todo tipo de ruido, ruido de modo común, etc.

Dado que la señalización diferencial es más inmune al ruido, pensé en convertir una señalización de un solo extremo en una señalización diferencial como se muestra a continuación (quiero implementar la Figura 2):

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Asi que aqui están mis preguntas.

1-) Algunos transductores se fabrican y venden como transductores de señalización diferencial. Entonces están listos para conectarse a un amplificador diferencial. Pero si uno tiene un transductor y quiere usarlo como señalización diferencial como en mi Figura 2, ¿sería un tratamiento incorrecto? Lo pregunto porque si invierto la señal yo mismo para obtener una señalización diferencial como en la Figura 2, entonces podría introducir ruido en la entrada invertida al interactuar con el circuito opAmp inversor, y eso no será común en ambas señales. Entonces, mi primera pregunta es: ¿es una práctica común convertir la señalización de un solo extremo en una señalización de extremo diferencial (con el objetivo de inmunidad al ruido) donde el transductor fue realmente diseñado para la señalización de un solo extremo?

2-) Si este método tiene sentido. Aquí está la configuración típica de inversión de opAmp:

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Yo elegiría R1 y R2 10k. ¿Cómo afecta la impedancia de entrada del amplificador diferencial de adquisición de datos al elegir R1 y R2 aquí? Quiero que la inversión sea lo más precisa posible. ¿Hay una categoría opAmp para eso, un ejemplo sería genial? No quiero usar LM741, por ejemplo.

Respuestas (3)

Dado que la señalización diferencial es más inmune al ruido

Cualquier señalización es susceptible al ruido: es la forma en que su amplificador de recepción maneja esas señales recibidas lo que determina cuánta inmunidad se puede adquirir.

Sin embargo, puede tener un amplificador diferencial perfecto conectado a una fuente de un solo extremo (a través de un cable debidamente balanceado) que tenga problemas. Si la impedancia de salida del cable caliente es de varias decenas de ohmios en comparación con la impedancia de la referencia de transmisión de 0 voltios, tiene lo que se conoce como " desequilibrio de impedancia de tierra ". Tenga en cuenta que dije desequilibrio .

Si aparece ruido y "golpea" el cable, desarrollará una señal más grande en la salida activa que la desarrollada en la señal de referencia de 0 voltios. Esto es lo que quiero decir para un buen escenario: -

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La fuente de la señal es "perfecta" ya que presenta la misma baja impedancia para el cable vivo que la referencia de 0 voltios. Claramente, si aparece algún ruido, golpea ambos hilos del cable y, debido a que ambos hilos tienen el mismo equilibrio de impedancia a tierra, el ruido recibido por el amplificador diferencial es igual y se puede cancelar con bastante facilidad.

Si la fuente de señal tiene una impedancia de salida que no es cero, entonces podría haber un problema que se puede solucionar con esto: -

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Ahora, las impedancias son en gran medida las mismas: las resistencias agregadas se eligen para que sean idénticas y "inundan" la diferencia de impedancia entre el cable vivo y la referencia de 0 voltios. El balance de impedancia de tierra será bueno y el ruido será el mismo en ambos cables recibidos (siempre que su amplificador de entrada también tenga un buen balance de impedancia de tierra de entrada).

Agregar una etapa de inversión puede empeorar las cosas: mantenga el equilibrio de impedancia de tierra en el extremo de envío y minimizará los problemas sin agregar un amplificador. Por supuesto, en circunstancias extremas, debe transmitir una señal más grande y esto se puede hacer (con cuidado) con un búfer balanceado. Para mantener el "equilibrio" (el mismo para ambas señales), use un amplificador inversor y un amplificador no inversor; esto garantiza en gran medida que la impedancia a altas frecuencias será igual.

No puede lograr esto usando la señal "original" y un amplificador de búfer porque no tiene forma de controlar las impedancias entre sí. Si funciona, es solo suerte y eso no es buena ingeniería.

Creo que entiendo la idea. Entonces, si tengo un transductor de un solo extremo, puedo agregar una resistencia entre el sensor GND y el GND del amplificador diferencial de medición; las mismas impedancias crearían el mismo ruido y se restarán. Pero, ¿cómo puedo medir la impedancia del calor y así puedo agregar una resistencia en serie a la conexión a tierra?
Por lo general, agrega (digamos) 100 ohmios a cada línea para que los 100 ohmios se conviertan en la impedancia dominante. Si la impedancia de salida del transductor sigue siendo dominante (lea la hoja de datos), entonces se vuelve más problemático; luego debe amortiguar el transductor y amortiguar la referencia de 0 voltios. Si los amplificadores de búfer son la misma parte, entonces obtiene el equilibrio y también puede agregar 50 o 100 ohmios. Si el DS no se lo dice, probablemente sea más seguro almacenar en búfer en lugar de medir.
Este escenario de 100 ohmios solo se aplica a un traductor conectado a un canal, ¿verdad? Imagine que tengo cuatro transductores de un solo extremo que van a cuatro canales de adquisición de datos mediante cables BNC. ¿Está bien agregar 100 ohmios por cada tierra del transductor porque en ese caso serán cuatro resistencias de 100 ohmios en paralelo? Debería agregar 400 ohmios a cada tierra del transductor. ¿O simplemente agregar 100 hm a AIGND en serie del sistema daq? ¿Y cómo puedo agregar la serie de 100 ohmios en la práctica a un cable BNC? ¿Debería cortarlo básicamente? Lamento preguntar, esto puede sonar estúpido, pero realmente sufro de información práctica.
DEBE tratar cada transductor como una señal separada y una conexión de referencia. No debe compartir las referencias en el extremo receptor. Está bien, eso suena duro y entre 0,5 metros y 100 metros de cable las reglas pueden doblarse, pero si siempre se apega a la regla anterior, no se equivocará mucho.
Pero en daq de un solo extremo, las tierras del sensor están todas conectadas a la tierra de la entrada analógica ya la tierra. En el extremo de recepción, las tierras están conectadas al AIGND. Estoy hablando de conectar sensores de un solo extremo a una placa daq de un solo extremo.
Su pregunta habla claramente sobre entradas daq diferenciales. Las entradas daq de un solo extremo que comparten una tierra local común darán problemas y no se pueden hacer resistentes al ruido de modo común debido al desequilibrio de impedancia.
Mi empresa fabrica sistemas multicanal y todos tienen salidas de un solo extremo y, cada cliente que suministramos usa entradas completamente diferenciales por las razones dadas en mi respuesta, además, evita corrientes de falla a tierra cuando ambos sistemas tienen puntos de tierra separados. Problema muy común en aplicaciones industriales.
Creo que usamos una placa daq de un solo extremo, cuando verifico los terrenos cuando todos están conectados a la caja de conexiones bnc, sus terrenos están todos conectados y conectados a la tierra de la placa base de la PC que va a la tierra. Pero las fuentes de señal están flotando (no están conectadas a tierra, por lo que no hay g.loops). Se evitan los bucles de tierra, pero como dijiste, habrá ruido de modo común. La razón es el tipo de sensores que utilizan. Consulte: vaisala.com/Vaisala%20Documents/Brochures%20and%20Datasheets/… ¿Este sensor no es solo para datos de medición de un solo extremo?
Para la reducción de ruido (si es un problema), las entradas diferenciales se requieren individualmente además de asegurarse de que el controlador ofrezca un equilibrio de impedancia de tierra decente. Lee mi respuesta de nuevo por favor
Ahora abrí una nueva pregunta: electronics.stackexchange.com/questions/296158/… Me encantaría escuchar su opinión también. gracias de antemano

Lo importante de las líneas balanceadas para el rechazo de interferencias es que la impedancia de la fuente coincida, no que el voltaje sea diferencial.

Debido a este hecho, puede funcionar casi tan bien como una etapa diferencial activa simplemente igualando la impedancia a tierra entre las dos patas en el transductor.

Una resistencia que conecta la pata -a a tierra en el transductor, seleccionada para que coincida con la impedancia de salida del sensor, hará que el amplificador de entrada diferencial rechace una interferencia significativa (y no necesita energía en el transductor).

La forma de pensar en esto es verlo como un puente de Wheatstone donde el voltaje del excitador es el ruido y el voltaje de la señal se inyecta en serie en una pierna o en antifase en ambas piernas, de lo cual podemos ver que proporciona las resistencias. coinciden, obtiene la cancelación incluso si la señal deseada solo se transmite a una pierna.

Incidentalmente, una alta impedancia de modo común en el receptor reducirá sustancialmente el impacto de pequeños desajustes en la impedancia de la fuente.

Si está trabajando en tipos de ancho de banda de audio, ESA CORP tiene un excelente receptor de arranque (patentado) que es realmente muy bueno. http://www.thatcorp.com/datashts/THAT_1200-Series_Datasheet.pdf

También sugeriría que leer un artículo sobre esto de Bill Whitlock de Jensen transformer puede ser interesante. https://sound-au.com/articles/balanced-interfaces.pdf

¡Andy llegó primero!
Pero tus enlaces son increíbles, ¡gracias!
Buena explicación. ¿Tiene también una fuente/enlace sobre cómo puedo medir la impedancia de una línea y realizar la coincidencia de impedancia? Su única teoría en todas partes.
La coincidencia de impedancia suele ser un término que se aplica a las líneas de transmisión (líneas que tienen una fracción significativa de un cuarto de longitud de onda en la frecuencia de interés), ¿tuve la impresión de que se trataba de cosas de baja frecuencia con las que estabas tratando? Para medir la impedancia de la fuente de baja frecuencia, mida el voltaje mientras cambia dos cargas resistivas diferentes y luego resuelva las ecuaciones simultáneas resultantes. Alternativamente, reemplace la resistencia con un potenciómetro y ajuste hasta que el voltaje cargado sea la mitad del voltaje del circuito abierto, luego desconecte y mida el potenciómetro, la resistencia del potenciómetro será igual a la resistencia de la fuente.
veo a que te refieres. pero lo que me asusta hacer esto es: imagine que la impedancia de línea + salida desconocida del sensor de fuente es de 100 ohmios, y cuando configuro el potenciómetro a 100 ohmios al final de la línea, puedo encontrar la impedancia de fuente cuando el voltaje es la mitad. bien hasta ahora. pero entonces la fuente se sobrecargará al ver solo 200 Ohm? o es seguro? gracias

No creo que debas desequilibrarlo así. No hay forma de que pueda igualar la impedancia de ambas señales. Si realmente lo necesita, lo responden otros aquí.

Si lo está haciendo usted mismo, debe usar un convertidor diferencial como un LT6350

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Sin embargo, hay que conseguir las fuentes de alimentación para allá y filtrarlas bien .

También verifique que el rango de su señal esté dentro del rango del dispositivo.

Si se trata de una aplicación industrial, es posible que existan tales dispositivos de conversión, preamplificadores, disponibles en el mercado por un costo convenientemente elevado.

¿Este IC superaría el problema de coincidencia de impedancia o aún permanecerá?
@doncarlos con la RL apropiada debería.
Eficiencia en la obtención de señalización diferencial a partir de transductores monoterminales fabricados
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