Filtro de paso bajo RC entre el amplificador y la entrada ADC

Este RC de 3 secciones debería proporcionar una mejor atenuación en frecuencias altas. El ruido aleatorio está dominado por esa resistencia de 3 000 000 ohmios con un ancho de banda de 5 Hz, menos de 1 uV RMS.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Esto es lo que muestra Signal Chain Explorer (usamos eso para predecir los niveles de interferencia de Gargoyles) como la atenuación de 3 polos. Con una entrada de PP de 2 voltios, la ENOB es 19,7

Tenga en cuenta que NO estamos incluyendo NINGUNA contribución de ruido ADC.

Si está leyendo el ADC solo una vez por segundo, debe eliminar las frecuencias superiores a 0,5 Hz para evitar el alias. Si cree que su sistema tendrá ruido, digamos 10 Hz, ese ruido contaminará sus lecturas. Recomiendo que muestree a una tasa mucho más alta, tal vez un múltiplo de la frecuencia de la red eléctrica, y realice un filtrado de paso bajo en el software. Incluso un simple filtro de promedio móvil funcionaría y no requeriría mucho procesamiento.

Las entradas de ADC suelen tener una impedancia bastante alta. A menudo he usado 100K en serie con una entrada sin pérdida de CC. (y un condensador a tierra para filtrar) Si está satisfecho con la atenuación con ese circuito, le sugiero que aumente la escala de las resistencias y reduzca los condensadores. No usaría capacitores electrolíticos ya que tienden a tener más fugas en comparación con otros tipos. Probablemente usaría una tapa de cerámica.

Editar:

Acabo de mirar la hoja de datos de la pieza. Vaya a echar un vistazo a la página 3, Impedancia de entrada. La carga ciertamente no será un problema.

La entrada ADC se verá como un CORTO, durante 5 o 10 nanosegundos, al comienzo del tiempo de muestra. Ese "corto" interrumpirá cualquier opamp conectado directamente al ADC Vin o al ADC VREF.

Para evitar esta "interrupción" (que aparece como un timbre y quizás errores de cuantificación dependientes del voltaje de entrada), podemos colocar condensadores GRANDES en los pines Vin y VREF.

Suponga que el ADC tiene capacitores de 10pF en sus pines Vin y VREF, y suponga que se consumió la carga de estos capacitores durante la operación anterior del ADC.

A medida que el ADC toma algo de carga una vez más, se exigirán sobrecorrientes de las fuentes de voltaje externas (Vin y/o VREF).

Para minimizar la alteración del voltaje, use capacitores externos GRANDES: 100X o 1,000X o 10,000X más grandes que los capacitores de muestra ADC (10pF).

En el filtro 3-cascaded_RC que le di, ese capacitor final es de 10nF (10,000 pF) y debería funcionar bien.

Nuevamente, si la corriente de entrada PROMEDIO es de 9 nanoamperios (Vin de 3 voltios, Cap es 3pF, siendo Fmuestra 1,000 por segundo), fluyendo a través de 3,000,000 ohmios, habrá un error de 27 milivoltios. Esto aparecerá como un error de ganancia lineal. [ERROR esto había sido 27 microVoltios]

Olvídate del filtro por completo. Es una pérdida de tiempo. Tiene un uC a su disposición, así que simplemente tome múltiples muestras (10x, 100x... tantas como sea posible) y promedie el resultado. Eso eliminará cualquier aire acondicionado y/o ruido.

Su filtro cortocircuitará efectivamente el amplificador si la señal tiene algún componente de CA significativo (incluso alrededor de la frecuencia de la red y el primer/segundo armónico). Consulte la hoja de datos: su amplificador tiene una corriente corta de 4 mA y las características de respuesta se miden con cargas de 10-100 kOhm. La resistencia equivalente de su filtro debe ser al menos así de grande.

Estoy de acuerdo con Elliot: un enfoque un poco diferente podría ser muestrear/mantener, una especie de filtro de Nyquist en el que eliges la mejor frecuencia de sobremuestreo para deshacerte del ruido más frecuente. Lo hice con RTD en un avión ruidoso y me dio buenos resultados. Estaba lidiando con cambios de milivoltios que tenían que ser muy precisos. Eso elimina esos grandes límites y la pérdida de inserción de las resistencias que le preocupan.

Acabo de juntar esto en LTspice para darte una idea... si quieres la fuente, te la enviaré. Hice la entrada de 2 voltios que incluiría el amplificador en su diseño. Agregué 50 Hz y algo de ruido HF aleatorio encima de eso.

El filtro usa componentes activos, excepto el ajuste R/C con el filtro 3. La implementación depende del diseñador, pero esto se puede hacer con piezas pequeñas, de 2x2 a 4x4 mm para la mayoría de los activos y 0402 para el resto. Creo que es más pequeño que las partes pasivas, pero si RE es importante, es necesario un estudio de área. Solo muestro un interruptor (S/H) para el concepto. Una vez implementado, uno o dos cambios de valor ajustarán la frecuencia de muestreo.

Desde un punto de vista práctico, la entrada es casi CC con fluctuaciones tan lentas. El ruido es mucho más rápido y aleatorio con respecto a la frecuencia de muestreo fija, por lo que se promedia. La suposición es que las excursiones de ruido fluctúan alrededor de cero, típico del acoplamiento diferencial. Usé esto con RTD que son más lentos y en un entorno de avión que es ruidoso (calificó MIL-STD-461). Parece que también haría un buen trabajo para esta fuente, pero requerirá algunos retoques basados ​​en el mundo real.

Mostré los parámetros en el esquema para que pueda levantarlos si usa LTspice.