Ruido del amplificador de instrumentación amplificado

Construí un circuito simple con un amplificador de instrumentación (PGA204AP) para limpiar una señal diferencial del ruido. La señal se genera a pocos metros del punto de adquisición y el cable (par trenzado blindado) pasa por un entorno muy ruidoso.

El circuito es el siguiente:ingrese la descripción de la imagen aquí

El blindaje del cable está conectado a tierra en el lado del amplificador operacional y en el otro lado no está conectado. Como puede ver, la entrada del amplificador operacional se filtra a través de un filtro de modo diferencial (R1, R4 y C2) con la frecuencia de corte configurada en ~60 kHz, y un filtro de modo común (R1-C1 y R4-C3) con la frecuencia de corte establecida en ~1MHz.

A la salida del PGA204 puse un filtro de paso bajo de segundo orden con la frecuencia de corte configurada en ~500kHz. Probé el circuito sin entrada, solo para ver si el ruido del entorno se habría atenuado: el ruido presente en el entorno era el siguiente (medido con el alcance directamente desde el cable):

250ns/división250ns/div 5us/div5us/div

Claramente había un ruido muy fuerte a 2 MHz, pero una vez que conecté el amplificador de instrumentación, el ruido se amplificó (más del doble). Así que decidí poner este filtro de segundo orden solo para ver si este ruido de 2 MHz se habría eliminado. Pero el resultado fue el mismo, y esto me parece muy extraño porque dos dispositivos completamente independientes tienen el mismo problema. Además, probé el dispositivo con algo de ruido producido con el generador de señal en la entrada (ruido aplicado en una entrada, y la otra entrada también lo tenía gracias al cable de par trenzado) y el resultado fue el siguiente:

ingrese la descripción de la imagen aquíLos superiores son las dos entradas, el inferior es la salida. parece bastante bueno

  • Lo que no estoy seguro acerca de esta resistencia de 10k (R5) entre la entrada V y tierra. Me han dicho que lo ponga para la corriente de polarización, pero ¿no interfiere con los filtros LP en la entrada?
  • ¿Hay algo más a lo que deba prestar atención con estos filtros? ¿Sugerencia para las próximas pruebas que debo hacer para solucionar el problema?
R5 ciertamente lo desequilibra. Intente quitarlo o agregue otro en la parte superior para hacerlo simétrico.
Intente cambiar la terminación de su escudo del extremo receptor a la fuente solo para una mejor rR y use un estrangulador de ferrita CM con tapas Pi en la entrada a IA diff gnd segundo.
¿Cuál es la impedancia de la fuente (f) de su señal? El rendimiento de IA se ve afectado por su diseño y se puede mejorar con una mejor carga para atenuar el ruido perdido. Piense en su problema como un mezclador de señal y ruido. DEBE conocer la impedancia de la fuente de cada uno para optimizar un filtro de rechazo de ruido, en lugar de hacerlo en la salida donde ambos tienen el mismo
El ruido puede ser la fuente de alimentación de conmutación dentro del alcance, explorando todos los caminos posibles de regreso a la tierra.

Respuestas (1)

LM358 tiene un producto de ancho de banda de ganancia muy bajo (1 MHz), por lo tanto, la topología de filtro Sallen-Key que usó podría no funcionar bien como paso bajo por encima de unas pocas decenas de kHz. Lo que sucede es que el HF salta sobre el opamp a través de C5, y en HF no tiene suficiente retroalimentación para mantener baja la impedancia de su pin de salida, por lo que el HF simplemente pasa a la salida. Además, como dice Scott en los comentarios, el opamp lento puede limitar el ruido de HF y distorsionar la señal de LF.

Recomiendo simular su función de transferencia. Ver Fig.8 en este documento .

Ahora, mirando la página 6 de la hoja de datos de PGA204 , su ruido de 2 MHz está fuera del ancho de banda de PGA204, por lo que debe atenuarse un poco (o mucho, dependiendo de la ganancia, que no menciona). También en la página 6, observe cómo CMRR depende mucho de la configuración de frecuencia y ganancia, CMRR a alta frecuencia no es muy bueno, por lo que necesita un filtro pasivo en la entrada para deshacerse del ruido de modo común HF.

Si su ruido es de modo común, debe tener cuidado con la conversión de modo común a modo diferencial (CM a DM) en la entrada de su amplificador. Esto ocurre cuando la impedancia de entrada entre las dos mitades del par diferencial está desequilibrada. También puede ocurrir en cualquier parte de la ruta de la señal si se produce un desequilibrio de impedancia entre las dos mitades del par, por ejemplo, en el sensor (también conocido como "impedancia de fuente"), por lo que debe verificar esto.

La resistencia de 10k jugará un papel, pero los culpables más probables serían C1 y C3 si son piezas de baja precisión como la cerámica X7R. Una diferencia en los valores de C1 y C3 creará un desequilibrio de impedancia en HF entre las dos entradas y convertirá el ruido CM en DM, que luego amplificará el PGA204.

Entonces, sugiero probar esto:

  • Use un estrangulador de modo común en la entrada, debe tener suficiente inductancia para aumentar la impedancia significativamente en la frecuencia de ruido y por encima. O aumente R1/R4 a un valor más alto, disminuyendo el valor de los condensadores en consecuencia.
  • Asegúrese de que las tapas de los filtros sean de precisión (1 %) como las cerámicas C0G.
  • R5 duplicado, una resistencia por entrada.
  • Comprueba la conexión de tu blindaje
  • Si fluye una corriente sustancial en el escudo, asegúrese de que no pase por un nodo de tierra sensible en su PCB.
¡Gran punto sobre el ancho de banda de Sallen Key! Incluso si el ruido estuviera en el ancho de banda del amplificador operacional, podría ser lo suficientemente grande como para causar problemas de velocidad de respuesta, que pueden activarse a frecuencias más bajas que el ancho de banda. Dependiendo de la dinámica de las frecuencias de interés, el OP podría probar un filtro RC pasivo en su lugar.
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