Eficacia de la obtención de señalización diferencial a partir de un transductor fabricado en un solo extremo

Question

Esta será una cuestión conceptual. A veces estoy tratando con la adquisición de datos de transductores, como galgas extensiométricas, acelerómetros ect. tipo de sensores. La mayoría de estos sensores tienen sus propios amplificadores de precisión. Así que lo que quiero decir con la salida del transductor es la señal amplificada del sensor. Estas señales luego van al amplificador de entrada de adquisición de datos que es simplemente un amplificador diferencial ect. Pero la mayoría de las veces las salidas del transductor son de un solo extremo. A veces me encuentro con todo tipo de ruido, ruido de modo común ect.

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

Así que aquí están mis preguntas.

1-) Algunos transductores se fabrican y venden como transductores de señalización diferencial. Así que están preparados para ser cableados a un amplificador diferencial. Pero si uno tiene un transductor y quiere utilizarlo 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 que no será común en ambas señales. Así que mi primera pregunta es: ¿es una práctica común convertir la señalización de un solo extremo en señalización de extremo diferencial (con el objetivo de la inmunidad al ruido) cuando el transductor se diseñó realmente para señalización de un solo extremo?

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

Yo elegiría R1 y R2 10k. ¿Cómo afecta la impedancia de entrada del amplificador diferencial de adquisición de datos a la elección de R1 y R2? 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.

Answer 1

Como la señalización diferencial es más inmune al ruido

Cualquier señal es susceptible de sufrir ruido: es la forma en que el amplificador de recepción gestiona esas señales recibidas lo que determina el grado de inmunidad que se puede adquirir.

Sin embargo, se puede tener un amplificador diferencial perfecto conectado a una fuente de un solo extremo (a través de un cable correctamente 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 "impedancia de tierra". desequilibrio ". Tenga en cuenta que dije desequilibrio .

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

La fuente de señal es "perfecta" en el sentido de que presenta la misma baja impedancia para el hilo caliente que la referencia de 0 voltios. Evidentemente, si llega algún ruido, éste afecta a los dos hilos del cable y, como ambos hilos tienen el mismo balance de impedancia a tierra, el ruido recibido por el amplificador diferencial es igual y puede anularse con bastante facilidad.

Si la fuente de señal tiene una impedancia de salida que no es cero, entonces hay podría ser un problema que puede superarse con esto: -

Ahora, las impedancias son en gran medida las mismas - las resistencias añadidas se eligen para que sean idénticas y "amortigüen" la diferencia de impedancia entre el cable caliente 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 tenga también un buen balance de impedancia de tierra de entrada).

Añadir una etapa inversora puede empeorar las cosas - mantén un buen equilibrio de impedancia de tierra en el extremo emisor y minimizarás los problemas sin añadir un amplificador. Por supuesto, en circunstancias extremas hay que transmitir una señal mayor y esto se puede hacer (con cuidado) con un buffer balanceado. Para mantener el "equilibrio" (el mismo para ambas señales) utiliza un amplificador inversor y un amplificador no inversor - esto asegura en gran medida que la impedancia a altas frecuencias será igual.

No se puede lograr esto utilizando la señal "original" y un amplificador tampón porque no tienes forma de controlar las impedancias relativas entre sí. Si funciona es por suerte y eso no es buena ingeniería.

Answer 2

Lo importante de las líneas equilibradas para el rechazo de interferencias es que la impedancia de la fuente esté adaptada, no que la tensión sea diferencial.

Debido a este hecho se puede hacer casi tan bien como una etapa diferencial activa simplemente haciendo coincidir la impedancia a tierra entre las dos patas en el transductor.

Una resistencia que conecte la pata -a a masa en el transductor, seleccionada para igualar la impedancia de salida del sensor hará que el amplificador de entrada diferencial rechace interferencias significativas (Y no necesita alimentación 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, ya sea en una pata o en antifase en ambas patas, de lo que podemos ver que siempre que las resistencias estén emparejadas se obtiene la cancelación, incluso si la señal deseada sólo se conduce a una pata.

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

Si trabajas en anchos de banda de audio, THAT CORP tiene un excelente receptor (patentado) bootstrapped que es realmente muy bueno. http://www.thatcorp.com/datashts/THAT_1200-Series_Datasheet.pdf

También me gustaría sugerir que la lectura de un documento sobre esto por Bill Whitlock de Jensen transformador puede ser interesante. https://sound-au.com/articles/balanced-interfaces.pdf

Answer 3

No creo que debas desequilibrarlo así. No hay forma de igualar la impedancia de ambas señales. Si usted realmente necesita para ser contestada por otros aquí.

Si lo hace usted mismo, debe utilizar un convertidor simple a diferencial como un LT6350

Sin embargo, tienes que conseguir las fuentes de alimentación allí y fíltrelos bien .

Comprueba también que el alcance de tu señal está dentro del alcance del dispositivo.

Si se trata de una aplicación industrial, es posible que existan en el mercado dispositivos de conversión de este tipo, preamplificadores, por un coste convenientemente sobrevalorado.