एडीसी इनपुट के लिए 0 से 10 वी एनालॉग सिग्नल को 0 से 2.5 वी में कैसे बदलें?

मेरे पास एक एनालॉग सिग्नल है जो 0V और 10V के बीच है। मैं अपने ADC के लिए इसे रैखिक रूप से 0 से 2.5V तक कम करना चाहता हूं।

मुझे चिंता है कि एक प्रतिरोधक वोल्टेज डिवाइडर का उपयोग सिग्नल की गुणवत्ता को प्रभावित करेगा। क्या ये सच है? यदि यह सच नहीं है, तो मुझे वोल्टेज विभक्त के लिए किस मूल्य अवरोधक का उपयोग करना चाहिए?

adc

— शेर दिल
स्रोत

वोल्टेज डिवाइडर के

— Kellenjb

@Kellenjb - MCUs पर वोल्टेज डिवाइडर और ADCs और ADC इनपुट प्रतिबाधा दोनों इस प्रश्न के समान हैं; तीनों अवरोधक डिवाइडर और ADCs के बारे में हैं। हालांकि, थॉमस जुड़े हुए दोनों सवालों में निर्दिष्ट करता है कि वह स्रोत को लोड करने के बारे में चिंतित नहीं है, जो वर्तमान उत्तरों का एक प्रमुख घटक है। इसके अतिरिक्त, किसी ने अभी तक यह नहीं बताया है कि अन्य प्रश्नों पर प्रतिरोधक मूल्य की गणना कैसे करें।

— केविन वर्मर

@lionheart - आपका स्रोत सिग्नल कितना मजबूत है?

— केविन वर्मियर

@KevinVermeer तो कैसे इस सवाल के बारे में: तस्वीर वोल्टेज माप ; और फिर वोल्टेज विभक्त भाग के लिए यह प्रश्न: वोल्ट डिवाइडर

— केलेंज्ब

@Kellenjb - वे दोनों अच्छे हैं, लेकिन न तो सिस्टम के इनपुट प्रतिबाधा को ध्यान में रखते हैं (या लेने की जरूरत है)।

— केविन वर्मेयर

जवाबों:

हाँ, एक वोल्टेज विभक्त सिद्धांत में ठीक है। सिग्नल की गुणवत्ता पर कितना प्रभाव पड़ता है यह एक बड़े हिस्से पर निर्भर करता है जो आप एक गुणवत्ता संकेत मानते हैं। क्या यह HiFi ऑडियो, एक डिजिटल डेटा स्ट्रीम, वॉइस ऑडियो, RF, कुछ और है?

प्रतिरोधक वोल्टेज डिवाइडर के साथ कई मुद्दे हैं जिनसे आपको अवगत होना चाहिए:

वोल्टेज डिवाइडर स्रोत सिग्नल को लोड करेगा। आपको एक विभक्त की आवश्यकता होती है जो इनपुट सिग्नल का 1/4 भाग बाहर रखता है। शीर्ष अवरोधक 3x नीचे के साथ कोई भी विभक्त ऐसा करेगा।

इस मामले में आर 1 = 3 * आर 2। स्रोत से विभक्त को देखने वाला प्रतिबाधा R1 + R2 होगा। आपको यह सुनिश्चित करना होगा कि अपनी विशेषताओं को आपकी देखभाल के बिंदु पर बदलने के लिए स्रोत सिग्नल को लोड न करने के लिए यह पर्याप्त उच्च है। उदाहरण के लिए, यदि R1 = 30kΩ और R2 = 10k then है, तो विभक्त स्रोत को 40k1 के साथ लोड करेगा।
आउटपुट प्रतिबाधा पर विचार करें। यह स्टीवन के बारे में सबसे बात कर रहा था। एक सही वोल्टेज स्रोत (0 प्रतिबाधा) के साथ विभक्त ड्राइविंग, आउटपुट प्रतिबाधा R1 // R2 है। ऊपर दिए गए उदाहरण मूल्यों के साथ, यह 30kΩ // 10k 7.5 = 7.5k, होगा। जैसा कि स्टीवन ने उल्लेख किया है, एक माइक्रोकंट्रोलर ए / डी से कनेक्ट करते समय इस पर विचार करने की आवश्यकता है। यह डिवाइडर आउटपुट को लोड करने के मुद्दे के रूप में ज्यादा नहीं है क्योंकि ए / डी को अपने आंतरिक होल्डिंग कैप को परिमित समय में चार्ज करने के लिए कुछ परिमित प्रतिबाधा की आवश्यकता होती है। उच्च प्रतिबाधा पर, ए / डी पिन के थोड़ा रिसाव वर्तमान प्रतिबाधा भी ए / डी पढ़ने को दूषित करने के लिए पर्याप्त ऑफसेट वोल्टेज का उत्पादन करता है। इन मुद्दों के कारण, माइक्रोकंट्रोलर निर्माता ए / डी इनपुट ड्राइविंग के लिए अधिकतम प्रतिबाधा निर्दिष्ट करते हैं। 8 या 10 बिट ए / डी के साथ पुराने पीआईसी में, यह आमतौर पर 10k 8 था। यह कुछ नए तेज ए / डीएस या 12 बिट्स जैसे उच्च रिज़ॉल्यूशन में कम है। DsPIC परिवार में से कुछ को केवल कुछ P 100 या उससे कम की आवश्यकता होती है।
आवृत्ति प्रतिक्रिया। हमेशा कुछ आवारा समाई होती है। विभिन्न आवारा समाई कम और उच्च पास फिल्टर का कारण बनेगी। अंतिम परिणाम अप्रत्याशित है क्योंकि आवारा समाई अप्रत्याशित है। 30k output और 10kΩ उदाहरण का फिर से उपयोग करते हुए, आउटपुट प्रतिबाधा 7.5kΩ है। यदि यह 20pF के साथ लोड किया गया था, उदाहरण के लिए, तो आपके पास लगभग 1 मेगाहर्ट्ज रोलऑफ के साथ एक कम पास फिल्टर होगा। यदि संकेत ऑडियो है, तो कोई समस्या नहीं है। यदि यह एक तेज़ डिजिटल सिग्नल है, तो यह एक गंभीर समस्या हो सकती है।

इससे निपटने का एक तरीका यह है कि जानबूझकर समाई को जितना संभव हो उतना छोटा जोड़ा जाए, लेकिन कई बार अपेक्षित आवारा समाई हो जाती है ताकि कुल समाई का अनुमान हो जाए। प्रत्येक प्रतिरोधक के पार समाई उस प्रतिरोध के व्युत्क्रमानुपाती होनी चाहिए। उदाहरण के लिए, यहाँ एक अच्छा बैलेंस्ड वोल्टेज विभक्त है:

कम आवृत्तियों पर, रेसिस्टर्स हावी होते हैं और सिग्नल को 4 से विभाजित करते हैं। उच्च आवृत्तियों पर, कैपेसिटर हावी होते हैं और सिग्नल 4 से विभाजित करते हैं। क्रॉसओवर जहां प्रतिरोधक और कैपेसिटिव क्रियाएं लगभग बराबर होती हैं, इस उदाहरण में 53 kHz है।

वैसे, इस तरह से विभाजित होने की संभावना जांच होती है। एक "10x" जांच 10 से संकेत को विभाजित करती है। चूंकि यह करने की आवश्यकता है कि गुंजाइश की पूरी आवृत्ति सीमा के पार, प्रत्येक रोकनेवाला में थोड़ा समाई जोड़ा जाता है। आवारा समाई कभी भी ज्ञात नहीं हो सकती है और वैसे भी कुछ भाग सहिष्णुता होगी, इसलिए कैपेसिटर में से एक को परिवर्तनशील बनाया जाता है। यह "जांच क्षतिपूर्ति" समायोजन है। यह समायोजन कुछ पीएफ की एक छोटी ट्रिम कैप को बदल देता है। चौकोर तरंग के साथ, आप आसानी से उस बिंदु को देख सकते हैं जहाँ कैपेसिटिव और प्रतिरोधक डिवाइडर मेल खाते हैं।

इस कैपेसिटिव और प्रतिरोधक दृष्टिकोण का एक दोष यह है कि विभक्त की बाधा उच्च आवृत्तियों पर नीचे जाती है। जबकि यह दृष्टिकोण उच्च आवृत्तियों को ठीक से विभाजित करने के लिए उपयोगी है, यह उन्हें केवल दो प्रतिरोधकों की तुलना में बहुत अधिक लोड करता है। दुनिया में कोई भी चीज मुफ्त में नहीं मिलती।

उम्मीद है कि अब आप कुछ मुद्दों और व्यापारों को देख सकते हैं। यदि बाधाएं काम नहीं करती हैं, तो आपको कुछ प्रकार के सक्रिय बफरिंग पर विचार करने की आवश्यकता है जैसे स्टीवन पहले से ही वर्णित है। अगर ओट वोल्टेज, फ्रीक्वेंसी रिस्पांस और गेन एरर जैसे गेन 1 नहीं है, तो यह मुद्दों का खुद का सेट है, लेकिन वे दूसरे धागे के लिए हैं।

— ओलिन लेट्रोप
स्रोत

क्या यह सब कुछ एक (amp) LM358 से हल नहीं होगा जिसमें एक op amp इनपुट के साथ और दूसरा बफरिंग आउटपुट के साथ, दोनों को गैर-इनवर्टिंग बफ़र्स के रूप में जोड़ा गया है, बीच में संभावित विभक्त के साथ?

— इयान ब्लैंड

असल में, आप जो करने की कोशिश कर रहे हैं उसे "सिग्नल कंडीशनिंग" कहा जाता है। यह आमतौर पर इस तरह से जाता है:

सबसे पहले, सिग्नल को बफर करें। जब तक आपके 0-10 वी स्रोत में पहले से ही कम आउटपुट प्रतिबाधा न हो, तब तक इसे नॉनवर्टिंग ऑप amp के साथ बफर करें (स्टीवनव का जवाब देखें)। सुनिश्चित करें कि op amp में पर्याप्त बैंडविड्थ है। आमतौर पर इसे "लाभ-बैंडविड्थ उत्पाद" के रूप में वर्णित किया जाता है क्योंकि कल्पना सर्किट बार बैंडविड्थ का लाभ है। यह हमेशा मामला नहीं है; कुछ एम्पलीफायरों वर्तमान-मोड हैं और एक ग्राफ है जिसमें बनाम बनाम लाभ दिखाई दे रहा है। आपका मामला सरल है: लाभ 1 है, इसलिए यदि लाभ-बैंडविड्थ उत्पाद निर्दिष्ट किया गया है, तो यह 1 के लाभ पर बैंडविड्थ भी है।

अगला, एक रेज़र डिवाइडर का उपयोग करके आउटपुट को 4 से नीचे विभाजित करें। चूंकि आप एक एडीसी का उपयोग कर रहे हैं, इसलिए आपको सिग्नल एलियासिंग (शोर भी उपनाम) के बारे में सावधान रहने की आवश्यकता है, इसलिए भले ही आपका संकेत एडीसी Nyquist आवृत्ति के नीचे हो, फिर भी आपको एंटी-अलियासिंग फ़िल्टर होना चाहिए)। सबसे आसान एंटी-अलियासिंग फिल्टर है, बस अपने कैपेसिटर के आउटपुट से जमीन पर संधारित्र लगाने और इसे आरसी फिल्टर के रूप में मानें, जहां आर समानांतर में दो अवरोधक मानों के बराबर है। कोने को उस उच्चतम आवृत्ति से अतीत होना चाहिए जिसे आप ADC को पास करना चाहते हैं, और फ़िल्टर को 6 डीबी प्रति बिट तक क्षीण करना चाहिए जब तक कि यह एलियासिंग आवृत्ति (जो फ़िल्टर दर आवृत्ति आवृत्ति नमूना दर शून्य हो) तक पहुंच जाती है।

यहां आपके ADC प्रकार मायने रखते हैं। एक सामान्य क्रमिक-सन्निकटन ADC (SAR) में, नमूना दर बहुत अधिक है, एक सिग्मा-डेल्टा ADC की तुलना में बहुत कम है, इसलिए आप एक RC फ़िल्टर के साथ जो 20 डीबी / दशक प्राप्त करते हैं वह पर्याप्त नहीं हो सकता है। यदि ऐसा है, तो आपको वहां एक अधिक जटिल मल्टीपल-पोल फिल्टर प्राप्त करने की आवश्यकता है। यह अपने आप में एक बहुत बड़ी चर्चा है, इसलिए मैं इसे अभी के लिए छोड़ दूंगा; यदि आप रुचि रखते हैं तो जटिल-पोल फ़िल्टर देखें और TI के FilterPro की एक प्रति डाउनलोड करें।

एक बार जब आपका सिग्नल फ़िल्टर हो जाता है, तो आपको इसे फिर से बफर करने की आवश्यकता हो सकती है यदि फ़िल्टर का आउटपुट प्रतिबाधा ADC इनपुट प्रतिबाधा से बहुत कम नहीं है। अंत में, यदि आपके एडीसी इनपुट में आपके इनपुट से अलग डीसी ऑफसेट है, तो आपको डीसी-ब्लॉकिंग (यानी श्रृंखला) संधारित्र की आवश्यकता होगी। इसे ऐसे चुना जाना चाहिए जैसे कि ADC का इनपुट प्रतिबाधा RC उच्च-पास फिल्टर में अवरोधक है; सुनिश्चित करें कि फ़िल्टर कॉर्नर आपकी न्यूनतम इनपुट आवृत्ति के नीचे है।

— माइक डीसिमोन
स्रोत

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वैकल्पिक रूप से, आप विभक्त को वोल्टेज अनुयायी के साथ बफर कर सकते हैं, जैसे मैट सुझाव देता है:

यहाँ छवि विवरण दर्ज करें

— stevenvh
स्रोत

या एक ऑप-एम्प के साथ इसे बफर करें

— माज़ेंको