Problem med brusig utsignal från instrumentförstärkare

[dar303]

Hej,

Jag och en kille på jobbet håller på med en experimentell pickup för stålsträngade musikinstrument, den bygger på en Honeywell magnetoresistiv sensor (HMC1512) som har en Wheatstonebrygga och då kopplas till de differentiella ingångarna på en instrumentförstärkare, Analog Devices AD 623.
Själva pickupfunktionen fungerar över förväntan, det är hög utsignal och det låter bra, problemet är bara att det ligger ett irriterande högt brus samtidigt, jag har lite svårt att mäta det med mitt j-a digitaloscilloskop men det är oanvändbart högt, speciellt om man ska summera 4-6 strängars utsignaler.
Om jag "överbelastar" sensorn med ett för starkt magnetfält så tystnar det helt, antar att sensorn ger ifrån sig detta brus och att det förstärks av instrumentförstärkaren.

Här är schemat:


Datablad sensor:
http://www51.honeywell.com/aero/common/ ... 1-1512.pdf

Datablad förstärkare:
http://www.analog.com/static/imported-f ... /AD623.pdf

Det jag testat hittills är filterkretsen som beskrivs i databladet för OP:n fast med en lägre brytfrekevens men det ger konstigt nog inte någon större skillnad.
Den består av 1nF kondingar mellan +ingång och matning och mellan -ingång och jord samt en på 10nF mellan + & -.
Enligt databladet för sensorn så är brytfrekvensen 40kHz men med mina värden (10k på ingångarna) så blir frekvensen runt 15kHz.

Jag har fått ett tips om att testa en 100nF konding mellan Vref-ingången (pin 5 på OP) och jord men det hade inte heller någon effekt.

Det här är verkligen inte mitt område, är det någon eminent analogkonstruktör som kan örfila mig på rätt spår så är jag tacksam!
Och bara så ni vet, detta ska inte bli någon kommersiell produkt utan allt kommer att släppas som öppet projekt etc så att det kommer musiker till glädje gratis!

[dar303]

Här är en liten bild på själva kortet också, fräst i borisfräs!

[dar303]

Ingen? Ah, blir galen! Har testat olika drivspänningar, att öka motstånden efter wheatstonebryggan till 100k men ingen förbättring.

[SvenW]

Tittade i databladet för sensorn. Brusnivån 70 nV/sqrt(Hz) och en utsignal 120mV vid fältet 80 Oe.
Jag vet inte vilken fältvariation man får kring en stålsträng, men troligen mindre ön 80 Oe (0.008 Tesla)
Min gissning är att det är svårt eller omöjligt att bli av med det bruset.
I en spole som i en konventionell gitarrmikrofon är brusnivån lägre.
Hur stor blir utsignalen ungefär?

[hatten]

Jag är inne på samma spår som SvenW, signalnivå in gentemot sensorns brusgolv, är antagligen den kritiska faktorn. Ser att du har en pot för att ställa förstärkning, vilket Gain kör du normalt med? Och hur mycket påverkas bruset när du skruvar ned Gain?

Sensorns brus, 70 nV/rtHz @ 1 Hz, är väl inte fantastiskt högt men databladet säger inte mycket mer om bruskurvan. Det är svårt att veta var "knät" för 1/f-bruset ligger. Allt brus på förstärkarens ingång, samt det brus förstärkaren själv lägger till (Datablad Fig. 10,13) , kommer att förstärkas (upp till de frekvenser där förstärkaren själv inte hänger med, Fig 19).

Några kommentarer vid sidan om:
Det finns trevligare IAs än AD623, se t.ex AD8227 som är mer lämpad för single-supply (RRIO) och med lägre brus.
Du sabbar en av IAns fina egenskaper, hög CMMR, om REF drivs med en spänningsdelare med för hög impedans. Ha helst en bufferförstärkare mellan pot och REF.
En brusig matningsspänning till sensorn kommer att generera brus in till förstärkaren. Jag vet inte hur du driver kretsen men en linjärregulator på kortet hade säkert varit bättre. Peta i alla fall in någon konding mellan 5V och jord, nära sensorn!

[xxargs]

Försök ta reda på om det är sensorn som brusar eller ingången till instrumentförstärkaren som brusar. dvs om man kortsluter sensorn eller sätter något låg Ohmigt motstånd istället för sensorn och om det blir betydligt tystare så har du en indikation i vilken ända att börja på.

lägst brus får du när källa och mottagare har samma resistans/impedans och har källan låg impedans medans ingången till OP-ampen har en del högvärdesmotstånd så kan bruset komma ifrån det sistnämda.

[dar303]

Hej och tack för alla tips och idéer!

Ska försöka svara och spåna vidare lite;
Det där med brusgolv kontra signalnivå låter vettigt.
SvenW: Jag tog en paus från den lilla jäkeln idag men ska mäta utsignalnivån imorgon.

hatten: Jag läste om det där med refnivån och impedansen i en appnote förut, finns det något sätt med få komponenter att centrera utsignalen runt 2,5V? Jag har väldigt dåligt med utrymme!
Jag har ett bra labbagg som matning och har även testat med batterier, ingen skillnad. Kondingar nära sensorn finns också.

xxargs: Det blir tyst när jag bottnar sensorn med för starka fält, ska testa att kortsluta signalerna.

Tack än en gång för er input!

[4kTRB]

Noise Figure Analysis Fully Differential Amplifier
Jag vet inte men AN1719 från National kanske kan vara till hjälp.

[dar303]

Ska kolla den, tack!

Hatten: ang. förstärkningen så kör jag runt 150 nu, testar jag med högre (har en pot som ställer 100 till 1000ggr ca) så ökar bruset men det är inte vitt brus utan snarare viktat mot mellanregister som ökar då.

[hatten]

Ok, då räknar vi lite mellan tumme och pekfinger!

Förstärkarens gain G = 150
Spektraltätheten för förstärkarens brus relativt ingången e_ni = 35 nV/rtHz
Spektraltätheten för förstärkarens brus på utgången e_no = 50 nV/rtHz (försumbart vid G=150)
Spektraltätheten för resistorernas brus i LP-filtret är försumbart (10 kOhm ger typ 10-15 nV/rtHz, orkar inte räkna)
Spektraltätheten för sensorns brus e_sns är 70 nV/rtHz @ 1 Hz, mer vet vi inte men vi räknar (antagligen för högt!) med att den planar ut vid 50 nV/rtHz.

Spektraltätheten för det sammanlagda bruset vid förstärkarens ingång blir då e_in = sqrt(e_ni^2 + e_sns^2), ungefär 60 nV/rtHz
Förstärkning på 150 gånger ger e_n = 9 µV/rtHz på utgången
Bandbredd på 20 kHz ger ett totalt RMS-brus v_n = e_n*sqrt(20e3) = ungefär 1,3 mV.

Du råkar inte ha tillgång till en bra spektrumanalysator för låga frekvenser? Att mäta är att veta...

[dar303]

Tack! Det tar mig ett tag att smälta matten men jag hänger i alla falla med hjälpligt! Ingen bra spec här tyvärr, skulle var fint ibland!
Bruset är minst 15mV på förstärkarens utgång.
Jag mätte även utsignalen på en av utgångarna wheatstonebryggan från sensorn, ett riktigt hårt anslag på en bassträng ger ca 10mW

Jag testade att kortsluta utgångarna på sensorn med en tråd, bruset är kvar! Lyfter jag ett eller båda av 10k-motstånden mellan sensorn och förstärkaren blir det dock knäpptyst.

Jag kastade med några billigare magnetresistiva sensorer med senaste mouserbeställningen och så ska jag testa med en annan koppling, en bra OP och se vad som kommer ut!

[bearing]

Digitala skåp brukar ju ha en funktion för spektrumanalys. Det är ju egentligen inte någon spektrumanalysator, men kanske duger för detta, om man mäter på förstärkarens utgång.

[DanG]

Hej!

Ett försök att fortsätta xxargs resonemang i källforskningen, fast längre "ut ur boxen" ...

Utan att ha tänkt igenom möjliga nivåer etc., kan det vara så att strängarna i sig ställer till det?
Vad händer med brusnivå/frekvensbild ("öronmätt" ) om :
- Du t.ex. dämpar strängarna med mjukare plastbit eller liknande
- Du klämmer fast gitarren (om nu detta går att göra utan att skada den)
- Vänder PU 90 grader under strängarna

M.v.h & lycka till!!
PS.
Brorsan skulle säkert vara intresserad av
förstärkaren när Ni är klara ..
DS.

[dar303]

DanG: Det brusar oavsett om sensorn är i närheten av strängarna eller inte eller hur den är positionerad, det verkar vara som ni antagit tidigare i tråden, att den har högt egenbrus. Jag lyckas inte få ner det på något sätt.

[gkar]

Behöver du ha en instrument OP, kan du inte bara AC koppla?
En seriekondensator, eller två om man vill ha det balanserat.