Elektronik-support (filter)

[ehlmatlab]

Har ett litet projekt jag funderar på hur jag ska designa. Se skiss nedan.
En optisk signal kommer in till en pin-diod, signalen förstärks och skickas till en A/D-omvandlare.
Min fundering är om man bör ha något filter mellan förstärkarsteg och A/D-omvandlaren? Jag vill ha så lite störningar som möjligt då jag vill kunna se mycket små signalförändringar från pin-dioden

Om ett filter behövs hur skulle ett sådant filter se ut?

drawing.png

[TomasL]

Du får nog definiera vad "mycket små signalförändringar" är, samt vad du kan acceptera i fel. Dessutom hur stor mätsignalen är i absolutbelopp.

[ehlmatlab]

Sitter en 12 bitars A/D där, hade tänkt mig 2 volt max, ger 2/4096=500uV/bit.
Helst ska jag kunna detektera signalförändring på 1bit alltså 500uV även om det i praktiken inte behöver vara så noggrant.

[superx]

Det beror framförallt på hur ofta du tänkte sampla. Räcker det med 1 mätning per sekund kan du filtrera massor, men vill du ha nya värden flera miljoner gånger per sekund blir det en annan situation.

[ehlmatlab]

Du menar filtrera med mjukvara, medelvärdesbilda flera sampel eller?

[superx]

Nej, jag menar med OP-förstärkare, så som du har ritat. Vilken samplings-frekvens tänkte du använda?

[ehlmatlab]

2-5 sampel/sekund tror jag räcker

[Andax]

Även om man får till en ganska brusfri opamp-koppling så har man oftast inte helt brusfri AD-omvandlad signal pga brus i själva omvandlaren. Där kan man ju översampla och medelvärdesbilda för att bli av med en del brus. För rent vitt brus (okorrelerat) så brukar man säga att man kan minska bruset med en faktor 1/sqrt(N) där N är antal sampel man medelvärdesbildar över.
Finns det systematiska effekter med i signalen pga hur ADC är uppbyggd så kan man inte översampla hur mycket som helst för att minska bruset/felet.
Eftersom du bara vill ha 2-5 sample/s finns det dock säkert utrymme för förbättringar!

[superx]

Då skulle jag filtrera analog med någon OP-koppling (t.ex. Sallen-Key) vid kanske 10x den bandbredden, vilket alltså blir 20-50Hz. Antagligen är det bättre att lägga sig så att du får en del dämpning vid just 50Hz, där det av naturliga skäl kan finnas en del störningar. Därefter kan du filtrera mer digitalt om du vill, men det är en bra idé att ha lite marginal mot frekvensen man är intresserad av.

Men hur kopplar du in dioden? Jag gissar att den behöver någon lämplig impedans t.ex. och att signalen från den är så liten att du behöver extra förstärkning.

[ehlmatlab]

Kopplar in dioden typ så här (se bild). Finns säkert en del att förbättra här också.

bild.jpg

[TomasL]

TI har ett antal extremt bra AD eller snarare frontends, med AD+ MUX+PGA, allt kalibrerat med mycket fina data. (ppm i fel osv)
Med en sådan slipper du alla problem (nästan ialla fall)

[Walle]

Borde du inte backspänna PIN-dioden? Jämför med den här kopplingen:

PIN.JPG

[ehlmatlab]

Om man nu skulle använda 'Sallen-Key filter' som nämns ovan. Lägger man då 'cut-off frekvens' vid 10 gånger sampelhastighet? Och vad är lämpligt värde på kvalitetsfaktorn 'Q'

[superx]

Sorry, jag var rätt otydlig inser jag. Jag skulle filtrera analogt vid ~10x bandbredden för den högsta frekvensen av intresse (eller kanske lite lägre), men sampla ännu snabbare för att undvika vikning. Vilken samplingsfrekvens som är lämplig i förhållande till den analoga filtreringen beror på vilken typ av A/D-omvandlare du använder, men det borde framgå ur databladet.

I kretsen som du bifogade finns det förresten redan ett 1-pols lågpassfilter.

Allt det här beror ju även på om prylen som kommer efter A/D-omvandlaren kan hantera datatakten och hinner med att filtrera digitalt.

[ehlmatlab]

Borde du inte backspänna PIN-dioden? Jämför med den här kopplingen:

PIN.JPG

Jo dioden ska backspännas för bättre prestanda även om kopplingen jag visade ovan fungerar

Edit:
När jag började fundera på varför jag inte ritat dioden 'backspänd' så vill jag minnas att en backspänd diod blir snabbare men inte känsligare för små signalförändringar. I mitt fall behöver den inte vara snabb. Därav är den ej backspänd.
(möjligt att jag har fel men det var den info jag hittade när jag ritade kretsen)