reducere riplu convertor dc-dc

[Galagie]

La multi ani !

 

am   construit un mic modul prin care vreau sa citesc o termocupla.

 

Acesta este construit in jurul unui adc pe 24 biti  ( LTC2368-24) , referinta pentru adc  este 3.3V folosind  LTC6655BHMS8-3.3.

 

Modulul comunica in exterior prin niste opto-izolatoare cu microcontrolerul gazda.

 

Alimentarea primara a  acestui modul vine dintr-un convertor izolat galvanic dc-dc ( IE0505s) care imi da 5Vcc, dupa care se duce in regulatoarele de 2v5, 3v3 s.a.m.d.

 

Dupa ce am asamblat totul frumos, m-am pus sa fac primele citiri,  la 1024 sample-uri pe secunda, am o variatie de  ~200 microvolti.

 

Teoretic la 3.3/2^24 as avea undeva la 0.197 uV/bit-lsb

 

Nu ma astept sa obtin precizie de 10-20 microvolti, insa as dori sa reduc aceea variatie macar in zona 40-60 microvolti.

 

Am pus osciloscopul pe iesirea acestui convertor si am un riplu de 200mV pk-pk

 

Am masurat riplul si pe circuitul care imi genereaza referinta pentru adc, si acolo am un riplu de ~2mV pk-pk.

 

Variatia aceea de tensiune am masurato conectand direct intrarea adc-ului (pinul IN+)  la referinta.

 

Acuma stau si ma gandesc cum as putea reduce riplul de la iesirea din convertor . Ce ma sfatuiti sa fac?

 

 

Am atasat schema, imi cer scuze pentru valorile lipsa, inca mai am de stabilit niste detalii pe zona AO-urilor.

 

in principiu vreau sa reduc cat mai mult eroarea la intrarea in adc, apoi cu cele doua amplificatoare voi amplifica semnalul de pe termocupla.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[validae]

Cu un alt convertor mai performant ai încercat ? Că bănuiesc că la ăsta nu prea mai ai cum reduce riplul existent.

 

[Marian]

Ai incercat o filtrare suplimentara pe iesirea acelui regulator?

Eventual chiar una LC.

[UDAR]

Văd că data sheet-ul convertorului zice 100mVpk-pk, tu ai măsurat 200 ! Ai pus condensator electrolitic de zeci-sute de µF la ieșirea din convertor (respectiv la intrarea în schema desenată)?  Dacă nu ai pus, pune-l! Zice că admite maxim 220µF, pune 100. Apoi stabilizatoarele tale XC62xxx nu au un PSRR grozav la zeci de kHz. Ar fi bune niște bobine de sute de µH în serie între ieșirea de 5V a convertorului și intrările în aceste stabilizatoare plus, iarăși 22-47µF. Nici referința nu stă grozav la capitolul ăsta. Atenție cu ceramicii de dimensiuni mici, unii au capacitate mult mai mică decât cea nominală chiar polarizați cu numai 5V.

Și, în fine, asta nu vedem deci nu putem comenta - cablajul, trasee de alimentare și de masă.....

 

EDIT. Mi-a luat-o @Marian înainte!

Editat Ianuarie 2, 2023 de UDAR

[M.Adrian]

       Eu as adauga un filtru LC pe iesirea convertorului cum au sugerat @Marian si @UDAR si as schimba referinta de tensiune cu una mai buna, nu am acum la indemana numele uneia anume dar maine pot sa caut prin ce am mai salvat si vin cu o sugestie daca ajuta.

       Daca vorbim de o precizie atat de mare as adauga si o ferita pe iesirea de la dc-dc ca sa mai elimine din zgomotul de inalta frecventa, dupa filtrul LC. 

Editat Ianuarie 2, 2023 de M.Adrian

[Galagie]

Cablajul este in 4 straturi, cu strat solid pentru gnd.

 

 

 

Capacitorii sunt pusi cat mai aproape de adc.

 

Pe langa asta, modulul este ecranat cu o folie de cupru pe top/bottom.

 

Iar convertorul dc-dc care imi furnizeaza tensiunea, este pe o alta placa separat.

 

Acuma am facut niste masuratori din nou, si tot uit chestia asta cu firul de de masa de la sonda osciloscopului ( cel cu crocodil),   l-am eliminat, si am "tiganit" putin sonda osciloscopului cu un fir scurt, ca sa elimin aceea "antena".

 

Culmea, acum nu mai am niciun riplu la iesire din dc-dc, sunt putin nedumerit, m-as mira sa nu fie deloc riplu

 

 

 

 

 

Cam asa arata zona adc-ului, acesta este pe top(culoarea rosie)  plasat, si imediat layerul urmator este planul solid de gnd ( culoarea turcoaz).

 

Ma gandisem initial la niste filtre LC-RC, dar acum ca nu mai vad niciun riplu cu "sonda corectata", nu stiu ce sa zic.

 

@M.Adrianva referiti cumva la LTZ1000 ? 

 

Editat Ianuarie 2, 2023 de Galagie

[validae]

Pune o cască telefonică înseriată cu un condensator de 1uF pe ieşirea de 5V şi ascultă în cască.Dacă există riplu mare, se va auzi ca naiba de tare...iar ca să ai o comparaţie de riplu redus, pune casca pe ieşirea unui stabilizator cu LM417....vei avea probabil un şoc.

[Marian]

Pe bune? Se vorbeste de semnale de ordinul zecilor de uV si revenim la masuratoarea cu casca? 

 

7 hours ago, Galagie said:

Capacitorii sunt pusi cat mai aproape de adc.

Se numesc "condensatori".

 

7 hours ago, Galagie said:

Acuma am facut niste masuratori din nou, si tot uit chestia asta cu firul de de masa de la sonda osciloscopului ( cel cu crocodil),   l-am eliminat, si am "tiganit" putin sonda osciloscopului cu un fir scurt, ca sa elimin aceea "antena".

Exista niste chestii ca un arc special dedicate acestui scop, adica inlocuirii crocodilului de masa in masurarea de semnale de frecventa mare. 

 

7 hours ago, Galagie said:

Culmea, acum nu mai am niciun riplu la iesire din dc-dc, sunt putin nedumerit

Pentru a elimina zgomotul de mod comun ( ceea ce cred eu ca te incurca ) se face masuratoare cu sonda diferentiala, ori masuratoare diferentiala cu osciloscop cu 2 canale, elimini ambii crocodili de masa, si pui o sonda la plus si cealalta sonda la masa regulatorului, apoi din functia "math" a osciloscopului alegi masuratoarea diferentiala, se va afisa pe ecran doar diferenta dintre cele 2 canale ( pentru o buna rejectie a zgomotului de mod comun rasucesti impreuna cablurile celor 2 sonde ).

[validae]

Casca poate reda audibil un riplu de peste 50mV şi e o sculă pe care te poţi baza 100% când nu mai ştii ce îţi arată osciloscopul.MicroVolţii care îi dau cu virgulă sunt în partea de conversie, eu nu de ăia ziceam...

[modoran]

Acum 12 ore, Galagie a spus:

 

 

Culmea, acum nu mai am niciun riplu la iesire din dc-dc, sunt putin nedumerit, m-as mira sa nu fie deloc riplu

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nu cumva ai masurat pe 10x, apoi pe 1x ? Ca in functie de ce osciloscop ai, cred ca pe 10x nu vezi nimic. Cuplaj AC si 1x de preferat.

[Galagie]

Va salut,

 

cam asa arata riplul pe alimentare,  dupa ce am inserat niste ferite de 1000 ohm @10mhz +470nf + 120uf  si diverse alte  combinatii, nu vad nici o imbunatatire.

 

Am luat placuta cu mine la servici unde am access la aparatura mai profi,  si iata rezultatul. Am incercat sa masor si cu o sonda diferentiala...

Am incercat sa masor si pe x10 fara nici o diferenta,  

 

Toate masuratorile pe care le-am facut pana acum sunt pe x1 si AC.

 

Ma tot uit in datasheetul adc-ului, si incep sa cred ca imi sap singur groapa, adica valorile pe care le masor, sunt defapt peak-uri,  iar rms-ul este undeva mai jos cu un factor de 6.6.

 

Adica la un 200uv, rms-ul mi-ar fi undeva la 30uV,   in datasheet vad ca deviatia pentru N=1 ar fi de 68.5 LSBrms x 3.3/2^24, mi-ar da cam 13.5uV RMS,  si in pk-pk ar veni cam 88uV.

 

Ce parere aveti? 

 

 

 

[sesebe]

Acum 15 ore, validae a spus:

Pune o cască telefonică înseriată cu un condensator de 1uF pe ieşirea de 5V şi ascultă în cască.Dacă există riplu mare, se va auzi ca naiba de tare...iar ca să ai o comparaţie de riplu redus, pune casca pe ieşirea unui stabilizator cu LM417....vei avea probabil un şoc.

 

Merge dar doar daca ai urechi de liliac pt ca zgomotul de la un SMPS este la citeva sute de kilohertz.

 

Masuratorile de zgomot nu se fac niciodata folosind conexiunea standard de masa de la sonda.

Masuratoare intre canale ca sa simulezi o sonda diferentiala merg doar in joasa frecventa, la frecvente mai inalte scade semnificativ rejectia de mod comun si nu mai ajuta semnificativ o astfel de masuratoare.

 

Editat Ianuarie 3, 2023 de sesebe

[validae]

Da, eu eram cu gândul la riplu de rețea de 100Hz.... pe ăla îl auzi.

[Galagie]

Va salut,

 

am taiat traseul de alimentare care vine din dc-dc converter, am lipit feritele si cei doi ceramici de 0.47u, si am setat functia de filtrare a adc-ului la 16380 esantioane.

 

Desi nu mi s-a parut ca am rezolvat ceva cu feritele si condensatoarele alea, in seara asta valorile par oarecum mai mici.  Imi pare rau ca nu am salvat datele intr-un plot ca sa le compar.

 

Valoarea masurata este intre 72-74 microvolti peak-peak,   iar rms-ul ramane in jurul valorii de 11 microvolti.   

 

m-am jucat azi putin cu functiile de averaging ale adc-ului.

 

Am atasat un mic plo,  pe verticala este amplitudinea in uV, iar pe orizontala numarul de citiri cu diferite setari ale filtrului intern din adc ( 32,1,16,1024,16384).

 

Mai bine de atat nu cred ca voi reusi,  oricum nu ma astept sa pot citi direct cu adc-ul de pe termocupla fara un etaj de amplificare in fata.

 

 

 

Editat Ianuarie 3, 2023 de Galagie

[10CM]

Nu vreau să fiu off-topic însă îmi amintesc că au existat monitoare și televizoare cu TK (tub cinescop) la care frecvența convertorului-sursă de alimentare era sincronizată în fază și frecvență cu semnal de pe miezul transformatorului de linii (o spiră-buclă), cu același scop de reducere /suprimare a zgomotului și interferențelor.

Poate că ideea ajută ...