Sensor- und Strommesssignale verstärken

Bild 5: Der LTC2358 ermöglicht ein zehnfaches Verstärken differenzieller Signale über einen weiten Gleichtaktspannungsbereich.

Bild 5: Der LTC2358 ermöglicht ein zehnfaches Verstärken differenzieller Signale über einen weiten Gleichtaktspannungsbereich. Analog Devices

Bild 6: CMRR in Abhängigkeit der Eingangsfrequenz für die Schaltung aus Bild 5.

Bild 6: CMRR in Abhängigkeit der Eingangsfrequenz für die Schaltung aus Bild 5. Analog Devices

Bild 7: Die gemessene AC-Leistung der Lösung aus Bild 5.

Bild 7: Die gemessene AC-Leistung der Lösung aus Bild 5. Analog Devices

Die Fähigkeit von A/D-Wandlern wie dem LTC2358, frei wählbare Signalhübe über einen weiten Bereich an Gleichtakteingangsspannungen mit hoher CMRR zu akzeptieren, vereinfacht die Applikation. In der Praxis produzieren viele Sensoren eine differenzielle Spannung, die auf einem großen Gleichtaktsignal moduliert ist.

Bild 5 zeigt einen Weg, den LTC2358 zu benutzen, um solche Signalarten zu digitalisieren. Die Verstärkerstufe liefert eine differenzielle Verstärkung von etwa 10 V/V für das gewünschte Sensorsignal, wobei das unerwünschte Gleichtaktsignal von der CMRR des A/D-Wandlers gedämpft wird. Die Schaltung überstreicht den ± 5-V-Softspan-Bereich des A/D-Wandlers.

Die Eingänge des A/D-Wandlers können nach oben bis zu VCC – 4 V = 27 V oder herunter auf VEE + 4 V = -3 V schwingen. Zu beachten ist, dass 5 VP-P Signalhub an den A/D-Wandlereingängen 5 V des verfügbaren Gleichtaktspannungsbereichs verbrauchen. Jede andere Kombination der VCC– und VEE-Spannungen lässt sich nutzen, um eine bestimmte Applikation auf bis zu VCC – VEE = 38 V maximal, mit VCC > 7,5 V und -16,5 V < VEE < 0 V anzupassen. Bild 6 zeigt die gemessene CMRR dieser Lösung, die es mit den besten, kommerziell verfügbaren Instrumentenverstärkern aufnehmen kann. Bild 7 zeigt die gemessene AC-Leistung dieser Lösung.

Die Verstärkung des Verstärkers könnte mit Rückkoppel-Widerständen höherer Werte auf 100 gesteigert werden, sodass aus einem differenziellen ± 50-mV-Eingang ein Signalhub von ± 5 V kommt, der den vollen Dynamikbereich des A/D-Wandlers im ± 5-V-Softspan-Bereichen treibt. Der Chopper-stabilisierte OPV LTC2057HV besitzt einen maximalen Offset von 4 µV, was die genaue Messung von kleinen Strömen mit den externen Fühl-Widerständen erlaubt.

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