Оцифровка слабого двухполярного сигнала с помощью 13-ти битного АЦП MCP3301 с однополярным питанием

С чего все началось

Однажды мне была поставлена задача оцифровать слабый двухполярный сигнал (-0,6 ... +0,6 В) с точность не хуже 0,01 В и дальше передать по цифровому интерфейсу. На первый взгляд задача показалась не сложная. Я сразу же отправился на поиски АЦП, которые способны сразу воспринимать двухполярный сигнал и с большим удивлением нашел всего несколько, первый стоял 700+ грн а второй в ближайших магазинах отсутствовал. Поэтому было принято решение построения схемы со смещением уровня и использования АЦП, которые работают только с однополярным питанием. Таких оказалось море и мой выбор пал на Микрочиповский АЦП с дифференциальным входом MCP3301 с разрешением 12 бит + знак.

По советам друзей, в качестве ОУ был выбран OP07C, который имеет повышенную точность.

В конечном итоге появилась следующая схема:

Работать схема должна следующим образом. Сигнал подается на неинверирующий ОУ. После усиления, размах сигнала достигает -2,5...+2,5 В. Это напряжение подается на смеситель. Ко второму плечу смесителя подключен источник опорного напряжения 2,5 В.На выходе смесителя напряжение уже изменяется от 0 до 2,5В (при нуле на входе ОУ здесь будет 1,25 В).

Отрицательный вход АЦП (Vin-) и вход опорного напряжения (Vref) подключены к +1,25 В, которые снимаются с делителя напряжения. Теперь на дифференциальном входе АЦП  (между Vin+ b Vin-) мы получаем изменение напряжения от -1,25 В до +1,25 В.

Схема заработала, но выявились и некоторые недостатки.

1. Разница в потенциале земли этой платы и прибора, откуда приходит сигнал достигает 0,06 В. А это вызывает большую погрешность. Пришлось аналоговую землю оторвать от цифровой на плате и соединить отдельным проводом с источником сигнала

2. ADC MCP3301 имеет большое потребление по входу опорного напряжения Vref, что вызывает "просадку" напряжения на Vref и и Vin-. И снова погрешность порядка 0,01 В. Пришлось установить дополнительный повторитель напряжения на ОУ OP07C между ножкой 1 АЦП MCP3301 и средней точкой делителя +1,25 В.

11.06.2010