Seleccion de 2 fuentes de señal a 1 ADC. Eleccion de integrado

[seaarg]

Estoy desarrollando un osciloscopio digital, el cual me gustaria hacerlo de 2 canales usando solo 1 ADC.

Para ello dispongo de 2 etapas de entrada exactamente iguales y 1 modulo de captura digital basado en un ADC cuya entrada es entre 0v y 5v, con un clock de conversion a 20mhz (quiza lo lleve a 40mhz pero empecemos despacio)

El conversor inicia la conversion en el flanco ascendente del reloj y dispone los datos en la salida en el flanco descendente.

Pense en usar un 4066, que aparentemente soporta esa velocidad, como selector de entrada al ADC. Dividir los 20mhz con un 4040 o algo por el estilo para obtener una señal que haga switch entre 2 llaves del 4066 a 10mhz.

Como posibilidad tambien se me ocurrio hacer lo mismo pero usando un 4051 (analog multiplexer, no mire la hoja de datos en profundidad pero creo que soporta esta velocidad)

La pregunta es cual integrado me conviene mas (4066 o 4051), o si existe alguna opcion mejor que desconozca para investigar.

La idea es que en mis 32K de memoria, cuando elijo 1 sola entrada se llena toda byte a byte, y cuando elijo las 2 entradas sean 16K para cada una, entrelazadas (byte 0 - Canal A, byte 1 - Canal B, etc).

a)- ¿Este "switcheo" a alta frecuencia del 4066 puede causar distorsion en la señal?
b)- ¿Saben si el 4066 hace algun cambio en la señal, ademas de agregar 50 ohms? (por ejemplo, que la señal no pueda superar los 4.4V, 0.6v abajo de vcc o cosas por el estilo)

Aclaro por ultimo que la intencion es que el osciloscopio pueda procesar señales de hasta 3mhz como maximo (uso TL074 como operacionales de entrada), sampleando a 20mhz.

 

[cosmefulanito04]

Yo había empezado un proyecto similar y lamentablemente nunca lo termine, si querés te puedo dar una mano.

Yo para las entradas analógicas había usado 2 mosfet como switch, permitiéndome aguantar una tensión de entrada de hasta Vds(break) del mosfet. La idea era esta:



La R=10k reemplazala por una de 100k. La fuente de 1,65v (3,3v/2) era la tensión de offset que usé para levantar la señal y mandarla directamente a un operacional sin necesidad de usar fuentes partidas. Con 5v te alcanza para el "switcheo".

Lo malo de este circuito, es la impedancia de entrada, como mucho podés conseguir 500kohm, la mitad de la impedancia de entrada que suelen tener los osciloscopios.

 

[seaarg]

Si es que entendi tu esquematico, ambos in/out son las dos entradas cierto?

El offset o impedancia no me representarian problema porque tengo 2 placas de entrada, cada una con su trigger y ambas irian a este selector y de ahi ADC.

Ahora, teniendo en cuenta eso no seria lo mismo que poner un 4066? (tu esquema estaria muy bueno para la entrada que puede sufrir voltajes altos)

 

[cosmefulanito04]

Si es que entendi tu esquematico, ambos in/out son las dos entradas cierto?

No. Pensá ese circuito como una llave analógica, osea como algo bidireccional, la tensión que ponés de un lado, aparece en el otro y viceversa.

El offset o impedancia no me representarian problema porque tengo 2 placas de entrada, cada una con su trigger y ambas irian a este selector y de ahi ADC.

Si entendí bien, ya tenés algo en el medio que te acondionona la señal, ¿es así?

En su momento pensé este circuito como la entrada directa de un canal y evitar una llave selectora, todo eso para manejarla en forma digital y muestrar los 2 o más canales a la vez.

Si vos ya tenés los canales acondionados y solo necesitas multiplexar, ahí entonces si usa algo como el 4066.

Ahora, teniendo en cuenta eso no seria lo mismo que poner un 4066? (tu esquema estaria muy bueno para la entrada que puede sufrir voltajes altos)

Exacto, al pensarlo como la entrada directa del osciloscopio, quería que la llave analógica se banque 20Vpico a la entrada (que es la tensión máxima que suelen bancarse los osciloscopios con puntas x1).

En la práctica probé metiendole una continua de 30v a la entrada y efectivamente a la salida los volvia tener usando solo 5v como tensión de control. Lamentablemente como no tenía osciloscopio ni generador de señal, no tuve tiempo de probarlo con una señal a una frecuencia elevada para ver como se comportaba, en las simulaciones pude ver que con señales senoidales iba bien y con cuadradas tiraba un pico en el flanco (típico de un subamortiguado) que se podía solucionar con la propia punta del osciloscopio.

Editado:

Ahora.... si tu caso es que ya tenés las 2 señales acondiconadas, entonces no mates pensando en usar un 4066 o algún Mux analógico, usa un uC que ya tenga múltiples entradas analógicas. Hoy en día los uC de alta velocidad (que es lo que necesitas suelen venir con estas opciones, incluse un Atemega8 que es lento).

Así lo había pensado, para tener solo 1 circuito acondicionador para todos los canales:

 

[seaarg]

Bien, no termino de entender porque 2 mosfets pero lo voy a simular para sacarme la duda.

Para la entrada del mio estoy haciendo esto: http://www.volny.cz/elecon/cz/lptosciloskop/lptosciloskop_obrazky/schema.gif

Con la diferencia que en vez de llaves mecanicas estoy poniendo llaves electronicas (un par de reles para atenuador y flanco de trigger que le agregue y un 4066 para el multiplicador)

Me gusto mucho esa entrada, tiene una impedancia de 1M, divisor 1:5 (mi punta tambien tiene divisor) multiplicador, trigger... esta completita, solo reemplace unos valores de R 4K7 por 5K1 y los valores de unos capacitores, ya que segun la simulacion la señal se atenuaba pasando los 500khz (estaba pensado para 600khz este diseño que puse arriba)

El ADC lo reemplace por una etapa de adquisicion hecha con una sram de 15ns+contadores 4040 y un ADC de 1 canal 40msps + un pic 18f2550 para usb.

De estas etapas de entrada pensaba ponerle 2. Segun el datasheet del 74HC4066 veo que a 5V el turn on time es de 25ns max y 38ns el turn off. Si mi ADC va a convertir a 20mhz son 50ns de periodo, deberia alcanzar la velocidad.

Lo que me preocupa es que el 4066 distorsione la señal, ya sea porque la distorsione normalmente o por la alta velocidad de switching a la que tendria que responder.

Sobre considerar otros uC mas rapidos, lamentablemente el unico que conozco y consigo es PIC que en el mejor de los casos samplea en 1.5 uS

 

[cosmefulanito04]

Bien, no termino de entender porque 2 mosfets pero lo voy a simular para sacarme la duda.

El 2do mosfet lo necesitas para reflejar la tensión del 1ero, admito que es raro, pero simulalo y vas a ver funciona.

Para la entrada del mio estoy haciendo esto: http://www.volny.cz/elecon/cz/lptos...n tiempo real, pero a vos te da igual eso :D.

 

[seaarg]

Ups, lo del offset del los operacionales no lo tuve en cuenta. Punto a revisar. Aca manifiesto mi ignorancia en operacionales, pero puede ser que la alimentacion -9 0 +9 solvente en parte este problema?

Edito: En la simulacion con una señal de 20mV pp aun tengo la señal a la salida. Obviamente no se que pasara en componentes reales. A mirar el datasheet con mas profundidad.

Sino dispongo de un operacional de instrumentacion de 100mhz, compatible pin a pin con el tl074 pero queria evitarlo.

Esto te lo pregunto desde la ignorancia: Una llave con mosfet no tendria problemas en señales muy chicas? 20mV por ejemplo.

Por otro lado, hago una aclaracion: no uso en ningun momento el ADC del pic, el mismo solo es un controlador y comunicacion usb. El ADC que estoy usando es el TLC5540.

Tu ultimo parrafo es una tecnica que conozco pero no se su nombre jeje (oversampling?) y serviria cuando el adc no es lo suficientemente rapido... lo que se hace es retrasar el trigger (o punto de comienzo de sample) en cada paquete de muestras y se interlazan las muestras en la PC luego.

Otra posibilidad que estoy pensando para no hacer 2 etapas de entrada seria:

1 operacional para cada entrada, luego un switch (ya sea 4066 o el tuyo) y luego el resto de los operacionales de 1 entrada.

Esto tendria el problema de que en vez de 2 fuentes para trigger tendriamos solo 1 (a menos que dupliquemos tambien el operacional de trigger y asi se van haciendo 2 etapas de nuevo).

 

[cosmefulanito04]

Ups, lo del offset del los operacionales no lo tuve en cuenta. Punto a revisar. Aca manifiesto mi ignorancia en operacionales, pero puede ser que la alimentacion -9 0 +9 solvente en parte este problema?

Edito: En la simulacion con una señal de 20mV pp aun tengo la señal a la salida. Obviamente no se que pasara en componentes reales. A mirar el datasheet con mas profundidad.

No, el offset es una tensión residual del operacional y es propio de un componente real y no ideal. Normalmente te lo da en las hojas de datos, con un instrumental evitas ese problema, busca en la wiki como poder hacer 1 instrumental juntando varios operacionales discretos o busca en el foro que yo subí un par de esquemas.

Esto te lo pregunto desde la ignorancia: Una llave con mosfet no tendria problemas en señales muy chicas? 20mV por ejemplo.

Es una buena pregunta, en la simulación iba bien... pero otra cosa es la realidad y como no tenía los elementos necesarios, nunca pude probar que pasaba con una señal de tan baja amplitud.

Por otro lado, hago una aclaracion: no uso en ningun momento el ADC del pic, el mismo solo es un controlador y comunicacion usb. El ADC que estoy usando es el TLC5540.

Ok, ya veo entonces el porque del 4066.

Tu ultimo parrafo es una tecnica que conozco pero no se su nombre jeje (oversampling?) y serviria cuando el adc no es lo suficientemente rapido... lo que se hace es retrasar el trigger (o punto de comienzo de sample) en cada paquete de muestras y se interlazan las muestras en la PC luego.

Claro, eso lo podés hacer solo si tu señal es periodica, cosa que suele pasar cuando uno usa un oscilscopio (por suerte).

1 operacional para cada entrada, luego un switch (ya sea 4066 o el tuyo) y luego el resto de los operacionales de 1 entrada.

Tené en cuenta que ese operacional tendrá que bancarse la tensión de entrada máxima, por ej. 20Vp y tu fuente es de solo +/-9V, salvo que antes coloques el atenuador.

Si tu atenuador es manual (yo en su momento también lo había pensado como digital, para evitar un cambio de escala mientras sampleo los distintos canales), yo colocaría el MUX entre los atenuadores y los operacionales, pero tené en cuenta que el operacional deberá tener ganancia variable (cuando elegis la escala de atenuación, también podés elegir la de ganancia ).

Y el trigger yo lo pondría recién después de los amplificadores de acondicionamiento. Si bien esto tiene la limitante de no poder ver una señal usando otra señal como trigger.

 

[seaarg]

Ok, por el momento lo voy a hacer de un canal porque de por si ya esta siendo muy complicado el PCB simple faz. Luego si todo va dentro de lo esperado se puede ampliar a 2 canales usando algo de la informacion de aca.

Esto lo decidi porque cuando me puse a hacer el divisor de frecuencia para controlar el 4066 de switcheo entre canales tuve que agregar: 4066, 74ls00, 74ls14, 4094 para multiplexar las patas del pic (me quede sin) y dos o 3 componentes mas (ademas de la segunda entrada)

Dato: En el datasheet del TL074 el parametro Input offset voltage es < 10mV en todas sus variantes. Es este el dato al que te referis? (Ojo, este proyecto tiene bastante mas de lo que conozco en electronica, asi que por ahi puedo hacer preguntas bobas)

Sobre el operacional de entrada, se supone que en una señal 20vpp el atenuador 1:5 la reduce a 4vpp Ademas esta el atenuador de la punta x10.

 

[cosmefulanito04]

Dato: En el datasheet del TL074 el parametro Input offset voltage es < 10mV en todas sus variantes. Es este el dato al que te referis? (Ojo, este proyecto tiene bastante mas de lo que conozco en electronica, asi que por ahi puedo hacer preguntas bobas)

Exacto, ese valor implica que a la entrada ya tenés una tensión de 10mV, con lo cual si tu señal es del mismo orden, al amplificar por ej. por 100, a la salida ya vas a tener 1v + tu señal*100. Y además el fabricante te da dos datos más, que es la corriente de Bias cuando las entradas de tu amplificador no están balanceadas y la corriente de offset cuando las entradas si están balanceada (para un caso o para el otro), con lo cual en tu entrada podés tener esto:

- Voff-in-total=Voffset+Ibias*Rdiferencia

O

- Voff-in-total=Voffset+IR*RBase

Ok, por el momento lo voy a hacer de un canal porque de por si ya esta siendo muy complicado el PCB simple faz. Luego si todo va dentro de lo esperado se puede ampliar a 2 canales usando algo de la informacion de aca.

Me parece una buena idea, ver si con un canal va todo bien.

 

[seaarg]

Gracias por tu info cosme, voy a poner zocalo en ves de soldarlo por si tengo que cambiarlo por el otro que dispongo (en smd, habra que hacer un adaptadorcito)