Adaptador de Señal (sugerencias)

[cosmefulanito04]

Estoy diseñando un generador de señales usando un uC basado en este proyecto (muy interesante por cierto).

Se me ocurrió usar un pasaltos de 1er orden (fci=15Hz) inversor para tener ganancia variable:



Luego de esa etapa, uso un filtro pasa bajos de 2do orden (fcs=500kHz) Chebyshev (3db) con offset variable, usando una topología inversora (MFB) para anular la anterior inversión:



Este último filtro es importante y lo hago bien abrupto para eliminar el aliasing que aparece después de fs/2, donde fs=1,77MHz.

Originalmente lo diseñé con un TL082, pero me dí cuenta que el TL072 mete menos distorsión, como contra partida, el TL072 tiene una respuesta en frecuencia más baja, corriendome la fcs de 500kHz a 460kHz (no es taaaaan terrible), obteniendo esta respuesta en frecuencia:



La idea es que las señales:

- Senoidales vayan de 25Hz => 500kHz
- El resto de las señales 25Hz => 100kHz (limitado por soft)

¿Qué opinión tienen de...:

- ...la ganancia variable mediante un pote en la realimentación?
- ...la variación del offset?

La otra gran duda, ¿que orden de valor de la red R-2R me conviene usar?, por un lado veo la limitación de corriente, pero por el otro la capacidad parásita que pueda tener el puerto a su salida, haciendo un tao muy elevado.

Lamentablemente no tengo generador de señal para probar el filtro.

 

[palurdo]

Sobre la ganancia variable en la realimentación, tendrás problemas con el ancho de banda, ya que el ancho de banda en lazo cerrado depende de la ganancia de realimentación. Yo dejaría los filtros con ganancia unidad y ajustaría la ganancia con un operacional rápido, aunque eso me metería más ruido al final de la cadena de amplificación. Quizá usando operacionales rápidos para los filtros se solucione el problema, pero los operacionales rápidos son inestables con lazos de realimentación de ganancia unidad, así que tendría que cuidar bien el amplificador que elegiría implementar.

Sobre el offset, lo veo correcto, y yo lo haría igual mientras mantengas ganancia constante en el operacional, porque si modificas la ganancia, modificas también el offset al amplificarlo.

No se, es que no se puede tener todo a la vez, o tiene un filtro lineal con una transición suave entre banda pasante y banda atenuada, o tienes un filtro abrupto en el corte, pero con alta distorsion de fase al acercarse a la frecuencia de corte. Yo una vez diseñé un pasabajos de orden 8 tipo butterworth con celdas sallen-key en 12800Hz de Fc y para simplificar usé sólo 4 BJT en seguidor de emisor, y el resultado no fue malo, si bien el corte no era tan afilado como con 4 operacionales, la linealidad era bastante buena. El inconveniente es que la salida tenía 3V de offset, pero nada que no se pudiera arreglar desacoplando en continua.

Saludos.

 

[cosmefulanito04]

Sobre la ganancia variable en la realimentación, tendrás problemas con el ancho de banda, ya que el ancho de banda en lazo cerrado depende de la ganancia de realimentación. Yo dejaría los filtros con ganancia unidad y ajustaría la ganancia con un operacional rápido, aunque eso me metería más ruido al final de la cadena de amplificación. Quizá usando operacionales rápidos para los filtros se solucione el problema, pero los operacionales rápidos son inestables con lazos de realimentación de ganancia unidad, así que tendría que cuidar bien el amplificador que elegiría implementar.

Eso lo pensé, pero la amplificación que pretendo es relativamente chica, de 2,2 veces; debido a que en la salida obtendré una señal de +/-2,5v y pretendo llevarlo a lo sumo a +/- 5,5v (uso trafo de +/-6VAC y pretendo darle un buen márgen).

Otra cosa importante de esa etapa y por la que usé la configuración inversora, es que con el pote en la realimentación también pretendo atenuar.

Entonces el pote valdrá 220kOhm como máximo dando una ganancia de 2,2 y atenuará hasta lo que dé.

Sobre el offset, lo veo correcto, y yo lo haría igual mientras mantengas ganancia constante en el operacional, porque si modificas la ganancia, modificas también el offset al amplificarlo.

Ok.

o tiene un filtro lineal con una transición suave entre banda pasante y banda atenuada, o tienes un filtro abrupto en el corte, pero con alta distorsion de fase al acercarse a la frecuencia de corte.

Lindo punto ese, para frecuencias cercanas a 500kHz voy a tener alinealidad, ¿pero me afecta usando tonos puros en ese rango de frecuencia? yo creo que no.

Pero si veo que voy a tener problemas con señales poliarmónicas en 100kHz (o menos) con el 5to armónico debido a ese aumento de 3db debido al filtro .

El problema es tener esa fs/2 tan baja si pretendo los 500kHz.

La otra alternativa sería usar filtro butterworth de 2do orden y no atenuar tanto algunas de las frecuencias de aliasing, más sabiendo que por soft limito señales poliarmónicas hasta 100kHz.

 

[Mostdistortion]

primero, creo que el paso algo no es necesario el offset lo regulás desde el segundo esquema.
Pero si lo querés usar, te recomendaría de que no pongas esa resistencia de 100k y 100nf, es una resistencia muy grande... en todo caso 1k y 10uf ó 10k y 1uf.

Ahí tené en cuenta de que la ganancia hasta 100k es de sólo 50 veces (corroborá con el datasheet de la marca de TL07X que uses, porque ví diferencias en marcas... yo me basé en éste http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/stmicroelectronics/2298.pdf página 8)

El segundo gráfico está bueno, no te preocupes por si la señal se invierte o no, de todas formas es periódica.

Como resistencias yo usaría 1k y 2k (existen)

Saludos.

 

[cosmefulanito04]

primero, creo que el paso algo no es necesario el offset lo regulás desde el segundo esquema.

Fijate que si hago eso me queda un offset que luego pasa por un amplificador => saturo. Debo anular ese offset primero.

Pero si lo querés usar, te recomendaría de que no pongas esa resistencia de 100k y 100nf, es una resistencia muy grande... en todo caso 1k y 10uf ó 10k y 1uf.

Con esos valores la fci del pasa altos dá 15 Hz, así que dentro de todo no me preocupa.

Ahí tené en cuenta de que la ganancia hasta 100k es de sólo 50 veces (corroborá con el datasheet de la marca de TL07X que uses, porque ví diferencias en marcas... yo me basé en éste http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/stmicroelectronics/2298.pdf página 8)

La ganancia que pretendo es pequeña, me olvidé mencionarlo en el 1er mensaje, solo 2,2 veces.

El segundo gráfico está bueno, no te preocupes por si la señal se invierte o no, de todas formas es periódica.

El problema es que en un diente de sierra me quedaría invertido, igual se soluciona por soft, pero a futuro pretendo darle la función de poder grabarle cualquier tipo de señal periódica.

Como resistencias yo usaría 1k y 2k (existen)

1k1 existe y podría usar 2k2, ¿2k existe?.

 

[Mostdistortion]

Fijate que si hago eso me queda un offset que luego pasa por un amplificador => saturo. Debo anular ese offset primero.

Con esos valores la fci del pasa altos dá 15 Hz, así que dentro de todo no me preocupa.

El problema es que en un diente de sierra me quedaría invertido, igual se soluciona por soft, pero a futuro pretendo darle la función de poder grabarle cualquier tipo de señal periódica.

1k1 existe y podría usar 2k2, ¿2k existe?.

Tenés razón lo del offset, no me dí cuenta.

Mi recomendación de cambiar por otros valores (aumentando x10 o x 100 el cap y disminuir igual la resistencia) no te vá a cambiar la frecuencia de corte, pero te va a traer menos problemas con ruido

y respecto de las resistencias de 2k
http://www.vallecompras.com/msln/components/com_virtuemart/shop_image/product/193.jpg

y de acá, E24:
http://www.lcardaba.com/articles/R_normal/R_normal.htm

pero si vas a utilizar 1.1k, me imagino de que estás hablando de resistencias de más precisión, lo cual es mejor, 1.1k y 2.2k al 2% o al 1% según tengan en la casa de electrónica que te quede cerca

Saludos.

 

[cosmefulanito04]

Mi recomendación de cambiar por otros valores (aumentando x10 o x 100 el cap y disminuir igual la resistencia) no te vá a cambiar la frecuencia de corte, pero te va a traer menos problemas con ruido

El tema es encontrar un equilibrio, si uso resistencias de ese valor (10k por ej.), voy a terminar cargando la red R-2R por ser de valores de 1k/2k, ya que uso configuración inversora para que pueda funcionar como atenuador.

La alternativa sería usar un 3er operacional que funcione como seguidor y evitar esa carga.

...y respecto de las resistencias de 2k
http://www.vallecompras.com/msln/components/com_virtuemart/shop_image/product/193.jpg

y de acá, E24:
http://www.lcardaba.com/articles/R_normal/R_normal.htm

Buen dato

Sobre el 2do filtro pasa bajo, me parece que voy a dar 180º a lo que pensé originalmente y optar por un filtro que tenga la fase lo más lineal posible para evitar distorsión por retardo de grupo, el costo es que el filtro será menos abrupto y atenuará menos las frecuencias imágenes superiores a fs/2. Será cuestión de probar y ver, de última se desuelda fácil.

Podría usar un TL074 y matar dos pájaros de un tiro, es decir, buffer seguidor al principio y un 2do filtro pasa bajos de 2do orden lo más lineal posible, habría que ver como quedaría la fase en esta situación.

 

[kiwhilario]

si deseas un filtro lo más lineal posible, la solucion es un filtro bessel. Tiene fase lineal en casi toda su banda de paso y puedes poner varios en serie para que sea lo mas selectivo posible. Te recomiendo que revises el application report http://www.ti.com/lit/an/sloa049b/sloa049b.pdf de Texas. Estoy seguro que te servirá mucho.

Para probar tus filtros usaría el software "FilterPro Desktop", te lo bajas gratis de TexasInstruments. Te permite escoger topologías, fijar el orden, calidad de componentes. Es bien completo y facil de usar.

El offset yo lo introduciría en tu etapa de filtro pasa altas y dejaria a todos los pasabajas con ganacia de unidad. El pin del potenciometro que sobra no lo dejes al aire, conectalo al pin central.

 

[cosmefulanito04]

si deseas un filtro lo más lineal posible, la solucion es un filtro bessel. Tiene fase lineal en casi toda su banda de paso y puedes poner varios en serie para que sea lo mas selectivo posible.

Si .

Te recomiendo que revises el application report http://www.ti.com/lit/an/sloa049b/sloa049b.pdf de Texas. Estoy seguro que te servirá mucho..

Si ya la conocía esa nota de aplicación, es excelente, se las recomiendo al resto. Recuerdo que tenía un pequeño error en la expresión del pasa banda o el rechaza banda (no recuerdo), pero la explicación de los tipos de filtros con sus topologías es muy buena.

Para probar tus filtros usaría el software "FilterPro Desktop", te lo bajas gratis de TexasInstruments. Te permite escoger topologías, fijar el orden, calidad de componentes. Es bien completo y facil de usar.

Es lo que estoy usando

El offset yo lo introduciría en tu etapa de filtro pasa altas y dejaria a todos los pasabajas con ganacia de unidad.

Los pasa bajos los pensé con ganancia unitaria, ¿por qué aconsejás que el offset esté en el pasa altos?

De momento me quedé con la idea de usar 4 operacionales:

DAC => Seguidor => Pasa Altos (no inversor con ganancia de 2,2 veces) => Atenuador (potenciómetro) => Filtro pasa bajos 2do orden (lineal en 500kHz) => Filtro pasa bajos 2do orden (lineal en 500kHz).

El pin del potenciometro que sobra no lo dejes al aire, conectalo al pin central.

Ok.

 

[kiwhilario]

Los pasa bajos los pensé con ganancia unitaria, ¿por qué aconsejás que el offset esté en el pasa altos?

Es una cuestión mía (por orden), como para separar las etapas y no meter un potenciometro de offset junto a los filtros pasa bajas.

Se me ocurre también, utilizar un pasa altas en modo diferencial y ahi nomás introducir el offset y la ganancia.

Ahora, si separas el buffer y el pasa altos + offset en un tl072, luego podrias implementar un pasabajas de
orden 8 con un tl074, pero quizá no sea necesario tanto

Ahi nos comentas como avanza el proyecto, exitos!

 

[cosmefulanito04]

Es una cuestión mía (por orden), como para separar las etapas y no meter un potenciometro de offset junto a los filtros pasa bajas.

Se me ocurre también, utilizar un pasa altas en modo diferencial y ahi nomás introducir el offset y la ganancia.

Ahora, si separas el buffer y el pasa altos + offset en un tl072, luego podrias implementar un pasabajas de
orden 8 con un tl074, pero quizá no sea necesario tanto

Ahi nos comentas como avanza el proyecto, exitos!

Resultados del filtro, dejo su respuesta en frecuencia (baa.. más o menos) acá.