OSM_Fom

Добрый вечер, товарищи электронщики. Мне нужна ваша помощь, т.к. сам похоже не справляюсь (что поделаешь, я всего-лишь жалкий разработчик ПО а не электроники).

Вообщем, есть устройство, аналоговое и весьма чувствительное к качеству питания.
Устройство электродами цепляется на кожу человека, поэтому оно должно быть физически изолировано от электросети/корпуса ПК и т.д.

Устройство обменивается данными с программой (моей разработки) на компе. Соответственно необходимо обеспечить изолированное питание и изолированную передачу данных.
Для данных используются оптроны 6N137 и успешно справляются со своей обязанностью.
Остается питание.

Сейчас (в прототипе) используется DC/DC конвертер PEAK P6CU-0512. Все вроди-как работает, но есть одно но: он шумит, и шум убрать у меня не получается.

При питании от Li-ion батареи я получаю отличный чистый сигнал и красивый график. Но при питании от DC/DC я получаю... Вообщем смотрите вложения.

По выходу конвертера стоит танталовый конденсатор на 100 мкФ - это максимальное рекомендуемое производителем значение.

Добавление в цепь плюса (VCC) pi-фильтра (47 мкгн + 1.0 мкФ керамика) ситуацию не меняют.

Вообщем меня интересует как можно максимально приблизиться чистоте батарейного питания.
Заранее спасибо за ваши ответы.

UPD: Добавил схему. P1-P3 и P2-P4 это кабель, соединяющий адаптер и устройство. От +5V запитываются оптроны.




http://**************************/download/file.php?id=22789&sid=8975a57222e570dc6ea7dff50aef9532


http://**************************/download/file.php?id=22788&sid=8975a57222e570dc6ea7dff50aef9532

@tykdym

Я так скромно пропищу тут... ) Если известна скорость обмена по интерфейсу, может быть с этим что-то можно сделать? Например, программная фильтрация входного сигнала? И вторая, более радикальная глупая мысль -- если уж Вы прицепляли батарею и устройство работает, значит есть вероятность (из-за нехватки информации), что оно потребляет скромно. Дешевый выпрямитель... ну, самый такой обыкновенный, со сглаживающими конденсаторами и, уж если совсем, дросселем между ними не выход? Часто в аудиотехнике именно так и поступают. И тут это может быть оправдано, в виду того, что помехи могуть фигачить по разным дорогам. Как сам преобразователь, который наводит помехи "в эфир", так и по цепям питания...
Я знаю, что меня сейчас отлупят крутые дядьки и вообще, такой вариант не комильфо, но смотря сколько сил и времени Вы затратите на войну с помехами. А программная фильтрация применяется, например, во многих промышленных ПЛК...
Все советы сложно квалифицировать в этом случае -- это чай по телефону. Надо все видеть, трогать, тыкать осцилографом, а лучше смоделировать и отладить, а потом уже поять... Может проблема, например, в паре дорожек на плате или, будете смеяться, но помехи пропадут, если преобразователь поставить "на ребро". Или пару виточков кабелем сделать на ферритовом колечке... кхм. Если есть тут ОДИН рабочий вариант -- с батареей... Ну, Вы меня понели... ))

0

OSM_Fom

Если-бы все было так просто... Программная фильтрация не катит - в устройстве используется ASIC (специализированная микросхема), в которой находятся:
<ul><li>операционные усилители;</li><li>АЦП (12 бит);</li><li>логика для обработки оцифрованного сигнала;</li><li>вероятно, еще много чего интересного, например ИОН (источник опорного напряжения).</li></ul>
Логику работу микросхемы я поменять не могу, а если ей что-то не нравится (она "видит" шум во входном сигнале), то она попросту перестает выдавать нужные мне значения.
Значит остается один вариант: сделать так, чтобы ей всё нравилось.

Батарейное питание это хорошо, но стоит задача сделать так, чтобы криворукие юзеры никогда не лазили менять батарейки.

@tykdym

Не, не БАТАРЕЙНОЕ. Отключить импульсник, поставить "классический" блок питания. Трансформатор- мост-стабилизатор... Помехи -- нет такой науки, есть опыт! ) С наступающим!

0

@Sitym

Думаю. в таком случае можно применить следующий вариант:
- есть БП (всё равно какой - импульсный, "классический"...)
- на выходе БП стоит релюшка, за ней аккумулятор, работающий в буферном режиме (для герметичных гелиевых аккумуляторов для UPS есть такой режим - просто напряжение чуть выше номинального, но ниже. чем при "интенсивной" зарядке)
На время измерений релюшка отключает БП и прибор питаеться только от аккумулятора. После измерений аккумулятор снова подключается и подзаряжается.
Я по такому принципу питания делал примитивный UPS для приёмничка (брал аккумулятор на 6В для фонариков с приёмником). Правда, в моём случае я БП не отключал вовсе. Просто при пропадании напряжения в сети приёмник тут же питался от батареи.

Правда, батарею всё равно раз в 3-4 года менять придёться... Но можно это отнести к сервисным услугам.

0

@Sitym

...всё равно не дают на выходе ровную линеечку по напряжению... Либо городить батарею из конденсаторов.
ИМХО - проще уж будет вариант с аккумулятором в буферном режиме и отключением БП (по совместительству зарядное) на время измерений.

0

@tykdym

Штож это за такой девайс, который от классического БП работать не будет? Тогда это указывает на нестабильность схемы и ее надо радикально переделать. Поймите, "устойчивость" -- важнейший критерий. Это будет глючная и капризная дамочка, на которую Вы убьете кучу времени и сил, а она все равно нормально не заработает.
Огромная батарея конденсаторов на выходе стабилизатора ничего не изменит. Есть некий предел, когда увеличение емкости теряет смысл. И со "скромными" емкостями работают достатчно чувствительные устройства. Тут проблема сложнее, и в ней участвует и стабилизатор напряжения собственной персоной и его "обвес" в виде конденсаторов, фильтров и прочих железок.
Импульсные блоки питания сами по себе являются источниками помех (мы не об этом говорим всю дорогу?) и от них отказываются, часто, например, в радиостанциях, аудиотехнике, медицинском оборудовании, прецизионных системах сбора и обработки информации.
Я совсем запутался. Смотрите. Импульсник -- это ВЧ помехи. Классический стабилизатор -- это отсутствие помех. И там и там присутствует "не совсем" постоянное напряжение в смысле пульсаций. Вопрос, насколько это "плохие" пульсации?
Я знаю одного горе-конструктора, который спаял устройство, с той самой огромной батареей конденсаторов. Это похоже на то, что если прикрутить к двигателю сверху цистерну машинного масла, то он проработает в стопицот раз дольше.
Я понимаю Вас, поскольку сам, в том числе "жалкий программер" в прошлом. Поэтому пытаюсь расписать что-то с другой стороны -- со стороны железа.
Все-таки, что это за такое устройство, которое не хочет работать при низкочастотной пульсации НАПРЯЖЕНИЯ (а не килогерцовых помехах) величиной в милливольты? Может, на свалку тогда? ))

0

@sobokymk

Довольно сложная тема))
При снятии кардиограммы, электроды отведений(мед.термин) устанавливаются в определенных точках тела.
Длина электродов - до 2м и всё шевелится, шуршит, электрически шумит и норовит отвалиться))))
Величина потенциалов съёма - порядка 1мВ, а частоты записи - от 0 до 250 импульсов в минуту.
Врач при расшифровке кардиограммы учитывает амплитуду и форму сигнала, стабильность и скорость нарастания сигнала, наличие и отсутствие характерных "зубцов" на рисунке диаграммы.
По этим параметрам ставится диагноз и рекомендуются методики лечения.
Всякие посторонние шумы серьёзно могут исказить данные для постановки диагноза.
В современной схемотехнике электрокардиографов обязательно присутствие аналоговых и цифровых фильтров для входных сигналов на частотах, кратных частотам импульсных помех питающей сети.
Возможность включения и выключения фильтров обязательно присутствует в основной группе ручек\клавиш на передней панели прибора. Обычным делом является присутствие выбора заградительного фильтра на 25, 30 и 50 герц. Число одновременно записываемых диаграмм - от 3 до 12 кривых стандартно, но на продвинутых моделях возможно и большее число записываемых кривых.
Примерно такая же картина существует при снятии электроэнцефалограмм головного мозга, но там число электродов отведения и записываемых кривых - до 100.

Если вскрыть корпус среднестатистического современного электрокардиографа, то можно увидеть, что модуль питания сделан по низкочастотной трансформаторной схеме с многочисленными фильтрами по входу и выходу, с экранировкой всего транса пермаллоем или сталью.
Цепь зарядки и питания от аккумулятора тоже содержит фильтрующие элементы.
Модуль цифровой обработки сигнала заключен в отдельную экранирующую коробку.
Модуль входных усилителей и разъем подключения кабеля пациента с электродами отведений, тож, весь в экране.
Единственный элемент без экрана - принтер с механизмом протяжки буниги))

0

@SVM

Без экранированной кабины устранить помеху очень сложно.

0

@tykdym

sobokymk -- вот прям не в бровь, а в глаз! Я, грешным делом, и думал, что сами электроды "шумят", поскольку на том конце человек, который шевелится. По-хорошему, при создании такого рода устройств, разведением помех занимается отдельный инженер... Но DC/DC преобразователь -- это египетская казнь для такого прибора. Именно, именно -- экранированный БП, с фильтрами и пр., причем под конкретную задачу! Смотря какие частоты там бегают, какие милливольты считываются... Даже питание с аккумулятора -- эмммм... Первое, что приходит в голову, это то, что аккумулятор-то надо подзаряжать. Соответственно в процессе, на нем и будет тот же "расколбас" -- он же от сети, пардон, подзаряжается?
А вообще... Кхм, если уж быть слишком умным, то надо анализировать саму плату. Как там, например, земли развели. Аналоговую и цифровую. Парочка дорожек от аналоговой части, пробегающая над цифровой, запросто может понапихивать в ОУ кучу помех. И хоть обэкранируйся... Даже тема блокировочных конденсаторов тут... Я мрачно знаю, что любой мобильник или вай-файка (2.4 ГГц), очень замечательно наводит кучу помех именно из-за классической емкости 0.1. Там надо праллельно лепить пикофарадные кондеры. Еще и с хорошим диэлектриком...

И по поводу съема параметров... Все знают, что если можно расположить усилитель, как можно ближе к датчику, а по линии пускать уже усиленный сигнал...... Эххххх....

Короче, перестаю я писать комменты на эту тему. Как я говорил -- чай по телефону. Тем не менее, оставляю еще мааааленький шанс программной фильтрации входного сигнала. Только, видимо, классика жанра -- метод наименьших квадратов и т.п. тут не прокатит... )

0

@titrysh

Так конденсатор между землями, как уже советовали, пробовали ставить? И еще интересно есть ли заземление у устройства?

0

Sootirtob

Слушай, я тебе помогу, точно знаю, что нужно сделать, но изучив то что нарисовано, честно говоря просто бред...
Ты задачу поставь четко, я схему на коленке тебе нарисую и все прокомментирую.

Задача типа:
Есть активный (т.е. с питанием, наверное 3В и током потребления... мА с двумя землями цифра и аналог) датчик у которого есть бортовой контроллер с uartom, который должен быть соединен с основным прибором на скорости ... кб/с через гальваническую развязку на расстоянии ... метров;
Так?

@IT_Exp

вместо аккумов можно ионисторы. А транс конечно лучше 50гц, правильно вам советуют. дело даже не в кач-ве питания - проблема в помехах и наводках на измерительные цепи. и экранировать измерительную часть надо хорошо

0

OSM_Fom

Отпишусь на всякий случай, может кому-нибудь пригодится мой опыт:

Победил шум. Проблема была в емкостной связи через обмотки DC/DC конвертера.
Опытным путем было установлено, что шум увеличивается при увеличении емкости между "землей" адаптера (читай ПК) и изолированной.

Решил отказаться от заводского DC/DC конвертера (т.к. неизвестно что у него внутри), и собрать источник изолированного питания самостоятельно.
Заказал MAX253, и к ней в комплект два вида трансформаторов, HALO TGM-240NSRL и VOGT (Sumida) II1304042101.
Получил детальки, собрал всё на макетке, и начал тестировать.

На HALO результат был так-себе (но шум был меньше чем на заводском конвертере), т.к. он тоже имеет тороидальную конструкцию.
На VOGT все пошло замечательно, т.к. трансформатор имеет классическую конструкцию (две отдельных кольцевых обмотки на сердечнике, типа как в обычном сетевом блоке питания).

Поиграв с фильтрами и номиналами конденсаторов, удалось добится результатов на уровне батарейного питания.

@Шурик

Вот, кстати, спасибо! Ставим галочку и берём на заметку.

0