Модуль широкополосного цифрового усилителя-нормализатора ADC УПТ

Пределы входного сигнала определяются по формуле:

де Кф = 2,5; 25; 50 — фиксированные коэффициенты усиления (устанавливаются перемычкой на плате модуля), Кп = 1; 2; 5; 10; — программируемые коэффициенты усиления, ±2500мВ – входной диапазон собственного АЦП;

Тип программируемого фильтра нижних частот 8 порядка (Баттерворта, Бесселя или эллиптический Кауэра — установлен по умолчанию) — определяется пользователем.

Измеряемый сигнал с тензомоста ТМ проходит через мультиплексор MUX1, инструментальный усилитель ИУ1 с фиксированными коэффициентами усиления (Кф) 2,5; 25 или 50 (коэффициент выбирается перемычкой) и усилитель ПУ1 с программируемыми коэффициентами усиления (Кп) 1; 2; 5; 10.

С помощью мультиплексора MUX1 осуществляется выбор между измеряемым сигналом (Uвх), нулевым (калибровка нуля – вход инструментального усилителя закорочен на землю) и калибровочным сигналом. Калибровочный сигнал  формируется из напряжения питания тензомоста, поступающего по линиям обратной связи через буферные усилители БУ1 и БУ2, и используется при вычислении калибровочного коэффициента (Кк) для коррекции погрешности измеряемого сигнала от изменения напряжения питания тензомоста.

Компенсация сигнала, возникающего за счет разброса активных сопротивлений плеч тензомоста (балансировка канала), осуществляется подачей напряжения смещения (REF) на опорный вход инструментального усилителя ИУ1. Напряжение формируется с помощью программно управляемого цифрового потенциометра ЦП. Потенциометр запитывается напряжением, поступающим по линиям обратной связи питания тензомоста через резистивный делитель. Управление потенциометром осуществляется через последовательный интерфейс SPI (см. регистр DATA_SPI).

После усиления сигнал фильтруется. Для полосы частот 20 кГц используется фильтр нижних частот восьмого порядка ФНЧ1  на переключаемых конденсаторах с максимальным подавлением в полосе задержания 80 дБ. Частоты среза фильтра ФНЧ1 (Fc=2 Гц…20 кГц) устанавливаются программно изменением тактовой частоты дискретизации Fт=n*Fc, где n – постоянное целое число, равное 100 или 50 (см. описание регистра VARDIV_ENA и таблицу 6). Чтобы избежать наложения спектров измеряемого сигнала и тактовой частоты, на входе ФНЧ1 установлен непрерывный фильтр нижних частот Баттерворта 2-го порядка ФНЧ2 с частотой среза 35 кГц. Для снижения уровня шумов на выходе ФНЧ1 возможно подключение, на базе встроенного в микросхему ФНЧ1 операционного усилителя, непрерывного инверсного фильтра, имеющего характеристики ФНЧ2.  Коэффициент передачи ФНЧ1  в этом случае равен минус 1.

Для диапазона частот 100кГц применяется фильтр нижних частот ФНЧ3, который представляет собой фильтр Бесселя 2-го порядка с частотой среза 135 кГц. Фильтры ФНЧ2 и ФНЧ3 реализованы на микросхеме MAX275ACWP, значения частот среза в которой определяются внешними резисторами.

Фильтр ФНЧ3 выполняет функцию ограничения спектра входного сигнала для АЦП, так же как ФНЧ2 для ФНЧ1. С помощью мультиплексора MUX2 сигнал подается на буферный усилитель БУ3 либо с фильтра ФНЧ1 + ФНЧ2, либо с фильтра ФНЧ3, в зависимости от диапазона частот измерительного сигнала.

Выходное напряжение фильтров ФНЧ принимает значение в диапазоне от минус 2,5 В до +2,5 В. Для согласования с однополярным входом АЦП (0..+5 В) измеряемый сигнал после мультиплексора MUX2 через буферный усилитель БУ3 поступает на операционный усилитель смещения сигнала ОУ3. Напряжение смещения минус 2,5 В устанавливается с помощью схемы, включающей источник опорного напряжения Uref1, резистивный делитель и буферный операционный усилитель БУ4. При использовании внешнего АЦП с входным диапазоном ±10 В предусмотрено снятие напряжения смещения с ОУ3 и увеличение его коэффициента усиления при помощи перемычек (см. раздел 1.10).

Аналого-цифровой 14-разрядный преобразователь АЦП (AD9243AS) с параллельной шиной выдачи данных соединен с буферным накопителем FIFO, который служит для хранения и передачи данных на схему гальванической развязки ISO и далее на входы интерфейса шины VME.

Напряжение питания тензомоста датчика формируется от источника опорного напряжения Uref3. Далее с помощью масштабирующего усилителя МУ перемычками устанавливается номинап напряжения питания датчика (5 В, 10 В и 15 В). Опорное напряжение подается на следящий усилитель мощности УМ, схема которого реализует четырехпроводное подключение тензомоста датчика к источнику питания (+Uпм, -Uпм, +Uос, -Uос). Следящий усилитель мощности сравнивает напряжение обратной связи (+Uос, -Uос) с опорным, стабилизируя величину напряжения питание тензомоста.

Тестирование измерительного тракта (TEST) осуществляется шунтированием смежных плеч тензомоста (относительно вершины питания) при помощи прецизионных резисторов и мультиплексора MUX3.

Источник питания ИП вырабатывает напряжения ±5 В и ±15 В с помощью гальванически развязанных от источника питания шины VME (плюс 5В ) преобразователей DC/DC.