Przesunięcie poziomu sygnału +/- 2,5 V do 0 - 5 V.

Mam moduł front-end, który generuje sygnał (EKG), który zmienia się od +/- 2,5 V. Chcę przesunąć ten sygnał na 0 - 5 V. Jak najlepiej to zrobić? Czy wzmacniacz sumujący taki jak poniższy obwód jest wystarczająco dobry? Przy R1 = R2 i V1 = 2,5 V, V2 = mój sygnał, V3 = V4 = GND

Wzmacniacz sumujący

level-shifting

— govind m
źródło

Odpowiedzi:

$\times$

wprowadź opis zdjęcia tutaj

To nieodwracający wzmacniacz sumujący. Można by pomyśleć, że po prostu musimy dodać 2,5 V, ale czy macie to? Zakładam, że masz 5 V, więc skorzystajmy z tego i zobaczmy, dokąd nas to zaprowadzi. Jeśli mamy wejście -2,5 V na wejściu Vin, wejście nieodwracające powinno wynosić zero, jeśli chcesz 0 V na wyjściu, niezależnie od wartości R3 i R4. Tak więc R1 i R2 tworzą dzielnik napięcia, a R2 powinien być dwa razy R1, aby uzyskać 0 V.

Następnie musimy znaleźć wzmocnienie, które jest określone przez R3 i R4:

$A_V = \dfrac{R3 + R4}{R3}$

$\times$

Możemy użyć następujących wartości:

R1 = 10 kΩ
R2 = 20 kΩ
R3 = 20 kΩ
R4 = 10 kΩ

Będziesz potrzebował opampa RRIO (Rail-to-Rail I / O), jeśli chcesz zasilać z jednego źródła zasilania 5 V.

— stevenvh
źródło

Dziękuję za twój obwód, ale uważam, że muszę podać 2,5 V na R2 zamiast 5 V, aby zmiana mogła zadziałać. Nie jestem pewien, dlaczego tak jest. Ale obwód działa

— govind m

@govindm - Nie, obliczenia mówią 5 V :-). Czy na pewno nie użyłeś tych samych wartości dla R1 i R2?

— stevenvh

Ups, przepraszam Steven, głupi błąd z mojej strony. Zamieniłem r1 i r2. Z przyjemnością potwierdzam raz jeszcze (w historii ludzkiej cywilizacji), że obliczenia NIE kłamią.

— govind m

Oto jeden ze sposobów, aby to zrobić:

Przesunięcie poziomu

Dzielnik rezystancyjny dostarcza napięcie 1,25 V do nieodwracającego wejścia. W razie potrzeby można to zastąpić dedykowanym napięciem odniesienia. Będziesz potrzebował opampa wyjściowego od szyny do szyny.

Oto symulacja:

Poziom Shift Sim

Uwaga: impedancja wejściowa jest zdefiniowana przez R3, więc może być konieczne zwiększenie tego (i R2 o to samo) lub bufora, jeśli źródło ma wysoką impedancję. Zauważ też, że wyjście jest odwracane.

Oto również nieodwracająca metoda odniesienia:

Przesunięcie poziomu Nieodwracające

I symulacja („to_adc” to napięcie wyjściowe):

Przesunięcie poziomu nieodwracające

Powyższy obwód nieodwracający przypomina trochę twój wzmacniacz sumujący.
Wystąpił problem ze wzmacniaczem sumującym, który pokazuje, że odwrócone rezystory wzmocnienia nie poprawią dzielnika. Potrzebuje (R1 + R2) na rezystor sprzężenia zwrotnego.
Więc zysk równa się ((R1 + R2) / R2) + 1.

Oto przykład tego, jak powinien on wyglądać (sufiksy aib mają tylko na celu zadowolenie SPICE):

Podsumowanie przesunięcia poziomu

W symulacji widać opamp + IN waha się od 0 V do 1,25 V, więc potrzebuje wzmocnienia 4 do wyjścia 0 V do 5 V. Ponieważ R1c i R1d są równoległe, otrzymujemy 50k. Tak więc (150k / 50k) + 1 = 4.

Sim sumujący przesunięcie poziomu

— Oli Glaser
źródło

Jestem ciekawy, jak oceniłeś rozmiar C2?

— jippie

Właściwie nie dopasowałem go do tego konkretnego pytania, jest to pozostałość z poprzedniego schematu, którą dostosowałem dla tej odpowiedzi (zostawiłem to, ponieważ zawsze dobrym pomysłem jest mieć małą pułapkę na Rf, aby zapobiec oscylacjom, ale nie zrobiłem tego chcę przejść bardziej szczegółowo w tym obszarze) Jednak, jak pokazano, szerokość pasma wyniesie 1 / (2pi * C2 * (R1 + R2)) -> 1 / (6,28 * 100e-12 * 150e3) = ~ 10,6 kHz. W przypadku EKG przepustowość można znacznie zmniejszyć.

— Oli Glaser,

Dziękuję za szczegółową odpowiedź. Właśnie wypróbowałem twój obwód nieodwracający, ale wydaje mi się, że napotkałem jakiś problem. Mimo że sygnał wejściowy waha się od -2,5 do 2,5 V, moc wyjściowa wzmacniacza waha się tylko między 1 V a 3,3 V, nie wiem, co się dzieje. Używam LM358AN

— govind m

LM358 nie jest opampem szynowym, a konkretnie moc wyjściowa nie waha się aż do + 5 V, choć powinna sięgać ziemi. Sygnał wejściowy również nie jest szyna. Ponadto, jeśli impedancja źródła jest wysoka (np.> 5k), konieczne będzie buforowanie sygnału przed wysłaniem do manetki poziomu.

— Oli Glaser,

Próbowałem także OPA333 - który zgodnie z arkuszem danych to „wyjście szyny na szynę w granicach 3 mV”, z tym samym rezultatem. Może to problem z impedancją wejściową? Spróbuję dodać ogranicznik napięcia ..

— govind m