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