請教模擬電路跟數位電路之間該如何連接?

yuchiuan

各為大大好 , 我最近在抓取信號上遇到了問題, 我透過OP放大器做了一個放大500倍的電路, 然後透過分壓10倍的方式傳給Arduino 讀取值後 顯上到LCD上
但是我不懂為什麼當我的Arduino 的電源連接上後, 整個信後就從平順的0v 瞬間炸出了相當高的雜訊,
是因為模擬地跟數位地沒有適當的連接嗎? 還請大大提點一下  謝謝

測量訊號

毛刺

前面平平的是arduino 未搭上op電路的前的樣子, 後面炸毛的部分是arduino 電源搭上op電路後, 信號就整個炸毛了

阿明先生

下面是版主線路圖，裡面的主動式高通濾波器，圖裡面的R電阻的阻值假如太小，負回授量太少，會產生高頻寄生振盪，或是臨界於振盪邊緣，某一高頻率的雜訊會很大，加大R電阻，或是去除R電阻，讓這一高通濾波器的電壓增益小於1，比較穩定雜訊小。

運算放大器本身都會有微弱的電流雜訊，版主線路沒標示電容及電組的值，不曉得你的高通濾波器的高頻分頻點，從什麼頻率開始分頻提升放大，假如放大器只放大很高頻率，接近運算放大器的電流雜訊的這一高頻，這麼多級運算放大器500倍，又有高通濾波器提升高頻率，高頻率增益很大，示波器看到高頻雜訊很多也是合理。



補充內容 (2020-12-2 10:17 AM):
樓下yesjarmail講接地，我也講一下地，單晶片及運算放大器的電源地，跟類比訊號的地要獨立分開，訊號輸入端的地，不要有電源電流經過，這一線路的類比輸入端是高阻抗，要遠離單晶片石英振盪。

ysc

輸入跟op迴路都是交流訊號吧？
所使用的Arduino類比轉換輸入可以處理正負電位的交流訊號？

jojoling

同樓上，相位？

完整電路加元件型號比較好查。

jojoling

5v gnd 直接跳拉到arduino ，採星狀拉法。

yesjarmail

類比地與跟數位地要分開為2種地,特別在500倍這麼大的放大倍率的電路,要注意數位電路的零件及layout路徑不要穿過甚至靠近類比電路,否則會被OP放大的,再來每個OP IC的 v+,v-都要加104電容,愈靠近IC愈好,還有7812,7912,7805都要有自已的濾波電容

gsm7

模擬電路是大陸那邊的稱法，台灣這邊翻譯成類比電路。

我猜樓主是用麵包板搭的線路，有沒有猜對？

簡單算一下，先不看相位什麼的問題，那太深入了。放大500倍的滿電壓假設是3.3V，那最
低電壓就是 6.6mV，不到 10mV 的程度。找一台數位電錶開到交流檔輸入，什麼都別碰放
著看看，最後一位是不是會亂跳？我手中這台 15B+ 的黃皮錶，光用手拿著有時候都能跳到
100mV 去了。什麼意思呢？

雜訊很可怕的！低雜訊是個硬話題。

一般為了省麻煩，PCB 用最少四層板，有兩個電源平面，那這問題就變得簡單了。如果是
為了省成本而改雙層甚至單層，那這個挑戰就大得多了。這個上面已經有人提到其中原則。

這個問題一般來說，發問者得先把 spec 列出來。不然就只能講一些原則性的東西或推薦一
些相關的書籍。麵包板做直流分析或音頻實驗是 OK  的，再上去就顯得力有未逮。


Signals and Systems 2nd Edition
by Alan Oppenheim (Author), Alan Willsky (Author), with Hamid (Author)

我以前用來打基礎底子的入門書，但在這之前還需要微積分與工數的底子才能讀得順。
讀完之後才有機會進入實務方面 (類比線路) 的書籍。我同學在這門課上超過九成陣亡……


說到這個，講一個人生感想：

以前在學校不管實務的東西直接就上基礎理論，這樣問題也是很大。多數人不知為何而戰？
現在先碰實務的東西，發現出了問題，搞不通，這個時候再回頭去看理論的東西就知道為什
麼了。這樣能主動學習，效率就很不一樣！大學四年的東西，厲害點的四個月就能搞定。

tonysun

除了前面大家提過的之外，補充二點:

最後一級電路設計有誤。這一級的直流輸入電位是浮動的，因此，會處在一個很不穩定的狀態。治標的方式是在交連電容後接一電阻下地。或者你也可以改設計。

既然用了濾波器，訊號應該是交流訊號，提醒你每一次 A0 進行 ADC 讀到的是交流波形其中的某一點，因此，你必須很快速的讀取到波形中的夠多點，才能夠判斷出原來波形的參數。否則的話，就要先做整流濾波，轉成穩定的直流固定數值，才容易讀取。

建議把具體零件數值，輸入訊號特性，想要讀取的輸出訊號等說出來，或許會發現其他的問題，或者大家會有更好的建議。

如果仍然還有什麼疑問，可以繼續發問。

SIMON1016

講不完   你先將 各區電路  電源/OP/Digi繪成簡化區塊   各區塊 電源/GND 進出路徑  
GND電流路徑   先進哪  出來後又去哪  繪出
示波器 探針接地   實際又夾在哪
不勾探針  只夾其接地  還有嗎

yuchiuan

阿明先生 發表於 2020-12-1 10:54 PM
下面是版主線路圖，裡面的主動式高通濾波器，圖裡面的R電阻的阻值假如太小，負回授量太少，會產生高頻寄生 ...

不好意思 回覆晚了 阿明大大, 這兩天板子剛到忙著組機器, 關於filiter 的詳細數值 是這樣的,放大增益1

filter

第一級放大

first op

第二級放大

sec op

第三級反向>>送往buffer

thre op

arduino 訊號讀取點

pool

小弟剛踏入這行, 目前也只懂著邊抄邊學 目前是想把客戶的機器訊號讀出來利用 沒想到沒有這麼簡單....
不好意思  還請大大多多指點 謝謝

yuchiuan

ysc 發表於 2020-12-1 11:09 PM
輸入跟op迴路都是交流訊號吧？
所使用的Arduino類比轉換輸入可以處理正負電位的交流訊號？ ...

是有做一些處理 沒有辦法直接讀 光電壓差就不行了

yuchiuan

jojoling 發表於 2020-12-1 11:12 PM
同樓上，相位？

完整電路加元件型號比較好查。

不好意思 回覆晚了
電路我文章無法編輯, 我就放在下方了 , 關於元件..  主要是使用OP177這類的IC

能請教一下,什麼是星狀拉法?

yuchiuan

yesjarmail 發表於 2020-12-2 04:40 AM
類比地與跟數位地要分開為2種地,特別在500倍這麼大的放大倍率的電路,要注意數位電路的零件及layout路徑不要 ...

不好意思 回覆晚了
目前測的實驗電路是7812, 7912,7805的地都直通在一起獨立一塊板,

power

類比電路也是獨立一塊板,數位電路也是一塊板,之間只有電源跟地線 跟信號線會跨板, 應該是沒有太接近
類比地跟數位地我試著用磁珠去隔沒用,
op的IC 是每一級都需要v+v- 拉104到模擬地嗎? 起初在測模擬電路時有放,可是沒感覺到差異,為了擠空間拿掉了

jojoling

yuchiuan 發表於 2020-12-4 01:30 AM
不好意思 回覆晚了
電路我文章無法編輯, 我就放在下方了 , 關於元件..  主要是使用OP177這類的IC

How to Use a Star Ground for Mixed Signal Grounding
https://resources.altium.com/p/h ... l-ground-connection

yuchiuan

gsm7 發表於 2020-12-2 11:18 AM
模擬電路是大陸那邊的稱法，台灣這邊翻譯成類比電路。

我猜樓主是用麵包板搭的線路，有沒有猜對？

不好意思 回覆晚了
是的,是用麵包板搭線, 光是手接近或是搭到板子 和 式波器的測式棒纜線搭到桌面就會有干擾了
做了二層板電路 還容易出現echo, 四層板那電源有3種電壓+地友分類比跟數位, 不太懂這在四成板的上下兩層怎麼去分配? 目前都因為價錢的關係都使用雙面板 便宜又快交件

yuchiuan

tonysun 發表於 2020-12-2 12:53 PM
除了前面大家提過的之外，補充二點:

最後一級電路設計有誤。這一級的直流輸入電位是浮動的，因此，會處在 ...

hi tony 大大 不好意思回覆晚了
我會試試看拿個1M的電阻來下地看看,

A0讀取的方式的確是有整流成穩定值,要動態讀取這太難了,我現在光是連搭上個電源就炸毛了 連讀A0都沒辦法

我想讀取a0然後做個delay time 去釋放指針...
具體零件數值也附於回文中了,請原諒我沒有每個回覆都貼上 謝謝

yuchiuan

SIMON1016 發表於 2020-12-2 01:47 PM
講不完   你先將 各區電路  電源/OP/Digi繪成簡化區塊   各區塊 電源/GND 進出路徑  
GND電流路徑   先進哪 ...

simon 大大 不好意思 回覆晚了
我有把比較詳細一點的電路 分區了
但 各區塊的電源/GND 進出路徑 GND電流路徑 我有點無法理解,
示波器探針是連接GND ,沒有特別去夾某個GND點

yuchiuan

jojoling 發表於 2020-12-4 01:42 AM
How to Use a Star Ground for Mixed Signal Grounding
https://resources.altium.com/p/how-to-use-a-st ...

jojo 太棒了 感謝指點
彷彿看見了一塊浮木 我來讀讀

xiaolaba

Arduino 先用電池供電再來測 雖然用電池記得還是要加退歐電容

tonysun

yuchiuan 發表於 2020-12-4 01:59 AM
hi tony 大大 不好意思回覆晚了
我會試試看拿個1M的電阻來下地看看,

就新上的圖，繼續提供一些意見，請研參

「arduino 訊號讀取點」這個圖看來的目的是要作一個全波整流，且輸出值可以自動鉗位在電源電壓附近，但這樣的接法有好幾個問題

2SK246 是 N-Ch JFET，目前只要 SIGNAL5 OR SIGNAL6 任何一個輸入ˋ夠低，就可以令所接的 JFET 截止，
到底要多低呢? 根據 datasheet , 截止到 Igs=0.1uA 的電壓 Vgs(cutoff)=-0.7~-6.0V ，雖然機率不是很大，但如果拿到的 FET 恰好所需 Vgs 太大，會難以截止，

只要 C34 充電到電源電壓，由於沒有放電途徑，SIGNALBUF 永遠=VCC

註: 數位輸入端基本上是高阻抗，有的可以開啟內部 pull-up ，(有的MCU 接腳有內部 pull down ，但一般較少)

假設加上 pull down 後

又如拿到的 JET 沒有截止問題，根據SIGNAL5/6兩個反相訊號情況又有兩種情況:

訊號夠大，總有一個導通, SIGNALBUF 輸出永遠 HIGH
訊號夠小，接近0V，兩個都不導通，SIGNALBUF 被 pull down LOW
但如果在中間值，FET半導通與pull down相互拉鋸，電壓在中間值，這樣子的數位輸入，會增加 MCU 的耗電，一般不建議。不過也有治標方式，可以把輸入pin設成類比模式，讀取電壓值，就沒有這問題。

不知道這樣的電路結果是否與期望相同?

其他建議:
可以先做整流(全波或半波)，做一RC濾波，再接比較器(可加一些遲滯hysterisis，如同數位電路的舒密特觸發)，輸出先接限流電阻再以ˋ4.7V zener 把電壓鉗位到 -0.6~+4.7(+/-5%) 可再接一限流電阻至MCU數位輸入ˋ

如果輸出要鉗得更準，RC濾波後分壓，令其不會超過 0~5V, 再接使用 5V電源且是軌對軌rail-to-rail輸出的比較器

yesjarmail

yuchiuan 發表於 2020-12-4 01:41 AM
不好意思 回覆晚了
目前測的實驗電路是7812, 7912,7805的地都直通在一起獨立一塊板,

op的IC 每一級都需要v+v- 各拉104電容到op輸入的類比地,愈近愈好就放在ic的兩旁

如果你用的是Orcad 畫電路軟体而用來洗這個PCB板,你那個類比接地符號AGND最好換另一種接地符號,因為通常Orcad會將它視為相同網路而接在一起,這可以去看電路的.NET網路圖是否如此(可以看AGND網路有幾個接在一起,及跟誰接)

你那個7805電源板的地線AGND錯了,它是 "數位地" 不是類比地

windata

xiaolaba 發表於 2020-12-4 09:28 AM
Arduino 先用電池供電再來測 雖然用電池記得還是要加退歐電容

我去查了退歐電容，呃…新天地？

剛才想了一下，退耦電容/去耦電容啦！

yuchiuan

tonysun 發表於 2020-12-5 11:54 AM
就新上的圖，繼續提供一些意見，請研參

「arduino 訊號讀取點」這個圖看來的目的是要作一個全波整流，且 ...

首先感謝 tony 大的回覆

2SK246 是 N-Ch JFET，目前只要 SIGNAL5 OR SIGNAL6 任何一個輸入ˋ夠低，就可以令所接的 JFET 截止，
到底要多低呢? 根據 datasheet , 截止到 Igs=0.1uA 的電壓 Vgs(cutoff)=-0.7~-6.0V ，雖然機率不是很大，但如果拿到的 FET 恰好所需 Vgs 太大，會難以截止，

這裡的FET 是充當二極體整流使用, 我不太清楚您說的截止是指ds之間的夾斷阻抗嗎?

只要 C34 充電到電源電壓，由於沒有放電途徑，SIGNALBUF 永遠=VCC

實際上c34會 漸漸的漏電, 完整電路上的確有一個控制放電的電路,但這有bug 所以我想用單晶片去換掉

註: 數位輸入端基本上是高阻抗，有的可以開啟內部 pull-up ，(有的MCU 接腳有內部 pull down ，但一般較少)

假設加上 pull down 後

又如拿到的 JET 沒有截止問題，根據SIGNAL5/6兩個反相訊號情況又有兩種情況:

訊號夠大，總有一個導通, SIGNALBUF 輸出永遠 HIGH
訊號夠小，接近0V，兩個都不導通，SIGNALBUF 被 pull down LOW
但如果在中間值，FET半導通與pull down相互拉鋸，電壓在中間值，這樣子的數位輸入，會增加 MCU 的耗電，一般不建議。不過也有治標方式，可以把輸入pin設成類比模式，讀取電壓值，就沒有這問題。

在讀取時有透過一顆opa07 做buf 隔離訊號源, 然後單晶片是使用類比引腳讀取的,所以應該是沒有誰會去把BUFF的電給拉低,

目前發現僅僅是寫個LED閃爍的程式 然後連接到這個類比電路上 訊號就會出現刺... 我越來越覺得可能是我的類比電路的抗干擾太弱了

yuchiuan

yesjarmail 發表於 2020-12-5 05:29 PM
op的IC 每一級都需要v+v- 各拉104電容到op輸入的類比地,愈近愈好就放在ic的兩旁

如果你用的是Orcad 畫電 ...

op的IC 每一級都需要v+v- 各拉104電容到op輸入的類比地,愈近愈好就放在ic的兩旁

了解

如果你用的是Orcad 畫電路軟体而用來洗這個PCB板,你那個類比接地符號AGND最好換另一種接地符號,因為通常Orcad會將它視為相同網路而接在一起,這可以去看電路的.NET網路圖是否如此(可以看AGND網路有幾個接在一起,及跟誰接)

是用ad9畫的 ,目前還不懂拉地的知識...  只知道要連在一起電路才能工作,連了又會互相影響...

你那個7805電源板的地線AGND錯了,它是 "數位地" 不是類比地

我一直以為7805是類比ic 所以才將他跟AGND連在一起, 如果是數位地不是也是要連在一起嗎?

阿明先生

版主這樣發問，一個人提供一個方法給你參考，我是覺得這樣問好像是在亂槍打鳥，你還是要學會排除電子電路異常的流程及方法，找出雜訊有些流程，把單晶片的電源關閉，只剩類比放大電路動作，把類比電路運算放大交連電容去除，示波器看各自運算放大的雜訊有沒有異常，然後一個一個交連電容慢慢恢復包括單晶片電源，恢復過程中，會不會兩交互影響產生更大雜訊，後端雜訊合理變大是正常，因為它把前端雜訊放大，前端放大雜訊是否變大，是否被後端影響變大，變大的雜訊是否合理，找出那一個影響產生雜訊地方，然後真對這地方有重點發問。


還是不瞭解你的類比訊號特性及頻寬，根據你需要的頻寬設計放大器，不必要放大的頻率去除不放大，只放大你需要頻率，減少其他頻率雜訊干擾讓放大更穩定。


LCD要顯示什麼？交流訊號峰值或有效均值，或是像示波器一樣，把訊號波形顯示，還是要顯示輸入訊號的頻譜，單晶片要做快速離散傅立葉轉換，功能不一樣，類比放大也會不太一樣，難度不一樣，找出適合最低難度的方法。

yesjarmail

yuchiuan 發表於 2020-12-6 04:28 AM
了解

會說你的7805的地是數位地,是要看你的應用面在那,你的電路應用是提供5V給MCU(數位電路),因數位電路只有Hi/Lo 2種狀態,當Lo變Hi(正緣)及Hi變Lo(負緣)時,它是非常高頻的EMI干擾,你可能想像MCU裡有多少組電路同時以 以不同頻率Hi/Lo交換著,就好像一群人在地板上下跳著,這一定會造成不同頻率的地板震動,而這地板就是數位地

而這時候你將這數位地及類比地接在一起,就像你硬將一個快速強烈震動的地板接合於一穩定的另一地板,被接合的地板一定會受到一樣的快速強烈震動,這時候即使將你的類比電路輸入接地Vin=0v,你輸出不會是0v,而是一樣 的高頻干擾電壓,是因為所謂電壓多少V都是參考地線的相對電壓,而你的類比電路地線接在數位地線一直在浮動

將磁珠插入2個地線中間作隔離,就好像在2地板中間插入一避震器一般作避震隔離,但要得到好效果的話就要先知道有多少種干擾?每種干擾它的頻率在那?

tonysun

yuchiuan 發表於 2020-12-6 04:18 AM
首先感謝 tony 大的回覆

這裡的FET 是充當二極體整流使用, 我不太清楚您說的截止是指ds之間的夾斷阻抗嗎 ...

啊，是我想多了，那天匆促間想成D接到+5V，我還有些納悶，這麼tricky的鉗位電路你怎麼會想到的...

如果只是整流，剩下提到的+/-15V到+5V訊號的準位變換問題還是要解決

先把外接硬體移除，測試好LED閃爍程式，再逐步接上

另外提醒一點，不可把超過該IC電源電壓範圍的訊號接到MCU或其他任何IC上，除非特定的那個接腳有說明可以容許或容忍較高電壓。 進一步說，超過範圍的電壓可能會造成流向VDD或VSS的過大電流，大到一定程度會使IC發生閂鎖現象(如果想了解，可查此關鍵字 Latch-up)

如果對IC或任何零件的使用有疑問，可查閱 datasheet

Microsky

单点接地，也就是星形地。因增益较高，从Buffer到最终OP-OUT的整个路径须屏蔽，汇入单点地。如果还不行，逐级对地短接，看问题出现在哪一级，排除不良元件。