Filtro ingresso op amp

[BrunoValente]

Come vedi, la risposta dei due filtri è - soprattutto in fase - abbastanza diversa (al netto del fatto che sono entrambi passa-basso e che hanno la stessa frequenza di taglio)...

Sei sicuro? A me sembra che debbano avere la stessa risposta: le fasi dovrebbero essere identiche e le ampiezze dovrebbero differire di 6dB, visto che il secondo oltre che filtrare divide anche per 2.

Nel secondo di certo non stai guardando ai capi del condensatore, forse stai guardando tra l'ingresso e il morsetto in basso del condensatore.

[MarcoD]

Concordo con Bruno Valente. Il secondo filtro e' un circuito anomalo, la VUscita e presa fra il capo alto di C1 e massa. E' quello che volevi? Non credo.
E un passa basso seguito da un passa alto.
L'attenuazione massima e' 6dB. La fase prima scende verso -90 poi risale a zero. Se consideri una frequenza tendente a infinito si riduce a partitore divisore per due.

[rugweri]

Ammetto l'errore.
Mi dispiace

EDIT: ho rifatto i calcoli: quel circuito lì è effettivamente un passa-basso (tra l'altro - cretino che sono - l'avevo spiegato proprio qualche post prima), ma in LTSpice ho fatto rappresentare (come mi avete fatto notare voi, Bruno Valente e MarcoD) la tensione tra il condensatore e massa, e non quella ai capi del condensatore... ecco cosa succede ad essere disattenti

[IsidoroKZ]

Dopo concerto e cena, provo a tenere fede alla mia promessa.

Un resistore, anche se e` antinduttivo come deve essere in questo caso, ha comunque sempre una induttanza serie che ha, come minimo, un valore che dipende dalla lunghezza del resistore e come ordine di grandezza e`dalle parti di 1nH/mm.

Se fai passare una corrente I(s) attraverso un resistore reale hai una situazione di questo genere

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e la tensione V che si localizza ai capi del resistore vale . Uso le trasformate di Laplace perche' sono piu` semplici da usare delle eq. differenziali e tanto sto solo calcolando funzioni di trasferimento.

Oltre al termine voluto , c'e` anche il termine rompiscatole che e` un termine derivativo. Se la corrente sale linearmente leggo una tensione piu` alta di quella voluta, con un errore costante. Se c'e` un salto di corrente l'induttanza genera un picco di tensione molto alto, di valore pari a (sono tornato un attimo nel dominio del tempo perche' e` piu` facile da vedere l'extratensione).

Se non voglio questo termine di troppo, che essenzialmente e` uno zero di trasmissione dell'impedenza, devo aggiungere un polo per cancellarlo. Un modo semplice (e approssimato) per farlo consiste nel mettere un filtro passa basso RC in questo modo

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dove e` la tensione filtrata. Per far si` che il filtro non disturbi la misura, e` opportuno scegliere (notare i tre >), poi si fa in modo che la costante di tempo del polo introdotto dal filtro sia uguale alla costante di tempo dello zero introdotto dall'induttanza .

Con complicati passaggi matematici, uguagliando le due costanti di tempo si ottiene Se si sceglie a buon senso si puo` calcolare il valore della capacita` del filtro Con i valori di resistenza dello schema si vede che la stima dell'induttanza fatta e` dalle parti di 27nH e quindi il condensatore viene da 27pF.

Il circuito effettivo e` un po' piu` complicato perche' c'e` un ingresso differenziale, con due resistenze e un operazionale dietro. In questo caso per avere delle capacita` piccole, non rovinare la stabilita` dell'amplificatore, si parte da questa situazione e si divide la resistenza a meta`, mettendo in mezzo il condensatore.

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Se il condensatore fosse messo "piu` a sinistra", ad esempio con 1kohm e 19kohm, ci vorrebbe un condensatore piu` grande. Se fosse messo piu` a destra (19kohm e 1kohm) ci vorrebbe lo stesso condensatore piu` grande e in piu` si ridurrebbe la stabilita` dell'operazionale. In medio stat virtus dicevano i latini, e non avevano tutti i torti, anche se in qualche caso potrebbe essere desiderabile suddividere la resistenza in due parti non uguali (essenzialmente in presenza di disturbi accoppiati capacitivamente).

Piccolo post scriptum. Quanto ho detto a proposito del polo che cancella lo zero, e` sbagliato! Quella che ho mostrato e` una soluzione "intuitiva", che funziona, ma non proprio come l'ho raccontato. Se si scrive la funzione di trasferimento del primo schema, si ottiene una funzione del tipo



e con il valore di C indicato prima si ottiene



dove si vede che la lettura in continua e` giusta, e la transimpedenza vale R, ma c'e` un polo alla frequenza e quindi da qui si ricava un limite inferiore al valore di R1, che prima era semplicemente stato assunto molto maggiore di R. In pratica quasi qualunque scelta iniziale di R1 va bene. In questo caso il polo inaspettato e` a quasi 60MHz (sempre che si creda a questa formula e ci si dimentichi che ci sono TANTI altri effetti parassiti).

Infine ancora una nota. Il circuito iniziale e` un amplificatore differenziale fatto con un solo operazionale. Questo circuito e` abbastanza balordo da esaminare bene perche' ha gli ingressi a impedenze diverse e uno dei due ingressi ha un circuito equivalente che non e` semplicemente una resistenza ma e` una resistenza piu` un generatore di tensione .

Questo vuol dire che se si collegano "a capocchia" a ground uno dei due lati del generatore si ottengono delle prestazioni diverse perche' a quel punto entra in gioco l'amplificazione di modo comune (dovuta ad esempio alle tolleranze dei resististori), e, almeno io, non riesco a dire al volo se il circuito funziona ancora bene o no, devo fare i conti.

Per ulteriori dettagli bisogna invocare chi l'elettronica la sa davvero, ad esempio DirtyDeeds che mi aveva fatto notare questi problemi.

[Fabio992]

Direi che l'attesa è stata ricompensata

Intanto volevo ringraziare anche EcoTan per il consiglio.

Isidoro ho letto il tuo intervento e ho capito. Domani, vista l'ora, rileggo con più attenzione e assimilo.
Per ora ho solo una domanda.

Se la corrente sale linearmente leggo una tensione piu` alta di quella voluta, con un errore costante. Se c'e` un salto di corrente l'induttanza genera un picco di tensione molto alto

La variazione lineare di corrente mi torna. Approssimando le variazioni di corrente durante ciascun periodo di PWM credo possano essere più o meno lineari.

Una cosa così diciamo

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Invece con i "salti di corrente" a cosa ti riferisci?

[IsidoroKZ]

Mi riferisco all'andamento istantaneo della corrente misurata, dato che il segnale entra direttamente nell'amplificatore. Se non si mette il filtro come mostrato prima, quello che si ottiene sono queste forme d'onda

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La curva rossa e` la corrente "originale", la curva blu la caduta di tensione sulla parte resistiva del resistore, quella gialla la tensione derivata dovuta all'induttanza parassita, infine la somma delle due da` la curva verdognola, quella che viene letta dall'amplificatore differenziale senza il condensatore.

Qui sotto c'e` una simulazione fatta con la versione single ended del circuito. La resistenza di sense e` da .1Ω con 27nH in serie, cui segue il filtro passa basso con R1=10kΩ e condensatore da 27pF.

I colori sono gli stessi del disegno. Rosso la corrente, che va da 1A a 2A. blu la caduta di tensione sulla parte resistiva del resitore, giallo la caduta di tensione sulla parte induttiva, verdognolo la tensione complessiva che si misura sulla resistenza di sense. In marrone scuro, praticamente sovrapporto alla curva blu, c'e` la tensione dopo il filtro passa basso che toglie l'effetto della resistenza.

[Fabio992]

Oh, ora mi è tutto limpido.

Grazie un'altra volta

Oltretutto, ho trovato lo stesso circuito ( in realtà un po' diverso perché è nella configurazione che avevi menzionato come possibile con valori di resistenza diversi a destra e sinistra del capacitore ) anche qua

http://www.ti.com/tool/TIDA-00472#Technical%20Documents

che è un azionamento fatto dal TI.

Stavo provando a fare due conti sulla dev. board della microchip.... sempre che i miei non siano solo buoni propositi ma anche buoni conti.

Se non mi sbaglio il ponte dovrebbe essere alimentato a 24 V.

La derivata della corrente che scorre nel resistore dovrei poterla calcolare come dove L è l'induttanza dell'avvolgimento del motore. Prendo un valore che mette d'accordo tutti: 15mH.

Dovrebbe risultarmi una derivata di 1600.
Se teniamo valida l'ipotesi dei 27nH di induttanza dello shunt mi viene che la cdt sull'induttanza parassita è circa

Coi valori impostati per le varie resistenze il datasheet della board mi dice che ha una risoluzione di 67 microA/bit, cioè con un resistore da 0,1ohm.

Effettivamente sembra fare qualcosa il filtro.... ma mi può interessare davvero "compensare" variazioni di corrente così piccole?

[SandroCalligaro]

mi può interessare davvero "compensare" variazioni di corrente così piccole?

La cosa è relativa, se ho capito bene 43 uV / 6.7 uV corrisponde a circa 6.5 count, che non è niente.
La tua stima della derivata, poi, potrebbe essere un po' ottimistica, perché nella realtà ci saranno anche delle capacità parassite (switch, cavo, motore), per cui ci sarà oscillazione (ringing), e la derivata di corrente potrebbe essere molto più alta, in corrispondenza delle commutazioni (e poco dopo).

Nel controllo motore, in particolare, bisogna però fare attenzione a non filtrare troppo, per evitare di "distorcere" la corrente misurata, visto che in realtà si sfrutta la simmetria della PWM per campionare un'approssimazione della corrente media. Eventualmente si può ritardare il campionamento, per compensare il ritardo introdotto dal filtro.

Aggiungo solo una informazione veloce riguardo alla configurazione dell'opamp in differenziale con quel filtro in ingresso. Ha molti gradi di libertà, come è già stato detto. Con un solo stadio (un solo opamp) è possibile fare una misura perfettamente differenziale, scalarla, aggiungere un offset ed applicare un filtraggio del secondo ordine (potrebbe esserci infatti un condensatore anche sulla retroazione ed uno, per mantenere la "simmetria", verso massa).

[Fabio992]

La cosa è relativa, se ho capito bene 43 uV / 6.7 uV corrisponde a circa 6.5 count, che non è niente.
La tua stima della derivata, poi, potrebbe essere un po' ottimistica, perché nella realtà ci saranno anche delle capacità parassite (switch, cavo, motore), per cui ci sarà oscillazione (ringing), e la derivata di corrente potrebbe essere molto più alta, in corrispondenza delle commutazioni (e poco dopo).

Boh, se mi dici che ci importa di quei 430 microA non capisco perché, cioè mi pare un inezia, detto da un profano. Se mi dici che ci sono altri fenomeni che possono fare alzare la derivata allora ok mi trovi d'accordo che magari possa servire. Nella pratica che errore pensi si possa avere senza tale filtro?

. Con un solo stadio (un solo opamp) è possibile fare una misura perfettamente differenziale, scalarla, aggiungere un offset ed applicare un filtraggio del secondo ordine

Nel link che ho postato mi pare venga fatto proprio così in effetti

[SandroCalligaro]

Boh, se mi dici che ci importa di quei 430 microA non capisco perché, cioè mi pare un inezia, detto da un profano.

Come ho accennato, la valutazione dell'errore è relativa al fondo-scala di misura e, soprattutto, alla corrente nominale del motore. Ragionando sul fondo-scala della misura (suppongo che l'ADC sia a 12 bit, come per la maggior parte dei casi di controllo motore), posso dirti che in un sistema ben progettato il rumore sulla misura DC può essere anche solo di qualche count (2-3) picco-picco.