onda quadra da controllo digitale e alim variabili

[DrCox]

Ciao,

consideriamo il seguente schema

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dove si ha un generico blocco con un segnale di ingresso Vi ed una uscita Vo.
Le tensioni di alimentazione sono variabili:
- variabile tra 1.5V e 5V
- variabile tra 0V e -2.5V
Il segnale di ingresso e' un'onda quadra da 0 a 1.8V.

Scopo:
ottenere in uscita un'onda quadra di ampiezza 100mV centrata attorno a .

Con alimentazione fissa non ho grandi problemi a farlo (schemino semplice basato su LDO + singolo transistor). Ma il fatto di avere alimentazioni variabili (e poter passare da configurazioni unipolari come 0-3V a configurazioni duali come -2.5V / +2.5V) mi sta incasinando.

Vorrei avere qualcosa con minor possibile occupazione di area e consumo energetico, ma per cominciare mi basta un'idea che almeno funzioni poi in un secondo momento posso pensare all'ottimizzazione.
Avete una topologia da consigliarmi?

Ciao

[elfo]

1)
2)

Scegliendo arbitrariamente il valore di R1 dalla 1) e dalla 2) si ricavano I valore di R2 e R3

Caveat: il circuito funziona (?) se:

- il generatore di Vi ha Rout=0 ed e' "bidirezionale" (genera e assorbe corrente)
- l'ingresso cui e' collegato Vo ha impedenza infinita
- non ci sono vincoli sulla terminazione del segnale (es: occorre che venga mantenuta una impedenza costante (50 ohm?) in ingresso e/o uscita
- l'assorbimento di corrente del partitore R2,R3 e' accettabile ai fini del consumo

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[DrCox]

Grazie per la risposta.

Per la questione segnale di ingresso, direi che posso mettere un opamp come buffer per disaccoppiare le cose.

Questione power: vorrei stare sotto il 1mW totale. Questo richiede di usare resistenze grandine (es. ordine di grandezza 10k). Svantaggio? come carico piloto un elettrodo la cui impedenza puo' essere attorno ai kohm (modellabile come cella RC), ergo non di ordini di grandezza superiore alle resistenze del circuito, ha un effetto sul punto di lavoro.
Hai un suggerimento su come ovviare questo problema?

Inoltre, il segnale Vi non lo uso continuamente, ma solo a tratti. Pertanto idealmente vorrei consumare molto meno di 1mW quando Vi sta a zero

[elfo]

Provo a rispondere con alcune domande (ho fatto un mix tra vari punti dei tuoi post)

Con alimentazione fissa non ho grandi problemi a farlo (schemino semplice basato su LDO + singolo transistor)

Sarebbe interessante vedere lo schema (anche di principio)

Vorrei avere qualcosa con minor possibile occupazione di area e consumo energetico

posso mettere un opamp come buffer

vorrei stare sotto il 1mW totale

Queste affermazioni non le comprendo - un opamp (in generale) richiede alimentazioni aggiuntive e "consuma"

elettrodo la cui impedenza puo' essere attorno ai kohm (modellabile come cella RC)

Sarebbe utile sapere le caratteristiche del generatore 0 - 1.8 V e il valore della capacita' C

un'onda quadra di ampiezza 100mV

Che caratteristiche di "velocita'" ha l'onda quadra (frequenza, rise/fall time)?

In funzione del tuo progetto originario e delle ulteriori info che ci fornisci potrebbe essere che sia necessaria una soluzione totalmente differente da quella del post [2]

[DrCox]

Queste affermazioni non le comprendo - un opamp (in generale) richiede alimentazioni aggiuntive e "consuma"

La sorgente e' un GPIO di un micro, quindi in teoria assorbe ed emette corrente. Diciamo che voglio comunque stare sicuro, per questo pensavo che un opamp configurazione buffer mi potrebbe aiutare (alimentandolo senpre tra DVDD e DGND).

Che caratteristiche di "velocita'" ha l'onda quadra (frequenza, rise/fall time)?

50Hz, 1us. La velocita' non e' un fattore critico. Posso anche rilassare il constraint sul volere una onda quadra, mi starebbe bene pure una sinusoide, una trapezoidale, o cose cosi. Di default all'uscita vogllio avere fissi (VDD+Vss)/2, ed ogni tanto, quando attivo quel segnale 0-1.8V (che altrimenti e' piantato a GND) avere un segnale ampio circa 100mV sovrapposto al (VDD+VSS)/2


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Nota aggiuntiva.
La soluzione [2] prevede di avere un segnale di che oscilla tra (VDD+VSS)/2 e (VDD+VSS)/2+100mV.
Ho necessita' di avere sempre il valor medio centrato con mid supplies, quindi devo andare:
da (VDD+VSS)/2 - 50mV, a (VDD+VSS)/2 + 50mV

Ulteriore nota:
non mi sembra che la soluzione in [2] generi l'output desiderato per ogni configurazione delle supply. Ad es con VDD=2V e VSS=0V ottengo un'onda tra 1V e 1.1V (lasciamo perdere per un attimo il fatto che non e' centrata al mid supplies, ma sta a mid supply solo nel caso Vi=0), che ci sta... con alimentazioni duali VDD=2.5V e VSS=-2.5V oscilla tra 0.139V e 0.239V

[DrCox]

Possibile idea alternativa:

stadio 1: voltage divider con resistenze molto grandi (e.g. 1MOhm) tra VDD e VSS, seguito da opamp inseguitore. In uscita ho una tensione a mid supply

stadio 2: opamp configurazione sommatore, sommando l'uscita dello stadio 1 con il segnale 0-1.8V, giocando con i pesi delle resistenze?

[elfo]

ma sta a mid supply solo nel caso Vi=0), che ci sta... con alimentazioni duali VDD=2.5V e VSS=-2.5V oscilla tra 0.139V e 0.239V

Hai ragione.

Ho necessita' di avere sempre il valor medio centrato con mid supplies, quindi devo andare:
da (VDD+VSS)/2 - 50mV, a (VDD+VSS)/2 + 50mV

La soluzione del post [2] potrebbe essere modificata come in Fig. 1a in cui il condensatore C (dimensionato per la frequenza inferiore di interessse) disaccoppia la tensione "meta'" e assicura la simmetria dei 100 mV rispetto alla stessa tensione.

Volendo introdurre - come proponi - un opamp vediamo il circuito di Fig. 1b

- Le resistenze per stabilire la tensione "meta'" - come giustamente scrivi - possono avere un valore elevato (> 1 Mohm) per ridurre il consumo del partitore

- l'attenuazione della Vi 0 - 1.8 V viene realizzata con il partitore R1 e R4 per non dover utilizzare per R1 valori "troppo grossi" (decine di Mohm)

- la tensione continua di ingresso (tensione "meta'") di ingresso all'opamp varia tra +2.5 V e -1.25 V

- L'opamp - se alimentato tra le tensioni VDD - VSS (per poter gestire in ingresso tensioni "negative" ) deve poter lavorare tra tensioni 1.5 V e 7.5 V e, ovviamente, consumare "poco".
Componenti con queste caratteristiche non sono comunissimi: es. LM10 (storico - lavora tra 1.2V e 40V versione NON L), LT1635 1.1 -14, LT6003, LT6003 1.6 - 16. Esistono altri prodotti che pero' lavorano tra 1,6V e 5,5V

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[DrCox]

La tua seconda soluzione mi convince.
L'unica cosa che mi disturba e' il partitore verso DGNG: cosi facendo non mi ritrovo ad iniettare un bel po di rumore su DGND? O sbaglio?
E se oltre a C1, che mi permette di avere il pin v+ dell'opamp bello tranquillo a mid-supply nel caso in cui Vin sia spento, mettessimo una ulteriore capacita' prima di R1, chiudendo poi R4 non su DGNG ma su AGND?



In alternativa, cosa ne pensi di questo? (che mi piace comunque meno della tua, per via di dover usare un opamp in piu')

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?

[elfo]

Non comprendo la funzione della resistenza da 1kohm nel post [8] (e' collegata tra i due ingressi dell'opamp che sono idealmente alla stessa tensione e quindi nella resistenza non scorre corrente).

Mi sembra che il circuito possa essere semplificato come nello schema seguente:

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[IsidoroKZ]

Non comprendo la funzione della resistenza da 1kohm nel post [8]

Aumenta la stabilita` e l'effetto della tensione di offset Entrambi di poco, visti i valori dei componenti!