Veilig externe analoge sensoren inlezen

Sine

Moderator

Op 10 augustus 2019 20:24:56 schreef ohm pi:
[...]Oké, doe ook maar een R-etje in de basis (en de C'tjes van blackdog), maar of Q1 een PNP of NPN is is niet belangrijk, want Q1 is een noninverterende emittorvolger.

Hmm, je hebt gelijk, zoals getekend moet het ampje andersom.

Maar NPN of PNP het maakt wel degelijk verschil, als je een een NPN in zet zou hij zo goed staan.

Angaben sind wie immer ohne Gewähr.
High met Henk

Special Member

nieuwe poging in bijlage. :)

blijft de vraag voor de banden druk sensoren staan ;)

to all newbies: RTFM/D of google eens (p.s. RTFM/D = Read the f*cking manual/datasheet).
Shiptronic

Golden Member

Ik heb eventueel een SDR stick voor je ;)

Wie de vraag stelt, zal met het antwoord moeten leren leven.
High met Henk

Special Member

Wasda? Software defined radio weet ik, maar hoe het werkt en wat ik ermee moet...
GEEN IDEE......

das VOODOO
https://proxy.duckduckgo.com/iu/?u=https%3A%2F%2Ftse3.mm.bing.net%2Fth%3Fid%3DOIP.ui7AsfUr66zhq25zakcBeAHaE7%26pid%3DApi&f=1

to all newbies: RTFM/D of google eens (p.s. RTFM/D = Read the f*cking manual/datasheet).

Op 10 augustus 2019 21:32:54 schreef rwk:
Edit2: max neg. spanning op de ingangen is -0,2V zou met de juiste schottky net kunnen.

EDIT: ik had me vergist in het typenummer; LMV324 ipv LM324.
0.3V volgens de datasheet van TI. Op de eerstvolgende regel staat "Input Current (VIN < −0.3 V)(3): 50mA". Dat is de reden dat ik blijf hameren op de weerstand tussen de zenerdiode en de ingang van de opamp; die gaat niet stuk van een te lage spanning, die gaat stuk van een te grote stroom door de basis-collector diode van de eerste transistor. Nu vind ik 50mA wel erg veel, ik zou de weerstand uitleggen op 1mA ongeveer, en met een 5.6V zenerdiode is 1k dus ruimschoots genoeg, terwijl dat geen noemenswaardige invloed heeft op het signaal.

Mij een raadsel waarom HmH dit blijft negeren.

Overigens zou ik er ook een pull-up weerstand in ontwerpen, die je standaard niet plaatst, maar dan heb je de mogelijkheid om open-collector sensoren te gebruiken, of NTCs die aan de ground zitten, dan hoef je niet te compenseren voor de spanningsval van de diode in serie met de voeding.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken
High met Henk

Special Member

@ sparky: er zit toch een weerstand tussen, of ben ik nu gek??

Vanaf sensor ingang is dat het 1e wat ik tegenkom.. Die is om de stroom te beperken naar de zener. Daar achter zit de c, jouw seriediode en de zener en de buffer op-amp. Ik zie niet in hoe daar nu nog een negatieve spanning kan komen en/of een grote stroom gaat lopen...

De pull-up is nog wel een idee idd..

to all newbies: RTFM/D of google eens (p.s. RTFM/D = Read the f*cking manual/datasheet).

Ik zeg toch niet voor niets tussen de zener en de opamp? Die zener gaat niet exact bij 5.6V onbeperkt veel stroom voeren zonder dat de spanning stijgt, en als de ingang negatief wordt zou er 0.7V over de zener vallen, terwijl die interne diode van de opamp bij 0.2V al gaat geleiden. Middels die extra weerstand zorg je ervoor dat de zenerdiode het zware werk doet, en niet per ongeluk toch de zwakke interne diodes van de opamp.

Ik zie nu dat ik me eerder vergist had; je hebt het over de LMV324, terwijl ik naar de datasheet van de LM324 (zonder V) zat te kijken. Dan gaat dat verhaal over 50mA door die interne diode dus niet op; bij deze is de maximale stroom niet gespecificeerd, dus die zou ik heel klein houden.

[Bericht gewijzigd door SparkyGSX op 11 augustus 2019 08:41:05 (20%)]

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken
High met Henk

Special Member

Ik zie niet in hoe de spanning daar negatief kan worden. Dan is de halve pcb al verbrand... Dan zou de gnd opgetild moeten worden..

De sensor kant kan nooit negatief worden. Er is namelijk geen negatieve spanning aanwezig.. Voor inductie spanningen ben ik op de sensor bekabeling niet zo bang.

[Bericht gewijzigd door High met Henk op 11 augustus 2019 08:46:27 (25%)]

to all newbies: RTFM/D of google eens (p.s. RTFM/D = Read the f*cking manual/datasheet).

Indrukwekkend schema, maar wat ik mij afvraag, zijn dat allemaal dezelfde sensoren die dezelfde resolutie hebben? want alle opamp ingangen zijn gelijk.

LDmicro user.

Lees de ISO-7637 eens, daar staat in beschreven wat je kunt verwachten in een auto.

Toegegeven, ik ben gewend aan "lightning induced transcients" uit de luchtvaart, dat is herhaaldelijk +/- 300V met een bronimpedantie van 1 ohm.

Echter, feit blijft dat de spanning over die zener groter wordt dan 5.5V, en je wilt die zener hoog genoeg kunnen kiezen dat het lekken geen problemen veroorzaakt.

Waarschijnlijk gaat het in de praktijk wel goed, omdat je maar één exemplaar bouwt, maar als het gaat om een ontwerp waarvan je duizenden gaat produceren en die vele jaren moeten werken wordt ook een kleine faalkans erg kostbaar.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken
High met Henk

Special Member

@mgp: ik kan in deze config door weerstanden aanpassen vrijwel elke config gebruiken. Door de pull-up van sparky wordt dat nog breder.

@sparky als er 12V op komt, komt er door de seriediode toch nooit meer als 5V op??

to all newbies: RTFM/D of google eens (p.s. RTFM/D = Read the f*cking manual/datasheet).

Waarom zou dat zijn? Die diode in serie met de ingang van de opamp gaat gewoon in geleiding, dus daar valt ongeveer 0.7V over. Het grote nadeel van die diode is dat je moet compenseren voor zijn spanningsval, die temperatuur en stroom afhankelijk is. Er loopt zo weinig stroom door de ingang van de opamp dat het minder zal zijn dan 0.7V, en niet perse constant. Daarbij kun je signalen kleiner dan die spanningsval helemaal niet meten.

Ik zie het nut van dat ding ook niet in, zeker als jij stelt dat de spanning nooit negatief kan worden.

Overigens zou ik daar niet op rekenen, als de ground van je schakeling los komt terwijl de 12V wel aangesloten blijft gaan je ingangen negatief.

[Bericht gewijzigd door SparkyGSX op 11 augustus 2019 10:08:36 (12%)]

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken
High met Henk

Special Member

Het hele nut van het ding is icm. De zener dat ik nooit meer dan 5 v krijg. Ik verlies 0.7 over de diode. Maar idd, dan lever ik onderste bereik in... Das weer jammer.
Wellicht toch een 5.1 zener nemen?? Dan moet ik wel de lek daardoor compenseren.

Het ding krijgt minimaal 4 gnd aansluitingen (3 kabels en zeker 4 bevestigingen met bouten. Een gnd lift ben ik dus echt niet bang voor

to all newbies: RTFM/D of google eens (p.s. RTFM/D = Read the f*cking manual/datasheet).

Op 11 augustus 2019 09:49:36 schreef High met Henk:
@mgp: ik kan in deze config door weerstanden aanpassen vrijwel elke config gebruiken.

Volgens mij niet, voor een niet inverterende versterker ontbreekt er toch een weerstand aan de -ingang naar de GND om elke config te kunnen maken.

Maar zo makkelijk kom je er niet vanaf, je zult voor elke sensor een geschikte ingangsschakeling moeten maken.

LDmicro user.

Volgens mij vraag je naar het beveiligen van de ingangen. 1 van de dingen waar je tegen kan / moet beveiligen is dat de ingang negatief wordt. Dan kan je zeggen: ik denk dat dit onwaarschijnlijk is. Maar nu ben jij degene die zegt dat het wel losloopt en anderen aanraden er voor te beveiligen.

Dus... Je zener aan de ingang beveiligt ook tegen negatieve spanningen op de ingang. Alleen: de werkelijke ingang krijgt nog steeds zo'n -0.7 te verwerken als de zener z'n werk doet. Dus: het is verstandig om nog even te kijken of je daar niet wat aan kan doen. Ofwel componenten gebruiken (opamp) die daar tegen kan, of misschien op een andere manier de spanning boven de -0.2V houden.

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/

@rew: precies. Boven de -0.2V houden kan eenvoudig door de stroom te beperken, die opamp heeft wel interne diodes.

@HmH: leg nou eens uit hoe die diode ervoor zou moeten zorgen dat je geen 12V op de ingang kunt krijgen?

De weerstand en zener beperken het wel tot minder dan 12V, maar alsnog meer dan de 5.5V die je opamp leuk vindt.

Het lekken van die zener is temperatuur afhankelijk, dus compenseren is niet triviaal.

Het enige wat je hoeft te doen is die diode te verwijderen en een weerstand toevoegen na de zener. Als je wilt kunt versterken heb je nog één weerstand nodig van de inverterende ingang naar de ground, die 0R weerstand doet niets nuttigs, ook niet als je hem groter maakt.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken
blackdog

Golden Member

Hi die Henk :-)

Ik heb het een en ander even op papier gezet na het lezen van dit topic en de datasheet van de LMV324.
De LMV 324 is alleen "Rail to Rail" aan de uitgangs en natuurlijk ook niet perfect hierin,
maar als je een 5V referentie gebruikt voor de ADC heb je waarschijnlijk niet te veel problemen met de ingang en uitgang offsets.

http://www.bramcam.nl/HMH-01.png

Hoe heb ik het nu opgezet...
De rode weerstanden zij er voor om je breik in te stellen als nodig.
Heb je geen gain nodig dan is R1 en R5 doorverbonden, R2 en R4 plaats je niet.
Er zijn dus meerdere combinaties hier mogelijk, kan je zo programmeren voor jouw sensors.

Je kan zien dat ik bij de +ingang van de opamp Max +4V heb geplaatst in het schema.
De LMV324 kan niet naar de volle 5V voedingspanning gebracht worden!

De beveiliging
Deze zit al in je IC :-)
Het enig wat ik heb gedaan is er voor zorgen dat de stroom in of uit de +ingang binen een redelijke waarde blijft.
De diodes ter beveiliging in opamps en andere active logica kunen tussen 10 en 25mA hebben.
Ik begrens destroom hier met de weerstadn R3 van 1oK, dit beperkt de stroom naar de ingang bij +12V tot ruim onder 1mA.
Deze weerstand mag ook nog naar 22K gebracht worden, alleen wordt de fout van de bias stroom dn ook 2x zo hoog.
Na wat rekenwerk vond ik 10K aan aardige waarde.

Dan C2, deze werkt als Low Pass samen met R3, hierdoor ziet de ingang van de opamp nooit snelle pulsen en maakt de beveiliging nog degelijker.
De weerstand R3 van 10K zorgt er ook voor dat sommige electronische sensoren de 0,1uF niet als belasting zien, een anatal kunnen daar niet tegen.

ik zou twee voedings rails kiezen, één voor de sensoren en één voor de opamps.
Iedere LMV324 krijgt een 0,1uf ontkoppeling en de voedingslijk een 470uF ontkoppel condensator.
Samen met de 5,1V zener D1 zorgt dit er voor dat de voeding voor de opamps niet snel "gelift" kan worden bij calamiteiten.

De voedingsrail voor de sensoren (hier aleen als "5V" uitgevoer komt uit een eigen 5V regelaar.
Door de serie Schottky diode is daar geen 5,1V zener nodig, wel heb ik een kleine elco geplaatst om de AC impedantie hier laag te houden.

Daar ik nog steeds niet weet welke sensoren je allemaal gaat gebruiken, kan ik het niet optimaal maken, als it al mogelijk is. :-)

Misschien helpt dit schema je een beetje.

Greot,
Bram

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"

@Blackdog, een extra weerstand aan de ingang naar de + zou nog beter zijn, dan vervalt in vele gevallen de voedingsspanning naar de sensor, goed bij NTC, PTC ed.
Dan heb je nog veel meer mogelijkheden.

LDmicro user.

10-25mA DC (dus voor onbepaalde tijd) vind ik erg hoog, zeker voor moderne analoge en digitale IC's.

Het ligt eraan waartegen je wilt beveiligen; voor ISO 7637 compliance is dit aan de magere kant, maar zoals ik al zei is dit, voor een enkel exemplaar zonder veiligheidsfuncties waarschijnlijk goed genoeg.

In principe is R3 overbodig, want je hebt de impedantie van R1 en R2 al, die je toch moet rekenen voor de kantelfrequentie, maar soms wil je een signaal en beetje belasten, waardoor je R1 en R2 kleiner zou moeten maken dan je zou willen voor het filter en de opamp. Ik zou wel de optionele pull-up weerstand toevoegen.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken
blackdog

Golden Member

Hi MGP,

Ik heb het er even bij getekend, aan de gebruiker is het om het wel of niet te gebruiken. :-)

SparkyGSX
R3 Is altijd nodig, je hebt geen idee wanneer de weerstanden R1, R2 en/of R7 gebruikt worden.
R3 en C2 zijn de basis van de beveiliging samen met de ingebakken dioden, wat mij betreft altijd toepassen.

Groet,
Bram

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"

Beter een TVS nemen i.p.v. een zener, lagere lekstroom en vele malen sneller (< 1nS)

Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - www.arcovox.com

Als R2 niet geplaatst wordt moet R1 simpelweg 10k worden, als je wilt delen door 2 maak je zowel R1 als R2 20k, zodat de impedantie alsnog op 10k uitkomt. Het theorema van Norton zegt dat R3 niet nodig is, tenzij je de ingangsimpedantie lager wilt kunnen maken, dan heb je een extra variabele en dus een extra weerstand nodig om aan alle eisen tegelijk te kunnen voldoen (ingangsimpedantie, RC constante, DC uitgangimpedantie, en spanningsdeling).

Ik vind het echter een slecht idee om zwaar op de eigenschappen van de ESD diodes te vertrouwen terwijl de fabrikant dat geen specificaties van opgeeft.

@Arco: snelheid is niet belangrijk, daar je hebt een RC filter die de stijgtijd beperkt. Een TVS heeft een vrij groot gebied tussen de spanning waar hij gegarandeerd niet geleidt en de spanning waarbij hij gegarandeerd wel in geleiding gaat. TVSen zijn inderdaad snel en kunnen kortstondig waanzinnig veel vermogen opnemen (tientallen kW gedurende honderd microseconde, voor grote exemplaren), maar dat zijn eigenschappen waar je in deze situatie juist geen gebruik van maakt.

[Bericht gewijzigd door SparkyGSX op 11 augustus 2019 12:41:45 (42%)]

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken
blackdog

Golden Member

Hi,

Ik heb nog even gezocht naar een andere opamp die wat beter is.
Natuurlijk kost deze meer, 3,15€ bij Reicheld en dat is de LMC6484.
Deze heeft pico Ampere bias stromen zodat b.v. R3 makkelijk naar 47K kan in het begewerkte schema.
Ook de voeding is max 15V van dit IC, zodat er wat minder vlak tegen de max voeding van de LMV324 aan gewerk hoeft te worden.
De Offset is lager en zowel de ingang als de uitgang is RR.

Bij deze LMC6484 wordt gespecificeert de stromen in of uit de de ingangen te beperken tot max 5mA.

Er zullen wel meer toepasbare opamps zijn, maar mijn tijd is nu op. :-)

Groet,
Bram

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"
High met Henk

Special Member

@blackdog:

Dank u, enkele vragen:

weerstand tussen terugkoppeling en gnd: vermoed dat je hier een comperator mee wilt bouwen? Dat heeft imo weinig zin met een admux en adc erachter, maar misschien zie ik het verkeerd.

Verder de zener in de voeding van de op-amp snap ik niet zo goed... Wat is de functie bij een seperate voeding voor de op-amp (wat ik trouwens goed idee vind)

Maar hoe kom ik dan weg met 12v op de ingang?? De interne clamping van de op-amp gaat dit opvangen zo??

Edit 15V is te weinig in automotive, mijn lm324 mag 30v en was o. A. Daarop uitgelegd

to all newbies: RTFM/D of google eens (p.s. RTFM/D = Read the f*cking manual/datasheet).
blackdog

Golden Member

Hi Arco,

De elco van 470uF zort er al voor dat er geen snelle signalen op de +5V opamp voedingsbus kunen optreden.
De 5,1V zener zal waarschijnlijk al een beetje gelijden bij 5V voeding, dat is nu eenmaal niet anders en omdat het er maar om 1 gaat. kan je die best selecteren voor dit project samen met de gebruikte 5V regelaar.

Maar ervaring is dat TVS dioden nog onnauwkeuriger zijn dan zeners, kan het, jazeker maar doe het niet voor de snelheid, want daar is het niet nodig zoals al uitgelegt.

SparkyGSX
Natuurlijk weet ik dat bij bepaalde combinaties van een ingangs circuit R3 zo kunnen worden wegelaten.
Voldoende ervaring gehad met dit soort schakelingen om er voor te kiezen dat mijn basis veiligheid er altijd is.
Hier hoeft niet op een weerstand te worden gekeken, en de impedantie hoeft ook niet precies 10K te zijn maar liever niet lager.
Bij mijn opset wordt er altijd aan de basis veiligheid voor de ingang voldaan onafhankelijk van het weerstands netwerk aan de ingang.

Groet,
Bram

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"