Traslatore di livello a +/- 2,5V segnale 0 - 5V

Ho un modulo front-end che genera un segnale (ECG) che varia da +/- 2,5 V. Voglio spostare questo segnale su 0 - 5V. Qual è il modo migliore per farlo? Sarebbe un amplificatore sommando come il circuito di seguito abbastanza buono? Con R1 = R2 = 2.5V e V1, V2 = mio segnale, V3 = V4 = GND

Summing Amp

level-shifting

— Govind m
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Risposte:

La prima cosa da provare è un semplice sommatore resistore, senza opamp. Ma è chiaro che questo non funzionerà qui: una vipera resistenza attenua sempre il segnale, e abbiamo bisogno di un di amplificazione 1. $\times$

inserisci qui la descrizione dell'immagine

Questo è un amplificatore sommatore non invertente. Penseresti che dobbiamo semplicemente aggiungere 2,5 V, ma ce l'hai? Suppongo che tu abbia 5 V, quindi usiamolo e vediamo dove ci porta. Se abbiamo -2.5 V sul ingresso Vin all'ingresso non invertente dovrebbe essere zero se desideri 0 V out, indipendentemente dai valori di R3 e R4. Quindi R1 e R2 formano un divisore di tensione, e R2 dovrebbe essere due volte R1 per ottenere 0 V.

Quindi dobbiamo trovare l'amplificazione, che è determinata da R3 e R4:

$A_V = \dfrac{R3 + R4}{R3}$

$\times$

Potremmo utilizzare i seguenti valori:

R1 = 10 kΩ
R2 = 20 kΩ
R3 = 20 kΩ
R4 = 10 kΩ

Avrete bisogno di un RRIO (rail-to-rail I / O) opamp se si vuole il potere, se da una singola alimentazione di 5 V.

— stevenvh
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Grazie per il tuo circuito, ma trovo che devo dare 2,5 V a R2 invece di 5 V affinché il cambio funzioni. Non so perché sia così. Ma il circuito funziona

— govind m

@govindm - No, il calcolo dice 5 V :-). Sei sicuro di non aver usato gli stessi valori per R1 e R2?

— Stevenvh,

Oops scusa Steven, stupido errore da parte mia. Avevo scambiato r1 e r2. Sono felice di confermare ancora una volta (nella storia della civiltà umana) che i calcoli NON mentono.

— Governo

Ecco un modo per farlo:

Spostamento di livello

Il divisore resistivo fornisce 1,25 V all'ingresso non invertente. Questo può essere sostituito da un riferimento di tensione dedicato se lo si desidera. Avrai bisogno di un opamp di uscita rail to rail.

Ecco una simulazione:

Level Shift Sim

Notare che l'impedenza di ingresso è definita da R3, quindi potrebbe essere necessario aumentare questo (e R2 dello stesso) o buffer se la sorgente è ad alta impedenza. Si noti inoltre che l'uscita si sta invertendo.

Ecco un metodo non invertente come riferimento anche:

Spostamento di livello non invertente

E la simulazione ("to_adc" è la tensione di uscita):

Spostamento di livello senza inversione

Il circuito sopra non invertito è un po 'come il tuo amplificatore sommatore.
L'amplificatore di somma che mostri ha comunque un problema, i resistori di guadagno invertiti mostrati non correggeranno per il divisore. È necessario (R1 + R2) per la resistenza di retroazione.
Quindi guadagno è uguale ((R1 + R2) / R2) + 1.

Ecco un esempio di come dovrebbe apparire (i suffissi aeb servono solo a rendere felice SPICE):

Somma del cambio di livello

Nella simulazione puoi vedere l'opamp + IN che oscilla da 0 V a 1,25 V, quindi ha bisogno di un guadagno di 4 per l'uscita da 0 V a 5 V. Poiché R1c e R1d sono in parallelo, otteniamo 50k. Quindi (150k / 50k) + 1 = 4.

Simulazione sommatoria di spostamento di livello

— oli Glaser
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Sono curioso, come ha fatto si taglia C2?

— jippie

In realtà non l'ho dimensionato per questa domanda particolare, è un residuo di uno schema precedente che ho adattato per questa risposta (l'ho lasciato in quanto è sempre una buona idea avere un piccolo cappuccio su Rf per prevenire l'oscillazione, ma non l'ho fatto voglio andare più in dettaglio in quell'area) Tuttavia, come mostrato, la larghezza di banda sarebbe 1 / (2pi * C2 * (R1 + R2)) -> 1 / (6.28 * 100e-12 * 150e3) = ~ 10.6kHz. Per un elettrocardiogramma, la larghezza di banda potrebbe essere ridotta molto di più.

— Oli Glaser,

Grazie per la tua risposta dettagliata. Ho appena provato il tuo circuito non invertente, ma sembra che mi sia imbattuto in qualche problema. Anche se il segnale di ingresso oscilla da -2,5 a 2,5 V, l'uscita dell'amplificatore oscilla solo tra 1 V e 3,3 V, non so cosa stia succedendo. Sto usando LM358AN

— govind m

L'LM358 non è un opamp rail to rail, in particolare l'uscita non oscilla fino a + 5V anche se dovrebbe raggiungere il suolo. Anche l'ingresso non è rail to rail. Inoltre, se l'impedenza della sorgente è elevata (ad es.> 5k), sarà necessario bufferizzare il segnale prima di inviarlo al cambio di livello.

— Oli Glaser,

Ho anche provato OPA333 - che secondo il foglio dati è "output rail to rail entro 3mV", con lo stesso risultato. Forse è un problema con l'impedenza di ingresso allora? Proverò ad aggiungere un follower di tensione ..

— govind m