Форум: Техническая поддержка

Добрый день!

Столкнулся с нелогичным поведением LTR22 3D985078, 3D985077. На диапазоне 10В при положительной перегрузке входа признак перегрузки не выставляется, сигнал обрезается на уровне +11.5 В.

Нет, конечно, формально все в рамках ТУ, никакой «перегрузки разрядной сетки АЦП» нет, коды на «полочке» меньше 28000. Наверняка сигнал ограничивается диодами защиты. Но какой смысл растягивать входной диапазон АЦП до 13.5В? На мой взгляд, это неправильно: или диапазон АЦП должен быть уже, или диодное ограничение при большем напряжении...

Здравствуйте, Игорь.
1. С одной стороны, действительно, диапазон ограничения входного сигнала на поддиапазоне "10 В"  LTR22 может не охватывать уровни порогов срабатывания признаков перегрузки - эта особенность не описана в документации, но неисправностью такое поведение не является. Благодарим Вас, что обратили на это внимание.

2. С другой стороны, необходимость входного ограничения сигнала на уровне +-(11.5-12) В была вызвана ограничением элементной базы при проектировании данного изделия (12 лет тому назад). С точки зрения современных возможностей, это ограничение, скорее всего, можно преодолеть - вопрос требует изучения. Если Вы будете ждать решения (назначаю срок - 2 недели), то я смог бы подтвердить, что имеется (или отсутствует) техническая возможность доработки Ваших экземпляров LTR22 для устранения данного недостатка.

Здравствуйте, Александр.

Спасибо за ответ. К сожалению, переслать два десятка модулей из Украины будет проблематично. Было бы хорошо получить от Вас информацию для самостоятельной доработки, но, думаю, Вы как обычно откажитесь. Для поддиапазона 10В дополнительным признаком перегрузки будем считать превышение пиковым значением границ диапазона.

Контроль перегрузки входа средствами самого модуля АЦП очень привлекательная фишка LTR22. У конкурентов не встречал. Однако, к сожалению, МХ LTR22 нормированы до условных границ поддиапазонов, а не до срабатывания признака. Было бы очень удобно: нет признака перегрузки – оцифровка достоверная, есть признак перегрузки – недостоверная. Сейчас же получается, что если, например, на поддиапазоне ±1В я регистрирую сигнал с пиковыми значениями до +1.15В без срабатывания признака перегрузки, то любые оценки сигнала я должен считать недостоверными, поскольку рабочий диапазон формально превышен. Каких-то специфических искажений в таких «внедиапазонных» сигналах я не замечал, но целенаправленно и не исследовал. Как по Вашему мнению, исходя из схемотехники модуля, можно ли для практических целей обоснованно расширить рабочий диапазон «до срабатывания признака перегрузки» (кроме ±10В), или нет?

Игорь,
доработку LTR22 для расширения порогов входного ограничителя на поддиапазоне "10 В" мы, скорее всего, запланируем, проведя за пару недель необходимые работы - для этого есть все предпосылки. Точно определить объём этой доработки сегодня пока нельзя, но самостоятельную доработку мы, в любом случае, не приветствуем.   
Признаки перегрузки должны показывать границы линейности преобразования - это крайне важные  признаки для профессиональных виброметрических задач, для которых и предназначен LTR22.  Сейчас более раннее ограничение сигнала на поддиапазоне "10 В" нарушает этот принцип (на остальных поддиапазонах принцип соблюдается). После доработки границы ограничения сигнала на поддиапазоне "10 В" должны стать шире границ порогов срабатывания признаков перегрузки.  В то же время, с метрологической точки зрения, характеристики погрешности LTR22 будут нормированы в границах поддиапазонов - всё остаётся по-старому. Наличие запаса по диапазону измерения, о котором Вы пишете, это - совершенно нормальное и общеполезное свойство для любого линейного преобразователя, тем более, что контроль перегрузки в LTR22 осуществляется до антиалайзинг-фильтрации и до аналого-цифрового преобразования.
C данной темой напрямую связаны статьи:
http://www.lcard.ru/lexicon/spec_meas_range   
http://www.lcard.ru/lexicon/antialias_filter
http://www.lcard.ru/lexicon/low_pass_filter
http://www.lcard.ru/lexicon/linear_nonlinear_effect

Замечательно, я так и думал. Хорошо бы такую формулировку дать в «Руководстве». Тогда бы мой пример с зашкальным сигналом получил бы однозначную метрологическую интерпретацию. Наверное, также стоит явно указать, что контроль линейности преобразования обеспечивается только для режима AC+DC.

Да, я подразумевал явный контроль линейности  для режима АС+DC. Для режима AC, вероятно, могут быть сформулированы условия, при которых неявный контроль линейности тоже будет работать. Над коррекцией формулировок подумаем.  Ведь термин "граница линейности преобразования" тоже требует более детального разъяснения. . Спасибо за конструктивные предложения. О результатах этих работ здесь напишу.

Отредактировано Гарманов Александр (27.10.2018 12:10:08)

Здравствуйте Александр!

Что-то странное происходит и на поддиапазоне ±1В.

На одном из каналов инвертирующий вход подключил напрямую к AGND. Неинвертирующий вход притянул к +15В резистором 1МОм, вольтметр относительно AGND показывает +12.3В. На поддиапазонах ±0.03, ±0.1, ±0.3 и ±3 все правильно: есть индикация перегрузки, с АЦП стабильно +32767. На поддиапазонах ±1, ±10 индикации перегрузки нет, коды АЦП около +24000 на поддиапазоне ±1 и около +28000 на поддиапазоне ±10.

Если на тот же вход подавать переменный сигнал, то на поддиапазоне ±1 признак перегрузки срабатывает. На симметричном относительно AGND синусоидальном сигнале 8кГц-25кГц порог срабатывания признака 811–815мВ СКЗ по вольтметру (пиковые коды АЦП –27900...–27700, +28300...+28500).

Здравствуйте, Игорь. Уточните, эти эксперименты проводите в режиме  АС+DC?
Отвечу на все Ваши вопросы по LTR22 подробно, когда будет возможность. Надеюсь, в ближайшие дни.

Да, в АС+DC.

Игорь, когда Вы выше приводите значения кодов, то о каких кодах идёт речь: это коды без коррекции (до применения штатной функции калибровки)? Или это коды после коррекции?

Коды без коррекции.

Здравствуйте, Игорь.
1.    Причины неправильного поведения “признаков перегрузки разрядной сетки АЦП” в описываемых Вами условиях найдены. Проблема устраняется путём доработки LTR22 в L-Card. Организационные вопросы решайте с нашим отделом продаж, естественно.
2.    При производстве LTR22 данная доработка будет учтена.
3.   

Здесь требуется пояснить следующее:
а) Признаки перегрузки в LTR22 не являются метрологическими признаками для этого Средства измерения: погрешности порогов срабатывания не нормируются и при поверке не контролируются.
б) Физическое поведение “признаков перегрузки разрядной сетки АЦП” непосредственно следует из  “Рис. 12-2. LTR22. Функциональная схема”  Руководства пользователя, где компараторы на входе интегральных 2-канальных АЦП1 и АЦП2 сигнализируют в интерфейсный ПЛИС о произошедших событиях приближения мгновенных значений  сигнала к границам разрядной сетки на входе соответствующих каналов  АЦП1 и АЦП2. В ПЛИС триггерная логика хранит состояние признака перегрузки до момента передачи очередного слова данных (содержащего логический признак перегрузки) в интерфейс.
в) Пункт  “12.3.1.1 Смысл и логика признаков перегрузки разрядной сетки АЦП” Руководства пользователя я бы пояснил следующим образом: 
Отсутствие признака перегрузки (исходя из физики получения этого признака) является необходимым признаком линейности преобразования LTR22, но не достаточным, поскольку на функциональной схеме  Рис. 12-2 существуют и другие звенья аналоговой обработки сигнала  (перед АЦП1 и АЦП2), которые могут добавить  нелинейных явлений (не относящихся впрямую к признакам перегрузки), если на входе LTR22 созданы некоторые физические  условия.  Например,  созданы следующие условия  “нерабочего режима”:
-    Превышены оговорённые рабочие диапазоны X и Y относительно AGND.
-    Превышен диапазон синфазного сигнала 0,5*(X+Y) относительно AGND.
-    Превышен рабочий диапазон DC  в режиме “АС”.
-    Не подключены цепи AGND, X или Y.   
И т. д.
Но и “в рабочем режиме” имеется объективная электрофизическая  зависимость:  чем выше частота и скорость нарастания АС-составляющей  в реальном сигнале, тем менее значимым является контроль превышения мгновенных значений сигнала над порогом срабатывания компараторов. Практически, пороги срабатывания “признаков перегрузки разрядной сетки АЦП” следует проверять по DC или на малых частотах АС (условно до 1 кГц), когда сильное влияние динамических явлений не ожидается. 

4.   

С такой формулировкой я не согласен. Исходя из пояснений выше, “контроль линейности преобразования” впрямую относится к функциональным блокам  АЦП1 и АЦП2, а режим “АС” обеспечивается аналоговой обработкой в предыдущем звене аналогового тракта LTR22.

5.    “Признаки перегрузки разрядной сетки АЦП” в LTR22 не являются метрологическими,  они носят для пользователя дополнительную информационную функцию контроля качества преобразования, а их значимость должна быть пользователем дополнительно проверена в конкретных условиях применения LTR22.
С моей точки зрения,  в п.  “12.3.1.1” Руководства всё написано правильно, только требуются пояснения.  Своё видение сути этих пояснений  я изложил выше, но, возможно, придётся учесть и иные мнения коллег при выработке окончательных формулировок.

6.     Теперь о "своей метрологии" уровней порогов срабатывания, которая не нормируется при поверке, но особенности которой могут быть учтены пользователем в своём ПО:
Исходя из функциональной схемы  Рис. 12-2, пороги контролируются на входе интегральных преобразователей AЦП1, АЦП2. Это означает, что пороги срабатывания, измеренные в чистых некорректированных кодах АЦП, должны быть теоретически одни и те же на всех поддиапазонах (несмотря на различия запасов по диапазону измерения в вольтах). Таким образом, если в своём ПО уровни измерения сигнала пользователю правильней всего представлять в вольтах (с штатной коррекцией данных, с учётом калибровочных коэффициентов), то уровни "порогов срабатывания признака перегрузки разрядной сетки АЦП" правильней всего представлять в некорректированных кодах АЦП (-32768...+32767). Расчётные теоретические значения кодов АЦП, соответствующие верхнему и нижнему уровню срабатывания, равны  +-28255, но погрешности этих уровней, как было сказано выше, не нормируются. И нет гарантии того, что, в силу технологических причин, эти теоретические значения когда-нибудь не будут сдвинуты в новой партии изделий (или при доработке, о которой шла речь выше), например, ближе к границам разрядной сетки АЦП.

А если бы нормировали, хотя бы грубо, то при поверке недочеты бы заметили 

Хорошо, можно ли считать, что необходимым и достаточным признаком линейности преобразования LTR22 в режиме AC+DC на всех поддиапазонах, кроме ±1В и ±10В, при Y=AGND и |X–Y|<20В является одновременное выполнение двух условий: а) отсутствие признака перегрузки; б) пиковые значения сигнала в вольтах после применения штатной функции калибровки находятся в пределах границ поддиапазона?

Забавно, на поддиапазоне ±1В признак перегрузки все-таки срабатывает на порогах ±1.15В по постоянке. Но при увеличении напряжения на входе до +11.0В, сбрасывается. При отрицательной перегрузке сброса не происходит.

- Нет. Судя по заданному вопросу, в ошибочных представлениях автора вопроса: входной аналоговый тракт LTR22 (до точки контроля пиковых значений на входах АЦП1 и АЦП2) имеет бесконечно большую полосу частот пропускания (чтобы пропустить бесконечно короткие импульсы без искажений), компараторы признаков перегрузки имеют бесконечно большое быстродействие (чтобы сработать от бесконечно короткого импульса), а (cудя по |X–Y|<20В) входной аналоговый тракт LTR22 обязан сохранять линейность на диапазоне - многократно превышающем границы установленного поддиапазона измерения разности X–Y.
По факту: это не так, и, я надеюсь, такие ошибочные представления не следуют из того, что написано в Руководстве пользователя.

- Это тот же эффект на поддиапазоне ±1 В, о котором Вы сообщили выше, а мы его проглядели, к сожалению. Эта проблема решится после доработки, о которой я сообщил выше.

а) отсутствие признака перегрузки;
б) пиковые значения сигнала в вольтах после применения штатной функции калибровки находятся в пределах границ поддиапазона.
в) Y = AGND.
г) Режим АС+DC
- одновременное выполнение этих условий могут претендовать на "достаточность" для контроля линейности (кроме диапазонов ±1В и ±10В, если без доработки LTR22), если диапазон частот входных сигналов, шумов и помех вмещается с хорошим запасом в полосу частот пропускания входного аналогового тракта LTR22. При этих условиях прохождение контроля пиковых значений компараторами на входе узлов AЦП1 и АЦП2 будет условно соответствовать ситуации ненарушения условий линейности на входе LTR22.  Эти условия "достаточности" могут быть достигнуты, например, если физика самого вибродатчика, подключенного ко входу LTR22, определяет соответствующую полосу частот сигнала, и если сигнальная цепь датчика надежно защищена от помех, не попадающих полосу частот пропускания входного аналогового тракта. Но, прошу меня понять правильно, всё это - не метрологический, а оценочный подход в нахождении "достаточного" критерия линейности преобразования.

Я рад, что Вы, все-таки прочли мое сообщение правильно. А то приписываете мне какие-то дурацкие «представления»...

С тем, что подход оценочный, спорить не буду – детектировать все возможные искажения невозможно. А вот для диагностики перегрузки входа неинформативными НЧ составляющими сигнала подход выглядит вполне рабочим.

Раз уж Вы заговорили о полосах пропускания, то стоит с сожалением констатировать, что для LTR22 внеполосные характеристики не нормированы. Вообще. Более того, Вы вводите пользователя в заблуждение, утверждая, например, на странице 222 ltr.pdf, что «Во внутренней архитектуре канала АЦП присутствует цифровой antialiasing фильтр,  который  не  пропускает  частотные  составляющие  входного сигнала  выше  половины  частоты  дискретизации  АЦП...». Это ложь: как в AD1870, так и в ADS1274 оцифровка выполняется на частоте модулятора без каких-либо антиалайзинговых фильтров, о чем прямо сказано в даташитах здесь и здесь. Настройте LTR22 на частотный диапазон 3472Гц, амплитудный поддиапазон ±10В, подайте сигнал частотой 444464 Гц и наблюдайте красивую 20-герцовую синусоиду с амплитудой, сопоставимой с амплитудой ВЧ сигнала. Это чистой воды алайзинг. В разделе сайта «Терминология» Вы также неудачно приводите сигма-дельта АЦП как пример антиалайзингового фильтра. И, кстати, ADS1274 выпускается фирмой Texas Instruments, а не Analog Devices.

"3472Гц" выше - частота дискретизации

Игорь, я рад, что Вы ссылаетесь на документы и находите в них "ложь", по-Вашему мнению.  В любом случае, критику по делу лично я всегда с радостью принимаю. Безусловно, я проверю те факты, о которых Вы пишете, и отвечу по каждому из них. Чем больше критики по делу, тем лучше!

Игорь, Ваше применение LTR22 соответствует ли прямому назначению устройства, указанному в руководстве?:

Какие именно параметры LTR22 не соответствуют, по Вашему мнению, прямому назначению этого АЦП?

Это значит,  я случайно попал в то, что Вы действительно хотели спросить... Вас нелегко понять, поскольку свойства подаваемого сигнала неизвестны и приходится рассуждать в "общем виде".
Итого, на Ваши вопросы о поведении признаков перегрузки я ответил? - Старался ведь не на шутку в выходные дни 

Полностью.

Это Вы к тому, что подавление внеполосных нормировать не надо? Ну и не нормируйте, ведь покупают же? И я в том числе.

"На производстве и в лаборатории" невозможно полностью исключить попадание в тракт внеполосных помех от окружающего электрооборудования. И пользователю желательно знать, как измерительная система на них реагирует, чтобы осознанно интерпретировать возможные артефакты. На тех же полмегагерцах вполне может работать какой-нибудь DC/DC преобразователь. Выпрямление радиочастотных помех на входных каскадах тоже забавные артефакты дает (конкретно LTR22 на РЧ тестировали)...

Да. Спасибо.

Игорь.
1. Действительно, эффективные свойства антиалайзингового ФНЧ в используемом интегральном сигма-дельта АЦП привязаны к частоте сигма-дельта модулятора,  которая многократно превышает верхнюю частоту среза этого ФНЧ. 
2. Действительно, антиалайзинговые свойства на частотах, на несколько порядков превышающих верхнюю звуковую частоту полосы пропускания, мы не исследовали - такая задача попросту не стояла перед разработчиками линейки аналогичных АЦП (LC-202, H-22, LTR22), которые широко применялись для задач виброметрии! И я не припомню, чтобы ранее потребители высказывали претензии об антиалайзинговых свойствах LTR22 на высоких частотах и предъявляли какие-либо техтребования на этот счёт. 
3. По поводу мер защиты от помех: наша техподдержка консультирует по данному вопросу и немало полезных материалов на этот счёт представлены на нашем сайте.
4. Из того, что действительно мне нужно сделать, как автору Руководства пользователя - это определить в документации: в каком диапазоне частот эффективно проявляются антиалайзинговые свойства LTR22, чтобы "не вводить потребителя в заблуждение". О данных изменениях в документации здесь сообщу.

P.S. Я Вас немного спровоцировал выше на чтение Руководства пользователя , поскольку испытываю острый дефицит откликов грамотных специалистов по поводу того, что там написано.  - У самого уже "глаз замылился" (давно пишу эту "большую книгу"), а с Вашей помощью теперь вижу, над чем работать... Спасибо!

ОК.

Насчет тестирования LTR22 на РЧ сигналах я ошибся, экспериментировали с другими платами.

Поскольку, так или иначе, "запрос пользователя поступил", то я собираюсь измерить до 10 МГц типичное внеполосное подавление в LTR22, LTR24-1, LTR24-2, LTR25 (в тех наших изделиях, где где имеется антиалайзинговый фильтр) и включить эти данные в Руководство пользователя как типичные, определённые дизайном (не контролируемые при производстве и при поверке изделий). Мы, безусловно, заинтересованы в максимальной полноте техданных о наших изделиях.

Кстати, я посмотрел историю нашего форума, Вы давно интересовались модулем ЦАП LTR35. Этот застрявший на много лет проект, наконец, проходит у нас метрологию, и в следующем году этот модуль ожидаем выдать. Обновлённые данные о нём скоро появятся в Руководстве пользователя.