求助各位大神分析電流信號(hào)接收電路

ID:477651 · 發(fā)表于 2025-8-27 21:43

上圖為設(shè)計(jì)的電流信號(hào)接收電路，CS為霍爾電流傳感器輸出的電流信號(hào)，經(jīng)電阻轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)后放大，再經(jīng)過后級(jí)絕對(duì)值電路完成負(fù)電壓處理后送入單片機(jī)AD采樣口。AD采樣參考電壓為2.5V，CS范圍為-30ma-+30ma。目前經(jīng)過測試，計(jì)算數(shù)值基本正確，但采樣數(shù)據(jù)震蕩嚴(yán)重，請(qǐng)問是否是電路設(shè)計(jì)問題？萬分感謝您的解答！

ID:477651 · 發(fā)表于 2025-8-28 16:12

求助，坐等解答

ID:1137639 · 發(fā)表于 2025-8-29 08:18

從電路設(shè)計(jì)和實(shí)際測試現(xiàn)象來看，采樣數(shù)據(jù)震蕩嚴(yán)重可能由以下幾方面電路設(shè)計(jì)相關(guān)原因?qū)е拢韵轮鹨环治霾⒔o出解決建議： ### 電源濾波與退耦問題 - **問題分析**：電路中運(yùn)放（OP07C）的電源引腳雖有0.1μF濾波電容，但可能存在濾波效果不佳情況。一方面，電容容量相對(duì)較小，對(duì)于電源中的低頻紋波抑制能力有限；另一方面，若電容布局不合理，遠(yuǎn)離運(yùn)放電源引腳，會(huì)使電源到運(yùn)放的布線引入額外干擾，影響運(yùn)放穩(wěn)定工作，進(jìn)而導(dǎo)致信號(hào)放大過程中出現(xiàn)震蕩。另外，整個(gè)電路的電源（VDD、-VDD 等）如果本身存在紋波或者受其他電路干擾，也會(huì)通過電源耦合到信號(hào)通路。 - **解決建議**：在每個(gè)運(yùn)放的電源引腳旁，增加一個(gè)10μF的鉭電容或電解電容（注意電容耐壓和極性，若為雙電源運(yùn)放，-VDD 側(cè)也對(duì)應(yīng)增加），與現(xiàn)有0.1μF電容形成高低頻濾波組合，更好地濾除電源紋波。同時(shí)，檢查電源布線，確保電源走線短而粗，且遠(yuǎn)離高頻干擾源（如功率電路、時(shí)鐘電路等），必要時(shí)對(duì)電源進(jìn)行單獨(dú)的濾波處理，比如在電源入口處增加π型濾波網(wǎng)絡(luò)。 ### 信號(hào)濾波環(huán)節(jié)不足 - **問題分析**：輸入信號(hào)CS轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)后，雖有一些濾波電容（如C126等），但可能對(duì)信號(hào)中的高頻干擾抑制不夠。霍爾電流傳感器輸出的電流信號(hào)可能混入高頻噪聲，經(jīng)過電阻轉(zhuǎn)換和運(yùn)放放大后，這些噪聲被放大，而后級(jí)絕對(duì)值電路也會(huì)對(duì)噪聲有一定的傳遞，最終導(dǎo)致AD采樣到震蕩數(shù)據(jù)。另外，電路中的電阻、電容參數(shù)搭配若不合理，可能形成自激震蕩，尤其是運(yùn)放組成的放大和絕對(duì)值電路，存在一定自激風(fēng)險(xiǎn)。 - **解決建議**：在信號(hào)進(jìn)入第一級(jí)運(yùn)放（U27）之前，即CS信號(hào)經(jīng)過R89、R91、C126組成的濾波電路后，可適當(dāng)增大C126的容量，比如改為1μF或10μF（根據(jù)信號(hào)頻率特性調(diào)整，需保證有用信號(hào)帶寬不受過多影響），增強(qiáng)對(duì)輸入信號(hào)的濾波效果。對(duì)于運(yùn)放電路，檢查運(yùn)放的相位補(bǔ)償情況，OP07C是需要外部適當(dāng)相位補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)放，可參考其數(shù)據(jù)手冊(cè)，在運(yùn)放反饋回路或合適位置增加補(bǔ)償電容，一般可先嘗試在第一級(jí)運(yùn)放U27的反饋電阻R85兩端并聯(lián)一個(gè)幾十pF到幾百pF的小電容（如100pF ），觀察震蕩是否改善，后續(xù)多級(jí)運(yùn)放（U28、U29 ）也可做類似嘗試，以消除運(yùn)放自激導(dǎo)致的信號(hào)震蕩。 ### 布線與接地問題 - **問題分析**：電路中的接地（AGND）如果存在環(huán)路或者布線混亂，會(huì)導(dǎo)致地電位不一致，形成干擾電流，從而影響信號(hào)質(zhì)量。比如各個(gè)運(yùn)放的AGND連接如果不是單點(diǎn)接地或者接地路徑過長、阻抗過大，不同位置的地電位有差異，信號(hào)在傳輸和放大過程中就會(huì)引入共模干擾，表現(xiàn)為采樣數(shù)據(jù)震蕩。另外，信號(hào)走線如果與干擾源（如大功率器件、高頻時(shí)鐘線等）平行且間距過小，會(huì)發(fā)生電磁耦合，拾取干擾信號(hào)。 - **解決建議**：優(yōu)化接地設(shè)計(jì)，采用單點(diǎn)接地或串聯(lián)單點(diǎn)接地（根據(jù)信號(hào)頻率，低頻信號(hào)適合單點(diǎn)接地）方式，確保所有AGND盡可能在一個(gè)低阻抗的接地點(diǎn)匯合，減小地電位差。檢查信號(hào)布線，將敏感的信號(hào)走線（如CS轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào)走線、運(yùn)放輸出信號(hào)走線等）與干擾源走線遠(yuǎn)離，必要時(shí)進(jìn)行屏蔽處理，比如在信號(hào)走線兩側(cè)布置接地的屏蔽線，或者使用屏蔽層將信號(hào)線纜包裹（如果是PCB布線，可在信號(hào)層相鄰層做完整地平面）。 ### 元件參數(shù)與選型匹配問題 - **問題分析**：運(yùn)放OP07C本身的帶寬、 slew rate（轉(zhuǎn)換速率）等參數(shù)，如果與實(shí)際信號(hào)頻率和放大需求不匹配，可能在信號(hào)變化較快時(shí)無法及時(shí)響應(yīng)，導(dǎo)致信號(hào)失真和震蕩。另外，電路中的電阻精度、電容精度以及溫漂等特性，若不一致，在溫度變化或信號(hào)變化時(shí)，也可能引起電路參數(shù)波動(dòng)，造成信號(hào)不穩(wěn)定。 - **解決建議**：查看OP07C數(shù)據(jù)手冊(cè)，確認(rèn)其帶寬（OP07C帶寬較低，約0.6MHz ）是否滿足信號(hào)處理需求，若信號(hào)中存在較高頻率成分，可考慮更換帶寬更高、轉(zhuǎn)換速率更快的運(yùn)放，比如AD822等（但需注意供電、失調(diào)等參數(shù)匹配）。對(duì)于電阻、電容，盡量選用精度高、溫漂小的元件，比如金屬膜電阻、C0G材質(zhì)電容等，保證電路參數(shù)的穩(wěn)定性，減少因元件自身特性導(dǎo)致的信號(hào)震蕩。除了電路設(shè)計(jì)方面，還可從軟件角度輔助改善，比如對(duì)AD采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波（如滑動(dòng)平均濾波、卡爾曼濾波等），但前提是先盡量從硬件電路上解決根本的干擾和震蕩問題，再結(jié)合軟件濾波進(jìn)一步優(yōu)化采樣結(jié)果。

ID:469589 · 發(fā)表于 2025-8-29 09:20

第一級(jí)放大倍數(shù)降到10，向后級(jí)分擔(dān)一點(diǎn)。
給R85上并聯(lián)一個(gè)小小電容。
以上兩個(gè)方案就可以了。

ID:1073939 · 發(fā)表于 2025-8-29 14:59

最后一級(jí)運(yùn)放電路有問題，你應(yīng)該采用標(biāo)準(zhǔn)的差分電路，要增加2個(gè)電阻。

ID:1153607 · 發(fā)表于 2025-8-29 22:09

OP07可以考慮換換高速型號(hào)。

ID:477651 · 發(fā)表于 2025-8-30 09:29

GlenXu 發(fā)表于 2025-8-29 09:20
第一級(jí)放大倍數(shù)降到10，向后級(jí)分擔(dān)一點(diǎn)。
給R85上并聯(lián)一個(gè)小小電容。
以上兩個(gè)方案就可以了。

按照您的方法試過了，不管用，數(shù)據(jù)還是不穩(wěn)定

ID:477651 · 發(fā)表于 2025-8-30 09:31

ydatou 發(fā)表于 2025-8-29 14:59
最后一級(jí)運(yùn)放電路有問題，你應(yīng)該采用標(biāo)準(zhǔn)的差分電路，要增加2個(gè)電阻。

能描述下理論推導(dǎo)過程嗎？這樣會(huì)不會(huì)影響絕對(duì)值電路的功能，數(shù)值計(jì)算錯(cuò)誤？

ID:1073939 · 發(fā)表于 2025-8-30 13:49

同凨發(fā)表于 2025-8-30 09:31
能描述下理論推導(dǎo)過程嗎？這樣會(huì)不會(huì)影響絕對(duì)值電路的功能，數(shù)值計(jì)算錯(cuò)誤？

看看教科書關(guān)于運(yùn)放的基礎(chǔ)知識(shí)，你這級(jí)同向放大倍數(shù)為2，反向放大倍數(shù)為1。所以波形如我所畫。差分放大是不管同相反相都是同樣的放大倍數(shù)。
假如僅僅取絕對(duì)值，這個(gè)錯(cuò)誤影響不大。假如是計(jì)算有效值或平均值，就影響非常大。

ID:1073939 · 發(fā)表于 2025-8-30 14:24

上面的回帖腦袋短路把絕對(duì)是理解為最大值了。
最大值這電路才影響不大，畢竟是簡單的線性關(guān)系，
假如是求取真有效值或平均值，那就會(huì)數(shù)據(jù)震蕩嚴(yán)重。

ID:1079566 · 發(fā)表于 2025-8-30 18:20

絕對(duì)值電路部分,是沒問題的, 負(fù)半周U28工作, 正半周U28不工作,所以不能分開計(jì)算U28/U29.
振蕩原因, 你用OP07驅(qū)動(dòng)100nF的電容,感覺不可靠. 去掉試試, 或者換小二個(gè)數(shù)量級(jí)試試.
不知測量電流的頻率在什么范圍,OP-07一般用在低頻.

ID:1073939 · 發(fā)表于 2025-9-1 09:23

ZSJM 發(fā)表于 2025-8-30 18:20
絕對(duì)值電路部分,是沒問題的, 負(fù)半周U28工作, 正半周U28不工作,所以不能分開計(jì)算U28/U29.
振蕩原因, 你用OP ...

你的分析錯(cuò)誤。正半周D34導(dǎo)通，負(fù)半周D37導(dǎo)通，U28一直工作。所以可以分開計(jì)算U28/U29.
你和樓主可能都看過關(guān)于精密整流的電路，里面是有一個(gè)利用正負(fù)半周放大倍數(shù)不同做精密整流的。但分析電路要看整體。
100nF電容直接接運(yùn)放輸出確實(shí)有問題，應(yīng)該通過一個(gè)電阻接運(yùn)放輸出。

ID:595237 · 發(fā)表于 2025-9-1 13:58

度娘可以查結(jié)果嗎？

ID:477651 · 發(fā)表于 2025-9-2 10:31

ydatou 發(fā)表于 2025-9-1 09:23
你的分析錯(cuò)誤。正半周D34導(dǎo)通，負(fù)半周D37導(dǎo)通，U28一直工作。所以可以分開計(jì)算U28/U29.
你和樓主可能都 ...

運(yùn)放輸出端串接了1k電阻至AD端口，還是不行，震蕩依然存在

ID:477651 · 發(fā)表于 2025-9-2 10:32

juncedz 發(fā)表于 2025-9-1 13:58
度娘可以查結(jié)果嗎？

度娘不好用，急需一個(gè)電路分析的大模型AI

ID:879348 · 發(fā)表于 2025-9-2 13:36

霍爾的特性就是這樣，因?yàn)殡姇?huì)產(chǎn)生磁場，疊加到元件上，還有地磁的影響

ID:879809 · 發(fā)表于 2025-9-2 13:44

不要盲目的胡亂加電容，C124應(yīng)該去掉。

ID:1073939 · 發(fā)表于 2025-9-2 14:37

同凨發(fā)表于 2025-9-2 10:31
運(yùn)放輸出端串接了1k電阻至AD端口，還是不行，震蕩依然存在

你這電路最主要的問題是第3級(jí)不是差分電路。
怎么還沒驗(yàn)證？加2個(gè)電阻應(yīng)該不難吧？
實(shí)在不信，你掛個(gè)示波器看看波形，是不是如我所畫。
另外輸出直接接電容也是違反設(shè)計(jì)原則的。

ID:477651 · 發(fā)表于 2025-9-3 15:33

ydatou 發(fā)表于 2025-9-2 14:37
你這電路最主要的問題是第3級(jí)不是差分電路。
怎么還沒驗(yàn)證？加2個(gè)電阻應(yīng)該不難吧？
實(shí)在不信，你掛個(gè)示 ...

加兩個(gè)10k電阻，輸出計(jì)算數(shù)值不對(duì)

ID:1073939 · 發(fā)表于 2025-9-4 10:39

同凨發(fā)表于 2025-9-3 15:33
加兩個(gè)10k電阻，輸出計(jì)算數(shù)值不對(duì)

樓主總是說得不明不白。要仔細(xì)梳理下自己的調(diào)試過程，說不定不用求助就能自己解決。
有了問題不是僅僅一個(gè)圖，雖然這圖明顯有我提到幾處問題。
1：給ad的波形實(shí)測是否和設(shè)計(jì)相符。如不符，實(shí)際硬件是不是和原理圖不一致(l連接錯(cuò)誤，元件錯(cuò)誤)。維修階段都要做這步，更何況設(shè)計(jì)調(diào)試階段。
2：數(shù)值到底是啥數(shù)值(最大值、有效值、平均值)？采用何種方式計(jì)算？輸入信號(hào)的頻率范圍？采樣率多少？軟件濾波等。

ID:879809 · 發(fā)表于 2025-9-4 14:51

ydatou 發(fā)表于 2025-9-4 10:39
樓主總是說得不明不白。要仔細(xì)梳理下自己的調(diào)試過程，說不定不用求助就能自己解決。
有了問題不是僅僅一 ...

1，提問者沒說波形不對(duì)，只說震蕩了，不管波形對(duì)不對(duì)都不應(yīng)該震蕩。

2，有效值平均值最大值都是后續(xù)處理電路的事情，跟這個(gè)電路無關(guān)。

總之，懂就說，不懂就不要發(fā)言。

ID:1079566 · 發(fā)表于 2025-9-4 15:29

不用加電阻. 絕對(duì)值電路是對(duì)的.
可以看下面的圖, 如有不同看法可討論.

仿真輸入信號(hào)是50HZ. 振幅是0.1Vp, (為了不讓Vos Ios影響仿真使用了LTC1051)

當(dāng)輸入為正電平時(shí), 可以簡化為: (D1導(dǎo)通,D2截止)

當(dāng)輸入為負(fù)電平時(shí), 可以簡化為: (D1截止,D2導(dǎo)通)

ID:1073939 · 發(fā)表于 2025-9-5 11:07

ZSJM 發(fā)表于 2025-9-4 15:29
不用加電阻. 絕對(duì)值電路是對(duì)的.
可以看下面的圖, 如有不同看法可討論.

謝謝你的分析。
我確實(shí)錯(cuò)了。在輸入ui為負(fù)時(shí)，沒考慮到R2上有電流。樓主這部分電路是正確的。
R1的壓降=-ui
Ir2=Ir4*1/2=Ir1*1/3
Ir4=Ir1*2/3
因此R4的壓降是R1的2/3，U1A輸出也是R的2/3=-ui*2/3.
Ir3=Ir2=Ir1*1/3，因此R3的壓降是R1的1/3=-ui*1/3.
U1B輸出=U1A輸出+R3的壓降=-ui

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