Isolamento Galvanico Segnale Analogico Su Pic

[davideversari]

salve

ho dato un occhiata al forum per capire come si possa isolare galvanicamente un segnale analogico ad un PIC isolandolo galvanicamente .

Ho visto che in passato argomenti tipo questo hanno scatenato discussioni animate .

Lungi da me ....

non ho comunque trovato una risposta che soddisfi appieno le mie domande

partendo dall'inizio, ma perche isolare galvanicamente ?

mi sono posto la domanda perche' ho letto alcuni datsheet di sensori ambientali che tra le caratteristiche annoverano l'isolamento galvanico!

mi piacerebbe quindi fare le cose per bene e se serve applicare anche ai miei sensori , termometri perloppiu', questo aspetto.

per un segnale digitale ho sempre usato, quando occorre, i fotoaccopp.

ma per l'analogico .... di piccole dimensioni? mica posso usare un trasformatore ?

ho letto che si puo' fare con un fotoaccopp. ma la linearita' non e' il top, quindi si perde un po di precisione per strada.

l'isolamento galvanico mi sembra di capire che abbia come scopo principale evitare passaggio di corrente continua tra due circuiti

ma se non ci sono transitori, almeno dovuti al normale funz. dei due, se la tensioni in gioco sono basse e comunque contenute nei 0/5 V al max pari all'alimentazione, se il piano di massa dei due circuiti e' lo stesso

allora e' realmente necessario isolare galvanicamente il PIC dal SEGNALE?

grz se qualcuno vorra' darmi qualche delucidazione

DAVIDE

[Livio Orsini]

Per prima cosa evita le abbreviazioni; tu risparmi poco o nulla in termini di tempo e fatica, mentre chi legge fatica di piùa comprendere e si irrita.

Venendo al tuo quesito: è realment necessario isolare il pic dal segnale?

Rispsota non sempre.

In genere lo si fa per definizione con i segnali digitali perchè è semplice, efficace e poco costoso. Sintetizzando i benefici superano di gran lunga i costi.

COn i segnali analogici è molto più complesso, complicato e costoso.

La via migliore è la corretta applicazione delle maglie e degli schermi. Nei casi più sensibili si può ricorrere alla topologia completamente differenziale. Non c'è una vera e propria separazione glavanica, ma un amplificatore differenziale separa igresso e uscita con l'elevata impedenza d'ingresso, inoltre ababtte drasticamente i disturbi di modo comune.

nel caso fosse asolutamente necessario separare galvanicmente i due circuiti si deve ricorrere ad una separazione prima della conversione. Ad esempio convertendo un livello analogico in una frequenza.

Una trattazione completa richiederebbe ben più dello spazio di un normale messaggio.

Se hai un'applicazione specifica prova a descriverla e vediamo se è possibile ipotizzare una soluzione facilmente praticabile.

[davideversari]

ciao,

ok per le abbreviazioni.

per esempio: un sensore temperatura integrato, tipo AD22100 alimentato 5 V

uscita 0,7/2,7 V .

collegato al PIC tramite 3 mt di cavo tipo Liycy 0,5 mmq.

il segnale e' su una coppia MASSA/SEGNALE

l'impedenza rientra nei 10K consigliati per i pin dei PIC

ho collegato lo schermo del cavo a massa lato alimentazione, che risiede sulla scheda del PIC .

In fine il segnale non e' condizionato.

a proposito e' interessante l'utilizzo dell amplificatore differenziale...mi documento.

per caso il circuito di condizionamento, qualora inserito, potrebbe essere di aiuto?

grz (=grazie),

Davide

Modificato: 18 gennaio 2015 da Livio Migliaresi

[Livio Orsini]

Dmanda fondamentale: Hai problemi di disturbi?

Il condizionamento di segnale, oltre a portare il segnale al limite di scala aumentando la risoluzione, può fare solo bene al sistema, dal punto di vista del rapporto segnale-disturbo, a patto che sia stato eseguito in modo corretto.

[davideversari]

onestamente no!

le misure vengono solitamente effettuate in campo aperto e non in ambito industriale; se c'e' un qualche disturbo di solito e ne accorgo immediatamente .

riguardo al condizionamento; io uso il solito operazionale , di buona qualita', resistori per il guadagno 10ppm 0,1% e come tensione di riferimento sempre componenti

di altissima qualità con basso coefficiente di temperatura e deriva nel tempo molto bassa

insomma un circuito semplice , che ti ho allegato, cercando di usare componenti buoni. la precisione del condizionatore di segnale e' sempre ottima , e migliore dello 0,1% a 20 C ; la deriva termica incide un altro 0,1%

hai qualche consiglio per migliorare e fare ancora meglio ? ma senza complicare troppo il circuito, in quanto deve essere piccolissimo ...e cosi' sta' in meno 2 comunque

Davide

...... cosi' come e' sta in meno di 2 centimetri quadrati.

[Livio Orsini]

Se usi un quadrupo ampli in configurazione differenziale guadagni in reiezione di modo comune.

[davideversari]

Ciao,

un po quello che mi avevi consigliato nella prima risposta unito al condizionamento.

un ottima idea; vale la pena approfondirla

hai uno schema per capire come funziona la topologia differenziale ?

[Livio Orsini]

Se guardi nella letteratura TI-national o altri produttori di OA trovi molta letteratura nelle AN, specie se cerci per "instrumentetion amplifier". In prati il segnale entra da un ingresso"+" e da uno "-" ed è sollevato dallo zero volt di un'impedenza pari a quella d'ingresso dell'ampli. Questo in termini semplificati.

[davideversari]

ciao,

si un idea me la sono fatta

l'abbreviazione AN per cosa sta ? analogico?

vedo nella letteratura cosa trovo.

grazie

DAVIDE

[Livio Orsini]

AN ==> Application Note.

Sono più di 50 anni che mi occupo di elettronica e ho sempre visto questa sigla con questo significato.

Modificato: 20 gennaio 2015 da Livio Orsini

[davideversari]

ciao,

ho un ultimo quesito sull' isolamento galvanico; ma in pratica come si attua?

io so dell'isolamento che si fa negli elettromedicali , con dei trasformatori 1:1 dove primario e secondario hanno quindi

la stessa tensione ma sono isolati , per l'appunto galvanicamente .

si fa allo stesso modo anche per la CC e tensioni nell'ordine di 5/12 V e correnti 100 mA?

ma con cosa ? con un trasformatore d'isolamento miniaturizzato? o ci sono dei componenti appositi ?

riguardo AN , sui datasheet microchip viene continuamente associato ad ANALOGICO

comunque chiaro, intendevi ApplicationNote

DAVIDE

[Livio Orsini]

riguardo AN , sui datasheet microchip viene continuamente associato ad ANALOGICO

Anche microchip intitola tutte le application notes come "AN xyz". An come abbreviazione di analogico è pochissimo usato, anzi quasi mai.

Le tecniche per isolare galvanicamente i segnali in corrente continua si fondano essenzialmente su 2 tecniche:

• opto isolatori
• trasformatori di isolamento.

Nel primo caso per mantenere la linearità ed abbattere la deriva termica e d'invecchiamento si selezionano i componenti tra quelli più adatti allo scopo e si usano topologie particolarmente raffinate.

Nel secondo caso è indispensabile con vertire il segnale continuo in un segnale alternato. Il metodo più antico e collaudato è l'uso di un dispositivo chopper. Oppure si converte il segnale in continua in una frequenza proporzionale al livello del segnale.

Se sei interessato a queste tecniche dovresti studiare un manuale sugli amplificatori per strumentazione o per elettronica medicale; li vengono ampiamente trattate queste circuitazioni

[davideversari]

ok, mi documento come da tue indicazioni.

grazie

DAVIDE

[davideversari]

ciao,

mi sono documentato e sono giunto alla conclusione che e' davvero una materia complessa

ma soprattutto difficile da applicare nelle piccole dimensioni in cc.

Ho cercato qualcosa d'integrato ed ho trovato un componente Linear Tecnology, LTM8057.

Ho dato una letta , preliminare , al datasheet e sembra fare al caso.

cosa ne pensi?

DAVIDE

[Livio Orsini]

Io non l'ho mai usato. So per certo che LT è un costruttore molto serio e specializzato in questi dispositivi.

P.S. Sono andato a leggere il foglio tecnico: è un SMPS con integrata la separazione galvanica ingresso uscita.

Modificato: 26 gennaio 2015 da Livio Orsini

[Nik-nak]

Prova a vedere i pn Texas(ex Burr Brown) ISO122 e ISO124 a questo link:

TI

ISO124

ISO122

Ciao

[davideversari]

grazie ad entrambe,

vado a vedere quanto consigliato

ciao

Davide

[Livio Orsini]

Quelli sono 2 classici amplificatori da strumentazione, ottimi componenti.

[accacca]

Nik-nak ha giocato il carico da 11 sono 20euro a componente per l'ISO122 meno per l'iso124

Io Davide non ho capito bene come vuoi isolare il tuo segnale.

Secondo me isolare direttamente il segnale analogico è costoso e se non è costoso allora è impreciso.

Gli isolamenti io li ho sempre fatti creando un sottosistema con quello che serve riferito alla massa esterna dei segnali.

Il tutto isolato dal lato digitale che comunica tramite interfaccia seriale solitamente SPI ma non è un vincolo anzi.

Il sottosistema lo alimenti con DC/DC converter isolato che partendo dalla tua alimentazione continua lato "isola felice" ne crea una indipendente per la zona isolata. il principio con cui funziona il DC/DC converter isolato è quello del trasformatore d'isolamento.

Modificato: 26 gennaio 2015 da accacca

[Livio Orsini]

Il tutto isolato dal lato digitale che comunica tramite interfaccia seriale solitamente SPI ma non è un vincolo anzi.

Questo, oggi è il modo migliore, più economico e sicuro.

[davideversari]

ciao,

dopo le risposte ricevute direi assolutamente d' isolare l'alimentazione del sensore e suo condizionamento rispetto "all'isola felice" ,

e per questo proposito mi sembra che quanto consigliato da NIK NAK possa fare questo.

unico neo di quei componenti e' il prezzo ed il consumo non trascurabile, circa 10 mA.

mi spiego meglio rispondendo alla tua domanda accacca:

ho comprato ultimamente dei transmitter pt100 isolati galvanicamente e mi sono chiesto

1) l'utilita' dell'isolamento galvanico; dato che non li uso in campo industriale o particolarmente "disturbato"

2) come si facesse in un componente cosi' piccolo a farlo?

conoscevo il sistema degli elettromedicali, uso un trasformatore dello stesso tipo quando devo fare misurazioni precise con il tester; ma

non sapevo come farlo nel piccolo.

ho dei sensori meteo che sarebbe meglio, per adeguarli allo standard attuale , isolare galvanicamente rispetto al resto delle apparecchiature.

Non sapevo se nei transmitter che avevo acquistato avessero isolato il segnale in uscita o l'alimentazione , ma come anche tu hai sottilineato sarebbe assurdo isolare il segnale.

quindi isolano l' alimentazione

Ma consumare 10 mA per farlo non e' poco , se consideri che alcuni sono alimentati con dei voltage reference che a mala pena

possono sopportare carichi di 5/10 mA. Inoltre nei sistemi stand alone dove si pesa ogni mA un componente che ne consuma 10, se possibile , se non utile, andrebbe non considerato.

Uso spesso componenti analog devices e sul sito alla voce isolated gate driver ho trovato una decina di componenti

tra cui il ADUM3220 che consuma poco e costa il giusto.

Devo onestamente ancora leggere bene le caratteristiche e vedere anche altri componenti , ma penso di essere sulla giusta strada o sbaglio?

grazie

DAVIDE

[accacca]

Complimenti Davide progettare un circuito isolato e a basso consumo non è proprio un problema banale.

Primo come alimenti il tuo mondo ? Se tutto funziona a batteria forse isolare non serve hai una sola massa il tuo apparato si riferisce alla amssa a cui è collegato ma non crea problemi.

Se invece hai una alimentazione "buona" che non vuoi condividere con il campo allora devi isolare.

Le tecniche possono essere diverse Io prima ti dicevo di isolare in digitale che è la strada più semplice ma gli opto consumano

Una possibilità se i segnali e i tempi di conversione lo permettono potrebbe essere quella di usare degli switch analogici per caricare un condensatore

(Più facile da fare che da dire) con degli switch tieni il condensatore collegato al segnale proveniente dal campo Il condensatore si carica

quando devi misurare apri gli switch dal campo e chiudi quelli verso l'AD Alla fine rimetti tutto come prima

processo lento quindi misure di segnali lenti ma se sono sensori pressione/temperatura ecc potrebbe andare bene

Se non puoi fare altrimenti isoli con gli opto e in questo caso tieni tutto spento e lo accendi solo per le miusre (sembra semplice ma ha parecchie trappole nascoste)

[Livio Orsini]

ma come anche tu hai sottilineato sarebbe assurdo isolare il segnale.

isolare l'alimentazione non significa automaticamente isolare il segnale, perchè poi il segnale devi pur connetterlo al sistema di misura.

éer avere l'isolamento devono essere isolati entrambi.

I metodi non sono infiniti ma molto limitati:

• usare un chopper sul segnale e poi il segnale così trattato accoppiarlo a mezzo trasfo.
• usare un fotoaccoppaitore per un segnale analogico; costoso e poco pratico se si vuole una buona precisione e linearità
• Usare un amplificatore di isolamento come i 2 riportati
• Convertire localmente e trasmettere via seriale con segnale digitale accoppiato a mezzo isolatore galvanico.

Se la variabile misurata evolve lentamente nel tempo si possono usare metodi molto semplici di trasmissione.

Nel catalogo di alcune aziende produttrici di condizionatori di segnale, trovi trasmettitori che sfruttano un clok lento, così usi un uscita PLC per il clock ed un ingresso PLC per ricevere il dato. Questo solo come esempio.

Modificato: 26 gennaio 2015 da Livio Orsini

[davideversari]

insomma gira che ti rigira il segnale va toccato !

cosa che vorrei evitare, soprattutto perché sono certo che i prodotti a cui mi riferisco, non sono isolati sul lato segnale.

toccare il segnale equivale ad aggiungere altra incertezza ad un equilibrio delicato fatto di test in camera climatica e previsioni d'errore e relative compensazioni.

bello l'escamotage di accacca ....lo voglio provare.

in definitiva dal momento che al 90% i miei sensori li usano in sistemi alimentati a batteria

dove il danno maggiore lo puo' fare un segnale radio forte o una scarica elettrica (comunque scaricatori a gas e trsil ce ne sono )

per ora faccio prove sull'alimentazione.

grz

DAVIDE

[davideversari]

Livio ho ripensato alla tua quarta soluzione

ossia "convertire localmente ..." ed al tuo ammonimento circa la necessita' di completare l'isolamento da entrambe i lati.

ma se converto localmente il segnale in digitale, nulla di male sino qui, e poi uso un optoisolatore per l'isolamento galvanico ? e' forse questo che intendevi?

sembra una soluzione attuabile se fosse cosi'?

Davide