Diseño de la etapa aisladora de señal de entrada un osciloscopio USB

[manchaster]

hola amigos, con la novedad de ser este mi primer post en el foro

con una consulta, estoy diseñando un osciloscopio USB para un proyecto de titulacion, sin embargo tenia el circuito analogo ya listo, pero hay algo que se me escapo desde el principio, no tengo un circuito de proteccion para la señal de entrada y contra los altos potenciales que pudiera ver entre los circuitos, es decir que me dirigia a una destruccion de la PC y circuito juntos.

Me podrian ayudar con este problema de aislar y proteger la tarjeta de adquisicion de la señal a medir?
Gracias 

[Veguepic]

Hola Manchaster:

Yo estoy en un proyecto personal similar el cual no he tenido tiempo de completar por falta de tiempo, pero me ayudaron bastante con esta etapa asi que te transmito lo que aprendi, este es mi circuito que espero te sea util:



Aunque de el solo toma en cuenta la parte de arriba, lo otro aun esta en desarrollo.

Como podras ver la etapa de entrada siempre tiene la impedancia de 1 Mohm no importando en que rango se encuentre, lo cual es lo comun en estos aparatos, los diodos D1 y D2 son los encargados de protejer el amplificador operacional (AO) de las sobretensiones.

Le puse + - 0.76 debido a que los diodos empiezan a conducir antes de los 0.6 voltios, si mal no recuerdo hasta los 0.34 voltios no afectan la medida, arriba de este voltaje te afectan la medida, esto lo pude comprobar mediante unas tablas que hice, si las necesitas las busco.

Es por eso que aprovecho los 0.34 voltios en los cuales el diodo no afecta la medida mas los 0.16 del divisor resistivo (R12 + R13, R14 + R15) y con la suma de estos obtengo los +- 0.5 voltios que necesito, aunque la proteccion recien empieza a funcionar cuando el voltaje de entrada excede los +- 0.76 voltios, los cuales el AO soporta tranquilamente.

Se podrian haber conectado los diodos de forma contraria a la del esquema solo modificando los divisores resistivos, recuerdo que asi lo hice en un inicio, pero por cuestiones de seguridad es mejor hacerlo en inversa, pues cualquier falla de las resistencia R12, R13, R14 o R15 no te malograra nada.

Incluso a la salida del OA tambien podrias poner otros diodos en configuracion similar para estar mas seguro aun.

Agradecere cualquier observacion y/o correcion a lo que he puesto.

Espero haber sido claro con mi explicacion y a ver si nos comentas mas de tu proyecto.

Saludos.

[Marioguillote]

Impecable etapa de entrada Hugo. 

Lo único que agregaría, sería un control de offset, a pesar de ser de muy bajo offset ese tipo de OP, igual se lo pondría.

Otra cosa es lo que recuadrás como Sonda X10. Eso ya viene en la puntas comerciales para osciloscopio, por lo que no veo la necesidad de incluírla en el circuito, no sé porqué la has incluído.

El resto, con el adecuado desacoplo en alimentación, realmente impecable.

Saludos.
Mario

[LABmouse]

Veguepic, Aplausos por ese diseño y por compartirlo. Es realmente buena la entrada. aplicable a muchos circuitos de entreda.

Saludos!

[Veguepic]

Gracias por el comentario Mario.     Me tomo varias cabezasos ese diseño. 

Lo de la sonda tiene un motivo mas de disponibilidad / tacañeria , me explico, por aqui no he visto puntas de osciloscopios aunque supongo que por ahi las deben vender los representantes de equipos y seguro que a precios fuera del alcance para un hobby, asi que mi idea tambien es diseñarla, creo haber conseguido buena informacion como para poder diseñar una, veremos que tal me va, cuando avance con esto colgare la informacion pero si les interesa la info me avisan y la busco.

A la larga creo que necesariamente tendre que comprar una punta comercial, pero esa sera cuando mi suegra regrese de viaje en Junio o Setiembre de este año. Aun no lo sabe pero tengo ya preparado varios encargitos para ella. 

Lo del offset tenia planeado ponerlo en la siguiente etapa, pues a la salida del Op del diagrama daria un voltaje de + - 0.5 voltios, que luego pensaba amplificar x5 con otro Op, con lo que tendria + - 2.5 voltios , luego mediante otro Op pasaria este voltaje de 0 a 5 voltios, es en este ultimo Op que pensaba implementar el offset pues creo que me seria mas facil hacerlo en ese lugar. Esa es mi idea pero puede que no sea el mejor lugar asi que cualquier opinion y/o correcion es bien recibida.

Por aqui tengo la etapa del diagrama ya montada hace mas de dos meses pero ultimamente ando bastante corto de tiempo, pues luego del trabajo tengo que estar investigando y probando en mi casa por propia cuenta los productos que vendo, pues la capacitacion que me dieron, la cual fue solo teorica, dejo mucho que desear, increible. 

Espero de hacerme un tiempo estos dias para avanzar.

Un abrazo Mario.

Hugo

[Marioguillote]

Hla Hugo !

Lo de la sonda tiene un motivo mas de disponibilidad / tacañeria , me explico, por aqui no he visto puntas de osciloscopios aunque supongo que por ahi las deben vender los representantes de equipos y seguro que a precios fuera del alcance para un hobby, asi que mi idea tambien es diseñarla, creo haber conseguido buena informacion como para poder diseñar una, veremos que tal me va, cuando avance con esto colgare la informacion pero si les interesa la info me avisan y la busco.

Nunca he comprado una punta para osciloscopio, pero tengo entendido que no son nada baratas.
Cuando compré mi ya viejito, pero incalculablemente eficaz, TRIO-KENWOOD, venía con dos puntas, las cuales conservo en uso y cuido naturalmente, hace ya más de 10 años.

Entonces te hago una recomendación constructiva para la sonda.
Házla de manera tal, que quede fuera del PCB principal, y fuera también de la conexión de entrada, (generalmente un conector BNC hembra).
De esta forma te permitirá, el día que compres las puntas comerciales, intercambiarlas sin hacer ninguna reforma.

La Red de Compensación que estaría formada por la resistencia de 9 Mohm + el capacitor en paralelo, te recomiendo la construyas en una mini-cajita metalica (jaula de faraday) y en lugar de colocar un capacitor de valor fijo, coloques allí un variable de 5 a 22pF.
Esa red de compensación es para corregir los errores de medición que pueda introducir el cable coaxil, usado en la sonda, debido a lo que se llama Velocidad de Propagación dentro del cable coaxil.

Entonces del "lado de afuera", te quedaría el BNC macho, la red de compensación y el resto del coaxil hasta el conctor/pinzas/lo que uses para conectar

Respecto a la corrección de offset, yo la haría en cada etapa, para no ir acumulando y multiplicando un error desde el principio, para intentar corregirlo al final de todo. Ahí no comparto esa teoría.
Yo le haría la corrección a cada etapa.

.....  pero esa sera cuando mi suegra regrese de viaje en Junio o Setiembre de este año. Aun no lo sabe pero tengo ya preparado varios encargitos para ella. 

Cómo es eso ???? Exprimimos a la suegrita ???     
Un abrazo.
Mario

[gauchosuizo]

hola veguepic

una pregunta: el AO U1 funciona como un convertidor de impedancia, es correcto? o querias poner un AO con una entrada no invertida? Otra cosa: la fuente tiene que estar dimensionada de tal manera que pueda absorver los picos de corrientes. Los diodos que pusistes en el circuito pueden ser un poco lentos, ahi habria que poner diodos schottky o diodos que tenga un Turn-On time pequeño (tiempo de encendido).

[Veguepic]

Hola Mario:

Gracias por las recomendaciones, me son muy utiles.

Habia pensado en usar un tubo de aluminio como jaula de faraday, esto es porque es mas facil de trabajar, supongo que no debe haber inconveniente, siempre y cuando este conectado a tierra.

Ya tengo comprados el cable y los conectores que creo son BNC, son estos que tienen unos topecitos a cada lado en la hembra, y el macho tiene una especie tuerca que se aprieta en estos seguros, mas tarde pego unas fotos para ver si estoy en lo correcto.

Con respecto al capacitor y la resistencia de la sonda, tenia planeado poner uno fijo de 5 pf, pero con lo que me dices debe ser un trimmer, supongo que este se calibra una sola vez y luego no se toca?

Segun recuerdo en los osciloscopios hay una señal cuadrada patron que creo es de 1 KHz la cual sirve para ajustar el equipo, este ajuste se logra con el trimmer de la sonda?

Con lo del offset en cada operacional supongo que es tambien para calibrar el equipo al inicio y luego no se vuelve a tocar?

Cuantas preguntas. 

Cómo es eso ???? Exprimimos a la suegrita ???     

Bueno fuera, pero ella no se deja, cada viaje de ida o vuelta es una amanecida y yo hago de chofer/cargador, lo peor es que siempre las maletas pesan una tonelada.     Si no fuera porque normalmente yo las acomodo para que quepan mas cosas ya sospecharia. 

Hola Gauchosuizo, tienes razon la funcion del operacional es la de adaptar la impedancia de entrada, este circuito esta planeado para no invertir la señal de entrada. Esto se hara luego en las otras etapas.

La fuente aun no la diseño pero si se que debo tener mucho cuidado con ella para evitar cualquier inconveniente. A que te refieres con picos de corriente?

En inicio esta etapa de entrada esta planeada para admitir frecuencias desde 0 hasta 200 KHz, y el muestreo maximo seria de 1 MSPS, la verdad no se si estos diodos seran los adecuados. Si no fueran agradecere si me recomiendan algunos?

Saludos amigos.

Hugo

P.D. Y que paso con Manchaster !

[manchaster]

Gracias por su ayuda

Pero bien lo que yo le tengo miedo es al hecho de que digamos... si conecto por error la punta a linea, 110v de ca, o tambien a circuitos donde los potenciales de el osciloscopio y la señal con respecto a las tierras de cada circuito sea diferente y por ende quemarme hasta la PC 

esa es mi duda, usar una proteccion antes de el circuito analogo como el del señor veguepic a quien le agradesco su ilustracion

Gracias a todos

[manchaster]

La proteccion que tambien necesitaria a la salida de el atenuador  fuera una proteccion de por ejemplo tenerlo en  la minima atenuacion y que le conectara voltaje muy alto como por ejemplo el de linea , como me protegeria de eso?

pueden resistir los 1n4148??