Problemas con circuito de acople al modulo ADC.

[alexiel]

Hola señores del foro.
He tenido inconvenientes con el modulo ADC del dspic33fj64gp802, y he leido de muchos problemas que se han tenido con el ADC y se han solucionado en este foro.
Mi problema es el siguiente:
Necesito tomar información de señales acústicas captadas con un micrófono, ésta señal es amplificada y pasada por un filtro pasabanda (conformado por un filtro pasa alto en serie con un filtro pasa bajo), circuito adjuntado con nombre filtro activo. La señal filtrada se pasa por el circuito adjuntado con el nombre sujetador, para evitar que la señal pase del nivel permitido por el ADC.
 El problema que tuve al principio fue que se perdían muchos datos, me daba cuenta de esto porque cuando utilizo el modulo ADC, los datos que se digitalizan se envían serialmente por el modulo UART hacia el computador y los grafico en matlab, de antemano comento que el modulo UART está bien configurado porque lo he utilizado muchas veces para este fin. De muchas pruebas realizadas y leyendo en las especificaciones eléctricas del Dspic, encontré que si la resistencia total vista por el ADC pasa de los 10K, la conversión puede verse afectada, donde la solución es poner a la entrada un condensador de 0.1uF.
Coloqué el condensador mencionado y todavía seguía perdiéndose datos, aumenté el valor a 4.7uF y el ADC comenzó a funcionar correctamente, pero el problema de esto es que la señal se atenúa mucho.
Señores del foro, después de comentar todo esto, quisiera preguntarles: Los circuitos que propongo (adjuntados) para acondicionar la señal al modulo ADC, no son los adecuados?. De antemano agradezco por la colaboración brindada.

[migsantiago]

Hola, cuando colocas un capacitor a la entrada del ADC, ¿lo conectas entre la señal y el pin ADC o lo conectas entre el pin ADC y tierra?

En tu circuito no veo la etapa en donde monta la señal del micrófono en una componente DC para que sea medida por el ADC, ¿el ADC del dsPIC tolera señales bipolares?

[alexiel]

Hola, cuando colocas un capacitor a la entrada del ADC, ¿lo conectas entre la señal y el pin ADC o lo conectas entre el pin ADC y tierra?

Hola Santiago, el capacitor que recomiendan lo puse entre el pin ADC y tierra. Tomado del datasheet: Section 16. Analog-to-Digital Converter (ADC) dsPIC33F/PIC24H Family Reference Manual referencia DS70183B en la seccion 16.20 DESIGN TIPS, que dice textualmente:
2. Often the source impedance of the analog signal is high (greater than 10 kΩ), so the current drawn from the source to charge the sample capacitor can affect accuracy. If the input signal does not change too quickly, try putting a 0.1 μF capacitor on the analog input. This capacitor charges to the analog voltage being sampled and supplies the instantaneous current needed to charge the 4.4 pF internal holding capacitor.

En tu circuito no veo la etapa en donde monta la señal del micrófono en una componente DC para que sea medida por el ADC, ¿el ADC del dsPIC tolera señales bipolares?

La señal filtrada va al circuito sujetador, grafico adjuntado con nombre sujetador. Las dos resistencias de 10K ohmios (R5 y R6) sujetan la señal a la mitad de VDD/2, siendo VDD la alimentación del dspic en este caso 3.3V. No el dspic que utilizo no tolera señales bipolares. Y el max voltaje que tolera por el ADC es 3.6V.

[Suky]

Buenas, no le falata una resistencia del lado del capacitor al sujetador para que adecue los niveles correctamente? Fuera de eso, a que velocidad estas muestreando? Porque como haces para tomar la muestra y enviar por UART a la PC? 


Saludos!

[migsantiago]

Hola Santiago, el capacitor que recomiendan lo puse entre el pin ADC y tierra. Tomado del datasheet:

Section 16. Analog-to-Digital Converter (ADC) dsPIC33F/PIC24H Family Reference Manual referencia DS70183B en la seccion 16.20 DESIGN TIPS, que dice textualmente:

2. Often the source impedance of the analog signal is high (greater than 10 kΩ), so the current drawn from the source to charge the sample capacitor can affect accuracy. If the input signal does not change too quickly, try putting a 0.1 μF capacitor on the analog input. This capacitor charges to the analog voltage being sampled and supplies the instantaneous current needed to charge the 4.4 pF internal holding capacitor.

La señal filtrada va al circuito sujetador, grafico adjuntado con nombre sujetador. Las dos resistencias de 10K ohmios (R5 y R6) sujetan la señal a la mitad de VDD/2, siendo VDD la alimentación del dspic en este caso 3.3V. No el dspic que utilizo no tolera señales bipolares. Y el max voltaje que tolera por el ADC es 3.6V.

Ten cuidado. El capacitor de 0.1uF entre el ADC y tierra funge como filtro pasa bajas. La sección de la appnote que pones dice explícitamente: "If the input signal does not change too quickly". Una señal de audio va de 20Hz a 20kHz y el capacitor de 0.1uF está atenuando la parte baja del espectro de frecuencia.

Sobre las 2 resistencias de 10K, no sé si realmente conviertan la señal a una polarizada positivamente. Pero si te funciona, no hay problema.  Si no te funciona, prueba con un amplificador sumador que sume 1.65V a la señal.

[alexiel]

Buenas, no le falata una resistencia del lado del capacitor al sujetador para que adecue los niveles correctamente?
Saludos!

Suky gracias por la respuesta. No te entiendo casi lo que me quieres decir. Al lado del condensador de valor 33uF. R5 y R6 de 10K ohmios las utilizo para sumar una componente de DC de valor de VDD/2, en este caso de 1.65V, a la señal filtrada para luego ingresarla al modulo ADC y los diodos Schottky para que la señal no supere los niveles permitidos por el ADC.

Fuera de eso, a que velocidad estas muestreando? Porque como haces para tomar la muestra y enviar por UART a la PC? 

Yo tomo primero unas 1000 muestras con el ADC y luego las envio al PC. El ADC lo configuré a una frecuencia de muestreo de 29090Hz.

[alexiel]

Hola Santiago, excelente por el interés que muestras por el problema, Gracias. Si, es verdad lo del condensador actúa como filtro pasa-bajas. El filtro pasabanda que utilizo, lo configuré con frecuencia central de 4850Hz, porque es la frecuencia que analizo, el paso de banda va desde los 3Khz hasta los 6Khz. Pero al subir el condensador de valor 0.1uF a 4.7uF el ADC dejaba de perder datos, porque si ponía al ADC a recoger 500 datos y después el Dspic me los envía al PC por el UART, llegaban todos y los graficaba en Matlab, sin problemas. Pero se me atenuaba la señal MUCHO, de 1V de amplitud de la señal me la baja a 35mV, que horror. Además los calculos que luego hago con la señal dependen drásticamente de la amplitud, pero no la puedo amplificar por software porque altero la señal.
Con referente a lo de sujetar la señal a un nivel DC, yo siempre lo he hecho con resistencias, no sé que tan fiable u optimo sea. Que sugerencias me pueden dar para esto y si los diodos Schottky si son los correctos para el uso que les doy que es el de recortar la señal si se pasa de 3.3V y se baja de 0V. O hay otras mejores opciones.

[migsantiago]

Si tienes problemas por acoplamiento de impedancia a la entrada del ADC sólo coloca un seguidor de voltaje después de los diodos zener. No coloques ningún capacitor en la entrada ADC porque estarás atenuando toda frecuencia que rebase los 200Hz aproximadamente.

Sobre sujetar la señal a un nivel de DC, como te mencionaba anteriormente, usa un sumador de voltaje hecho con amplificadores operacionales.

Un ejemplo de sumador de 1.65V es éste:

http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?topic=19699.msg240561#msg240561

Sólo encárgate de agregar tu filtro pasa banda antes del sumador y del seguidor de voltaje.

Y si te es posible, usa un osciloscopio para corroborar que lo que estás transformando sea correcto.

[alexiel]

Hola, probé el circuito de Jfmateos y modifiqué un par de cosas para adaptarlo al material que tengo a la mano y para el voltaje de 3.3V.
Funciona muy bien su circuito, monta la señal alterna del micrófono en 1.65V.

http://img192.imageshack.us/img192/4965/abcd0002aq.jpg

http://img709.imageshack.us/img709/2004/abcd0002mh.jpg

Hola Santiago trato de abrir estos dos links, los que tu me recomiendas y sale error que no se puede encontrar el servidor. Si hay otra forma de ver los links o si estan en otro lado, por favor hágamelo saber.
Pero si es la conclusión que he sacado que el problema es de acople de impedancias..

[migsantiago]

Aquí los tienes.

[alexiel]

Gracias por la información. Voy a probar el circuito haber como se comporta y estaré comentando mas adelante.

[alexiel]

Hola Santiago, probé el circuito.
La única modificación que le hice fue la resistencia de 470K se la cambié por 1K, porque no necesito amplificar la señal que viene del filtro porque ya lo está.
Funciona el circuito. Pero tengo una pregunta a usted le funciona como a mi. Es que la salida se satura muy rápido y lo máximo en amplitud es 1.8V, y la señal solo baja hasta 640mV. Le adjunto las imágenes con las señales, la amarilla es la entrada al circuito y la azul es la salida ya pasado por el sumador y por el seguidor de voltaje. Como se ve en la señal azul no pasa de 1.8V y por debajo solo baja a 640mV que no es tan critico. Lo critico es que solo sube la señal hasta 1.8V. La alimentación es de 3.3V. Cuando usted probó el circuito le funcionó igual??? Es que si se sujeta la señal a 1.65V solo llega hasta 1.8V, y de ahí en adelante lo recorta. Habría una forma de solucionar esto?

[migsantiago]

No he probado la señal con osciloscopio cuando hice el circuito pero prácticamente lo que está pasando es que el voltaje está saturándose a 1.8V porque el amplificador operacional es lo máximo que da.

Idealmente, si uno alimenta el ampop a 3.3V, la salida debe ser de hasta 3.3V. En la práctica la salida es menor a 3.3V y en tu caso es de 1.8V.

Considerando eso se puede hacer lo siguiente...

- El voltaje de referencia del dsPIC en vez de operar a 3.3V para su ADC podría ajustarse a 2V para atrapar toda señal sin desperdiciar rango dinámico (aprovechar toda la escala de conversión del ADC)
- El sumador en vez de sumar 1.65V deberá sumar sólo 1.0V (la mitad de 2V)

Con estos cambios la señal no se saturará y cabrá perfectamente en la escala de conversión del ADC.

Voy a armar el circuito de nuevo para corregir esos errores que estás detectando. A ver si el fin de semana te paso una versión limpia. Si los comentarios de arriba funcionan, avísame porfas para tenerlos en cuenta.

[AKENAFAB]

No les sirve un amplificador rail to rail para que entregue los 3.3v o lo más cercano a su alimentacion??

[migsantiago]

No les sirve un amplificador rail to rail para que entregue los 3.3v o lo más cercano a su alimentacion??

Suena bien, ¿cuál propones para reemplazar al obsoleto LM324?