Générateur de fonction à base de DDS: amplification

[invitedc4c7c69]

ouais, ça vaut genre 300 Euros l'ampli !
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[invitedc4c7c69]

Mais comment réalisé une régulation en courant avec un tel truc ?

- Reconstruction du signal de 1 Mhz à travers une résistance ou mesure à des endroits stratégiques... ok pour ça, je peux le faire avec le DSP actuel...

- et je régule quoi, le gain de l'ampli, son entrée ? quel genre de composants utiliser ?

Merci

[Tropique]

Il faut voir ce que tu entends par régulation en courant. S'agit-il d'une régulation "temps réel", qui force l'image du courant dans la charge à suivre exactement la tension d'entrée (en fait Zout=infini), ou bien d'un asservissement du gain de l'ampli pour garder la valeur moyenne du courant constante?

Dans le premier cas, il faut un circuit du genre de celui de la p10 de ce document:
http://www.national.com/an/AN/AN-31.pdf
qui est assez exigeant quant aux performances de l'ampli, et qui peut présenter des problèmes de stabilité sur certaines charges.
Dans le deuxième cas, c'est une simple variante d'AGC.

Certains types d'ampli, comme les OTAs, ont naturellement une impédance de sortie élevée, et se prêtent naturellement mieux à ce genre d'application qu'un ampli en mode tension, qui doit être "persuadé" de fonctionner ainsi grâce aux composants externes.
Cela n'existe probablement pas pour ce niveau de puissance, mais ça peut être recrée en discret.

[invitedc4c7c69]

Donc c'est pour la deuxième solution, je veux réguler le courant dans ma bobine d'excitation afin d'avoir un courant constant (et variable en fonction de la consigne appliquée. Donc une "simple" variante d'AGC !

Admettons que je veuille utiliser un ampli apex avec une boucle de contre reaction... je le ferais ainsi :

- mesure du courant par le DSP au travers d'une resistance
- modification du gain de l'ampli apex par un potentiometre digitale suffisamment précis...

enviseageable ?

[Tropique]

Le potentiomètre n'a pas particulièrement besoin d'être précis: il se trouve à l'intérieur de la boucle de régulation. Par contre, il faut qu'il ait une réponse en fréquence adéquate.
Il y a d'autres options: un "multiplying DAC", qui fait en gros la même fonction, mais avec un temps de réponse plus court et une résolution plus élevée (et qui peut certainement se trouver avec une bande suffisante).
Ou une boucle de régulation analogique, qui reçoit sa consigne du controleur. Quelques idées ici:
http://www.eecg.toronto.edu/~kphang/...martin_AGC.pdf
http://www.discovercircuits.com/A/autogain.htm
Ou alors des solutions hybrides, à base de VGA:
http://www.analog.com/static/importe...ets/AD8376.pdf

[invitedc4c7c69]

Merci, très intéressant. Je ne connaissais pas les "multiplying DAC" qui correspondraient mieux à ce que je veux faire, surtout à cause du temps de réponse bien meilleur que la plupart des digipot.

Bref, ce qui était des propositions d'améliorations devient de l'effectif. J'aimerais ton avis Tropique : j'ai 1.5 mois pour améliorer mon système. L'amélioration consiste selon moi principalement en l'augmentation de l'énergie que je transfers via ma bobine d'excitation. Afin d'obtenir un signal de retour "plus lisible". Le premier shot a donné de bons résultats mais pas suffisant, j'ai un peu sous-dimensionné mon étage d'amplification.

Cahier des charges de mon nouvel étage d'amplification (signal de sortie) :

sinus de 0.5-1.2 MHz, 1 A RMS (pulse <50 ms)
tension d'entrée max : +/- 30 V

(Je dois faire quelques simul avec mes bobines pour connaitre excatement mes besoins, mais en gros, ça tapera dans ces valeurs.)

Comme t'as pu le constater, je pense pas être apte à réaliser un ampli en discret dans ce laps de temps. De plus la fréquence de travail est "quand même" assez élevée et je n'aurai pas le temps de réaliser de layout. Je peux p-e demander à quelqu'un de me dimensionner ça, mais je doute qu'il le fasse en ce laps de temps lui aussi. Qu'en penses-tu ?

Les solutions Apex me semblent intéressantes et assez safe, et assez cher aussi. Je ne connais pas d'autres constructeurs d'ampli de ce type... mais je peux laisser tomber les solutions AOP +/-15V.

Je n'ai pas forcément besoin d'une boucle de régulation, cependant il me faut une sortie variable. Je peux eventuellement réutiliser mon étage d'amplification actuel pour attaquer un ampli apex. Il faut que je calcule le gain max que je peux imposer sur un ampli apex, je pense qu'un étage d'amplification en amont nécessaire (donc j'aurais la sortie de mon DDS 1.2Vpp, un préampli et un ampli de puissance Apex)

Qu'en penses-tu si je prends cette direction ? MeRcI

[invitedc4c7c69]

Pour des solutions Apex, je souhaiterais dimensionner l'ampli qu'il me faut pour mon application.
Le PA09 a une bande passante de 150 MHz et un slew rate de 200V/us, Si je me souviens bien, c'est plus le slew rate qui sera le facteur limitant pour mon application. Ce dernier est-il aussi limité par le gain de la contre réaction ?
J'ai une formule qui dit : SR > 2Pi*f* Vpeak, si Vpeak = 30 V, j'obtiens à 1 Mhz un SR > 400 V/us.
Comment estimer la bande passante avec la contre réaction ? Il y a un autre ampli APex avec une bande passante >> et un slew rate de 900V/us, mais j'ose pas imaginer son prix. Le 09 est 500Euros.

[invitedc4c7c69]

Donc j'ai regardé avec un collègue ce qu'il en pensait et point de vue timing, le PA09 est une solution efficace. L'idée serait de le monter en "deflection amplifier" où le current est une image de la tension d'entrée (y'a le schéma de l'application sur le datasheet du PA09) je garderais l'actuelle amplification mais comme étage préamplificateur. Afin de rendre mon amplification variable, je vais ajouter un digipot sur la contre réaction du préampli (qui attaquera le PA09) est ainsi j'aurai une sortie avec un courant régulé et variable !

Le PA09 est réservé, je l'aurais demain : 500 Euros... si jamais j'en ai trouvé sur ebay : http://cgi.ebay.com.sg/PA09-Video-Po...QQcmdZViewItem pour 82$ mais le délai de livraison est trop long...

[Tropique]

S'il te faut +/-30V, tu as 60V ptp, ce qui correspond à 188.5V/µs à 1MHz.
Le PA09 devrait donc convenir. Le SR ne change pas avec la contre-réaction.
Si l'ampli est compensé par pôle dominant (ce n'est pas toujours le cas pour des amplis rapides), la bande passante est égale au produit GBW/gain en boucle fermée.
Tu peux peut-être envisager le problème sous un autre angle:
Apparemment, il faut que tu délivres à ta charge un courant constant; tu envisageais de faire ça en asservissant la tension, mais tu pourrais également adopter une topologie ayant de façon inhérente une sortie en courant: par exemple une structure de type OTA.
Tu aurais non seulement l'avantage d'un vrai courant constant instantané, y compris sur une charge réactive ou non linéaire, mais tu pourrais également te débarasser de ta boucle d'AGC, et chose encore plus importante, ça travaillerait en boucle ouverte. Or ce qui fait la difficulté (et donc le prix) des amplis de type Apex, c'est la nécéssité d'être stable en mode opérationnel.
Sans cette contrainte de stabilité en boucle fermée, la plupart des problèmes disparaissent ou se simplifient fortement.
J'ai dessiné en vitesse un exemple de structure d'OTA qui convient à ton application, si ça t'intéresse, il sera possible d'élaborer.
Autre avantage de l'OTA, la possibilité d'accepter n'importe quelle charge, court-circuit compris, sans dommage.

[invitedc4c7c69]

Salut,

Merci pour ta réponse, je suis arrivé au même calcul pour le slew rate, ça doit suffire...
Il y a un montage de type "delflection amplifier" dans le datasheet du PA09 en 1ère page. Je pense que c'est un montage OTA, me trompé-je ?! je n'ai pas encore vu ton .gif qui est en cours de validation. L'application note n°5 decrit plus en détail ce montage (http://www.cirrus.com/en/products/apex/app_notes.html).

Mon gain peut ètre relativement faible vu que j'ai un préampli qui peut me sort déja du 20 Vpp. Mais si je peux, je diminuerai le gain de ce préampli, en fait je pensais lui mettre un gain variable et ainsi faire varier l'amplitude de courant de sortie finale.
Je suis d'accord avec toi, je mets de coté la boucle de régulation, on peut faire ça en boucle ouverte...

[invitedc4c7c69]

Je ne comprends pas la différence entre le "deflection amplifier" et un montage OTA.
Si j'ai bien compris, le deflection amplifier en première page du datasheet du PA09 permet egalement de "réguler" le courant dans ta charge. Je pense pas partir sur une solution discrète pour cette phase, car je n'ai pas les capacités de le faire sans une assistance et à court terme. Actuellement j'essaie de dimensionner la contre réaction pour le PA09 et me basant sur ce montage "deflection amplifier"... Apex propose une feuille de calcul excel pour dimensionner Rs, Cf, Rf et Rd... mais actuellement j'arrive pas à la bande passante voulue...

Que penses-tu de la direction prise ?

[Tropique]

Il ne faut pas se baser sur le deflection amplifier, qui est un cas très particulier.
Toi, si tu pars sur l'option PA09, tu ne vas pas faire de la régulation de courant instantanée, tu vas faire un ampli de tension classique associé à un AGC, il faudra simplement choisir le gain et le condo de compensation pour avoir un bon compromis stabilité/slew-rate/bande passante. Ce n'est pas très évident d'après les documents fournis, il faut bien étudier le problème.
Pour arriver à driver ta charge inductive sans risque, il faudra peut-être mettre une résistance ballast en série dans la sortie, pour éviter d'éxcéder le courant max dans certaines conditions.
En tous cas, le PA09 est un ampli en mode tension tout à fait classique, et n'est pas un OTA, il faut donc dimensionner les composants autour de façon classique.

[invitedc4c7c69]

Mais pourquoi ne pas se baser sur un deflection amplifier ? et faire de la régulation instantanée comme le propose le schéma ou l'application note. en faisant varier la tension de sortie du préampli, je ne pourrai pas faire varier le courant ?!
Cependant, je peux également travailler en boucle ouverte en faisant varier le gain de mon préampli sans faire de deflection amplifier... mais je n'assure pas un courant constant dans ma bobine... (le DDS à une tension légèrement variable en fonction de la fréquence)

[invitedc4c7c69]

De plus, je suis en train de chercher un potentiomètre digital (genre 256 positions, interface SPI) pour faire varier le gain de mon préampli. Je ne trouve cependant aucun composant de ce type qui accepte des tensions AC (+/-7V par exemple). J'ai trouvé le AD5290 qui accepte +/-15V mais il a une bande passante de 470 kHz !
Dois-je me rabattre sur une autre solution ? Peut-ètre dois-je préférer un "multiplying DAC"...
ou réaliser un réseau de resistance variable avec un switch analogique, en espérant que j'en trouve avec des BW plus élevé que le digipot précédemment cité !

Merci pour tes conseils !

[Tropique]

Mais pourquoi ne pas se baser sur un deflection amplifier ? et faire de la régulation instantanée comme le propose le schéma ou l'application note. en faisant varier la tension de sortie du préampli, je ne pourrai pas faire varier le courant ?!

Ca va faire double emploi; tu n'as pas besoin de deux régulations séparées.
D'autre part, faire de la régulation de courant instantanée, en boucle fermée, dans une self, est extrêmement délicat comme ils le précisent dans la note d'application. C'est d'ailleurs pour ça que tu n'arrives pas au résultat souhaité quand tu utilises leur tool: tu demandes une tâche impossible.

Cependant, je peux également travailler en boucle ouverte en faisant varier le gain de mon préampli sans faire de deflection amplifier... mais je n'assure pas un courant constant dans ma bobine... (le DDS à une tension légèrement variable en fonction de la fréquence)

Tu peux faire une petite CAG locale, ou mettre un réseau correcteur de fréquence, ou mieux encore, travailler en transimpédance pour éliminer à la source la variation. Il me semble qu'on en avait discuté.

De plus, je suis en train de chercher un potentiomètre digital (genre 256 positions, interface SPI) pour faire varier le gain de mon préampli. Je ne trouve cependant aucun composant de ce type qui accepte des tensions AC (+/-7V par exemple). J'ai trouvé le AD5290 qui accepte +/-15V mais il a une bande

Il faut que tu places cet élément à un endroit où le niveau est compatible, et s'il n'y en a pas, il faut atténuer en amont pour réamplifier en aval. Ce n'est pas très élégant, mais s'il n'y a pas d'autre solution...
Et c'est valable également pour un multiplying DAC: je ne suis pas certain que tu puisses trouver un modèle adéquat, et ayant la possibilité de traiter +/-7V.

[invitedc4c7c69]

Merci pour les réponses... je suis effectivement en train de me rapprocher du DDS (là ou le signal est encore "unipolaire", 1.2Vpp, donc un sinus entre 0 et 1.2V) à cet endroit je devrais pouvoir amplifier plus facilement mon signal... par contre ces digitpots ont souvent une BW de max 1Mhz et ça me plait pas. J'hésite à me diriger vers un ampli à gain variable .

une petite CAG, c'est quoi, un filtre qui me corrige mon attenuation ? je vais voir ce que je peux faire pour éliminer la variation en travaillant en transimpédance... si tu as des conseils, je les prends !

[Tropique]

En anglais, l'équivalent d'une CAG est une levelling loop. Voir p.ex. p63 de ce document:
http://www.linear.com/pc/downloadDoc...28,P1219,D4138
Il contient d'ailleurs pas mal de choses qui pourraient t'être utiles.

[invitedc4c7c69]

Salut et merci pour l'application note, y'a pas mal d'infos.
Le leveling loop de la figure 139B pourrait suffire dans mon cas.
En le plaçant à la sortie du DDS (le DDS a une sortie en courant, une resistance de 200 Ohms permet d'obtenir une tension variant entre 1.2Vpp et 0.6Vpp (environs) en fonction de la fréquence)
Donc je remarque que le circuit de la Figure 139B utilise un ampli à transconductance à gain variable, gain "controlé en courant" par le montage du LT1006 (je n'ai pas super bien compris le montage, LE LT1006 agit un peu comme un redresseur?)
Je vois également la sortie qui peut ètre ajusté par une simple resistance (ce qui ajoutera un offset au courant de sortie, désolé si les termes utilisés sont flous)

Penses-tu que ce soit une bonne idée de partir sur ce montage, avec les mêmes types de composants pour le faire à la réquence de 1Mhz.

ça voudrait dire: le DDS, la leveling loop, éventuellement un préampli (ça dépendra du gain que je peux obtenir sur la leveling loop mais je dois pouvoir faire sans) et finalement le PA09 pour la puissance. Il reste à rendre le gain total du système variable, je peux éventuellement controler "digitalement" le resistance variable de la Figure 139B ?

Qu'en penses-tu ? ce n'est certainement pas la solution la plus élégante, mais je cherche la simplicité en fait à ce stade!

De plus, mais ça j'ai pas encore regardé de mon côté, si tu as des références de bon bouquins sur l'electronique analogique, je serais très intéressé...

Je joins la figure 139B de l'app note

[Tropique]

Dans ce montage, la référence de tension LT1004 sert de consigne; les résistances permettent juste un réglage fin.
Il suffit que tu mettes une sortie de DAC à la place du LT1004, et le circuit va faire le reste, la tension de sortie sera asservie à la sortie du DAC.

[invitedc4c7c69]

Ok merci, donc je vais mettre un DAC ou voir si je peux faire quelque chose avec mon DSP, je peux utiliser une sortie PWM avec un petit filtre par exemple 0 - 3.3V ?

Donc la tension d'entrée (DC) de l'entrée inverseuse du LT1006 fixe la tension de sortie de A2 (en tout cas il fixe le gain)? Là elle est fixée par la zener à 1.2V et ajustée avec les resistances. Mais 1VDC de référence donnera 2Vpp à la sortie ? si j'utilise la sortie PWM de mon DSP, je pourrai faire varier cette tension de référence entre 1.2V et 3.3V, ce qui me suffirait comme de dynamique.

Ici un lien sur comment donner une BW un peu plus élevée aux digipots :
http://www.maxim-ic.com/appnotes.cfm/an_pk/3081
J'ai trouvé ça en cherchant pour mon gain variable... mais si je pars sur le montage précedent y'aura pas besoin.

[Tropique]

Tu peux utiliser une sortie PWM, à condition qu'elle soit parfaitement filtrée.
Le LT1006 sert d'amplificateur d'erreur et s'arrange pour que la tension détectée (valeur moyenne) équilibre la tension de référence.

[invitedc4c7c69]

Un filtre RC correctement dimensionné te semble insuffisant ici ? en prenant garde aux constante de temps du(des) filtres...
(c'est par le biais de ce PWM que je ferai varier le gain de l'ampli, en fonction de la position du secondaire, il me faudra une réponse +/- rapide, < 1 ms. Je peux générer mon PWM à 200kHz.

Merci

[Tropique]

Tout ripple résiduel va se retrouver sous la forme d'une modulation AM parasite.
Il faut voir quel niveau de pureté spectrale est nécéssaire, et dimensionner le filtre en conséquence. Si un simple RC ne suffit pas, il faut passer à un ordre supérieur, et si ce n'est pas encore suffisant, il faut utiliser des méthodes plus évoluées, avec un filtre à intégrateur-bloqueur synchrone du PWM p.ex.

[invitedc4c7c69]

Ok merci pour les infos, je reviendrai certainement sur ce point dans quelques temps, je vais déjà essayer de réaliser le leveling loop de la Figure 139B, en fonction des résultats j'aouterai cette fonction (gain variable commandé par PWM)

MErci

[invitedc4c7c69]

Salut,

Je suis en train de faire des tests avec le LT2808. Je l'utilise actuellement tel que présenté sur le schéma de la figure 139A, cependant je controle le gain avec un potentiomètre, pas de leveling loop. J'ai de la peine à obtenir un signal propre, j'observe des glitch (tout le 1.5 us, comme tu peux le constater sur la pièce jointe sortie .

Je travaille sur une plaque à trou.
L'alimentation +/- 15 V provient d'un TRACOPOWER (tension d'entrée 5V générée avec une alim de labo Agilent, super stable)
J'ai des capa de découplage proche de chaque pin d'alimentation du LT1228 47uF tantal + 100nF ceramic.

j'utilise un générateur de tension instek. J'ai p-e un souci avec la référence du signal AC, je l'ai connecté à la "masse générale", mais ça me semble correct. J'ai déja pu eliminer pas mal de bruit en éliminant quelques boucles de masse.

Si tu as une idée, merci !

[Tropique]

Ce n'est pas très clair, tu parles de 2808, de 1228 sur la figure 139A, alors qu'il est sur la 139B.
Quoiqu'il en soit, tes glitch proviennent visiblement d'un convertisseur, qui fonctionne à une fréquence proche de ton signal. C'est vraisemblablement ton "Traco", à moins qu'il n'y ait une autre source de pollution dans les parages.
A priori, ce genre de module est à éviter dans l'électronique sensible. Il n'y a pas de normes EMI/RFI devant être respectées par les fabricants, et cet aspect est généralement dans les zones "grises" des specs, parce que c'est assez difficile de faire quelque chose de propre et compact, et les fabricants, qui ne sont pas masochistes, ne s'autopunissent pas en publiant des chiffres défavorables.
Il vaudrait mieux essayer d'alimenter directement ton système avec une alim linéaire.
Si tu n'as pas le choix, ce genre de module a généralement trois modes de perturbation dominants: du mode commun entre entrées et sorties, qui s'éliminent le mieux en court-circuitant en AC, au niveau du module, masses d'entrée et de sortie. Et s'il n'y a pas de contraintes d'isolation des tensions, ça peut de préférence être un vrai court-circuit, sinon un condensateur, le plus élevé tolérable.
Les autres perturbations sont électrostatiques et magnétiques. Le plus simple est d'allonger les connections de 25cm, et de le mettre en quarantaine dans un coin où il n'a rien à perturber. Sinon des blindages peuvent aider.

Je ne comprends pas ce que tu veux dire avec la référence connectée à la masse générale. A priori, ça doit aller à la masse de l'entrée.
Si tu faisais un croquis des connections entre tes différents éléments, ça aiderait à comprendre ce qui se passe.

[invitedc4c7c69]

Hello, désolé, effectivement, Figure 139B avec le LT1228, le F2808 c'est mon DSP !

ce bruit provient bel et bien de l'alim Traco, c'est certainement la freq de découpage.

J'avais court_circuité masse d'entrée et sortie du traco hier, et ça avait amélioré les choses.

"Et s'il n'y a pas de contraintes d'isolation des tensions, ça peut de préférence être un vrai court-circuit, sinon un condensateur, le plus élevé tolérable."

Je n'ais pas compris cette phrase

Je vais poursuivre avec l'alim de labo et voir ce que je peux faire par la suite. MErci

[invitedc4c7c69]

Trop cool ce leveling loop, ça marche "pas trop mal" à 1Mhz, la tension de ref est bien asservie à la sorite du LT1228. Je vais améliorer un peu le truc et ensuite essayer de controler le gain avec le PWM !

MErci

[invitedc4c7c69]

En fait je me rend compte que je ne comprends pas très bien ce qu'il se passe avec la zener et sa cathode à -15V. L'ampli LT1006 est un montage intégrateur.

En fait en lisant le datasheet du LT1228 :

The voltage at Pin 5
is two forward biased diode drops above the negative
supply, Pin 4. Therefore the voltage at Pin 5 (with
respect to V–) is about 1.2V and changes with the log of
the set current (120mV/decade)

Là je comprends mieux, mais quelle est la manière la plus simple de régler l'offset du gain avec une sortie PWM 0-3.3V. Je fais des tests en remplacant la zener par une tension de 1.2 V (alim de labo) mais c'est pas identique...

[invitedc4c7c69]

Ah la tension doit être négative, du fait que l'ampli intégrateur est inverseur (c'est juste ce que je dis?)

Avec l'alim de labo, je peux faire varier le gain comme je le souhaite, en inversant la polarité... c'est intéressant !Tu procèderais comment avec mon PWM, dois-je ajouter un ampli inverseur ? Tu trouves que ce serait mieux de faire ça avec un digipot ? En ce qui me concerne, le PWM me plairait bien ! Merci