PhotoDiode运放不理解的地方

只看该作者 · 2021-3-8 13:25

如图，GD32的

1万 · 2021-3-8 13:35

提供另外一个思路：
这个GD芯片的AD，性能怎么样？
据我所知，ST芯片的AD很一般，这个GD我相信不会太好。

1万 · 2021-3-8 13:39

把模拟电路、AD采集分开，各自单独考察。

只看该作者 · 2021-3-8 14:08

玄德发表于 2021-3-8 13:35
提供另外一个思路：
这个GD芯片的AD，性能怎么样？
据我所知，ST芯片的AD很一般，这个GD我相信不会太好。

这点我也试过
前面有说GD32 实际是10位ADC什么的。然后用STM32F051来测试过，采集的ADC值，输出到串口PC 曲线数据分析倒是差异不大，只能说GD 80分话，ST的85分吧，也可能我采集的方式等不合理，看不出差异。

原先进口产品用的EFM32G210XXX silicon lab 模拟界很厉害，但实际我也不知道进口产品代码怎么实现的
无法对比，光示波器看也看不出波形。

这个产品尺寸非常小，CPU只能4*4mm内才能布局下，可选的QFN28 ,QFN32的带ADC 还要DAC的不是太多。

华大一款170 也打算画板子试试看。

只看该作者 · 2021-3-8 14:10

本帖最后由〽️〽️〽️ 于 2021-3-8 14:11 编辑

玄德发表于 2021-3-8 13:39
把模拟电路、AD采集分开，各自单独考察。

这点也是很好的建议。

实际几周前我将模拟电路运放和光学部分做一起。然后adc dac 电源引出线 10cm 到另外一块纯数字电路的GD32F150 核心开发板上后
性能就好了很多，表现就是采集稳定。所以阻抗匹配，布局是确定有影响的

1万 · 2021-3-8 15:09

〽️〽️〽️ 发表于 2021-3-8 12:44
是的，叶总，没错。
是关闭LED激发脉冲（如上图，持续激发10ms样子）后，采集整个过程大约30ms，前面6ms ...

你是用这个算法？

只看该作者 · 2021-3-8 15:23

本帖最后由〽️〽️〽️ 于 2021-3-8 15:53 编辑

我用的没这么复杂，这个看着好复杂，GD32 能几ms内计算完成吗？因为考虑串口modbus通信，不能阻塞大量时间计算。
ln计算还是挺耗时的 cpu不带硬件浮点计算因此我的方法是这样的

1.  A  B C D E F    G 这7段  都是1ms一段，每段有100个 adc采集值
2.  将G噪声段去掉最大，去掉最小做平均
3.  A  B C D E  F  数据全部减去G的平均值，然后600个数据全部归一处理
4.  A段100个数据平滑累加得到一个值， B也是,依次到F，
5.  I0 就是第一个取的3000值，他是动态的 3000 ±1%
6.  然后t1=T1/ （lnI0-ln A） , t2=T2/（lnI0-ln B）,  。。。。算法t6  。Tx就是I0时间开始的一段一段加大值
7.  得到 t1 t2 t3 t4 t5 t6
8.  以F段的最后一个数据为I0，反过来倒退计算 6段t, t7=T7/ （lnXX-ln F）....  得到t7 t8 t9 t10 t11 t12

( t1 t2~~~~~t12  理论上在指数曲线上，那么按指数衰减点上这样计算全都是比如3500，但实际存在双指数曲线问题，噪声等等
有差异的，特别是刚开始采用的A段指数计算，还有尾巴的中间的比较平稳些，其实这部分算法我还是没彻底高清怎么处理才能更平稳到小数点)
9.  再t1~t12进行去最大最小后求平均，得到要的最终t值

12位的ADC 和DAC 闭环控制这个系统，需要-50°C到200°C  做到 0.1精度，稳定下来。

只看该作者 · 2021-3-8 15:29

本帖最后由〽️〽️〽️ 于 2021-3-8 15:30 编辑

叶春勇发表于 2021-3-8 15:09
你是用这个算法？

方法如上回帖

只看该作者 · 2021-3-8 16:04

关于器件更新下，楼猪层我说错了±0.25pF
实际是C1 ,1pF容量 ±0.05pF ML03511R0AAT2A

1万 · 2021-3-8 16:20

〽️〽️〽️ 发表于 2021-3-8 15:23
我用的没这么复杂，这个看着好复杂，GD32 能几ms内计算完成吗？因为考虑串口modbus通信，不能阻塞大量时间 ...

我看了你发的资料，最终值有个直流偏置
跟你的方法对比，我是求差，把偏置c搞掉了。
我是在固定时间T0开始，读个ADC值，然后等间隔T0+T,T0+2T读取两个值
通过推导三点拟合求出I=a*e^(b*t)+c我的b是tao(T)的倒数
我这个不求平均值，得出个b=(1/T)*ln((I0-I2)/(I0-I1)-1)
tao(T)=T/ln((I0-I2)/(I0-I1)-1)
通过求差c偏置，被抵消了
a是增益，变化不大

你的数值减去了G段，相当于最终输出为0.

1万 · 2021-3-8 16:45

〽️〽️〽️ 发表于 2021-3-8 15:29
方法如上回帖

我个人认为，dac调光是多余的。

只看该作者 · 2021-3-8 17:00

本帖最后由〽️〽️〽️ 于 2021-3-8 17:01 编辑

叶春勇发表于 2021-3-8 16:45
我个人认为，dac调光是多余的。

这个我个人的理解应该必须要的
DAC是调节LED强度的，如果没有强度控制的话，那不同的传感器线，有的1米，有的10米才能经过光路返回，同样的温度，返回的固定时间第一个假如各种ADC值都有的话，差距值也非常大，
I0 现在就是为了恒定3000 适应各种返回光纤长度返回，实际就是适应各种光学返回adc, 不加DAC改变LED强度那好像没法解算t值吧?

只看该作者 · 2021-3-8 17:07

本帖最后由〽️〽️〽️ 于 2021-3-8 17:30 编辑

叶春勇发表于 2021-3-8 16:20
我看了你发的资料，最终值有个直流偏置
跟你的方法对比，我是求差，把偏置c搞掉了。
我是在固定时间T0开 ...

其实我也一开始就采集几个点用您这方法差不多过程的。当然求差C偏置这个我不理解，所以没用到

只采集几个点的话会数据非常不稳， tao 值可能几十上百的变化。因此我摸索了几个月
才形成了上述我的方案。

关于G段，因为噪声可能变动，所以我所有采集的ADC值，都去掉了噪声。实际硬件测试时发现
好像去不去掉都影响不大，但是老外做的它的噪声去掉直接稳定！
不去噪声也是跳动很大（不用铜包裹产品接GND）
这里面至于软件怎么去的，我没源码也未知，但通过实验就是硬件产品外壳塑料的，塑料再用金属皮
包裹后与电源GND接一起，就超级稳定.

我设计的和老外明显差异就是，我的铜皮包裹后噪声可以看到值波动很小很小，可对tao值最后没多大关联，还是不稳定tao。

这样的我计算方式应该是不太合理的，确实是G段噪声有没有最终和计算tao 基本没多大关系了，这也是疑惑我很久的问题，如何取解决

1万 · 2021-3-8 17:26

本帖最后由叶春勇于 2021-3-8 17:29 编辑

〽️〽️〽️ 发表于 2021-3-8 17:07
其实我也一开始就采集几个点用您这方法差不多过程的。当然求差C偏置这个我不理解，所以没用到

只采集 ...

说白了，你知道2500adc对于的t，可以反求出3000adc对于的t

只看该作者 · 2021-3-8 17:34

叶春勇发表于 2021-3-8 17:26
说白了，你知道2500adc对于的t，可以反求出3000adc对于的t

是的，到不了0。 30~60样子

只看该作者 · 2021-3-8 22:30

【软件部分】曲线拟合：
软件需要对 ADC 数据拟合 y = a * exp(-b * x) + c 这样一个函数。

示例 1
从 17 楼的图中读了一组数据：

在 Matlab 中用 Curve Fitting 工具拟合了上述函数：

示例 2
在 Excel 里：

利用规划求解 (Solver)：

通过使误差平方和最小，而求得拟合函数的参数。

算法 1
p1 = p - c
p —— ADC 读数。
c —— 拟合函数参数之一。
y = Ln(p1)
用 t 和 y 进行线性回归
t —— 采样时刻。

对不同的 c 值，重复上述过程，使得拟合优度指标 R2 达到最大。
需要迭代是这个算法的一个不足之处。

线性回归在数理统计的教科书上有。
由于 p1 必须大于 0，在拟合过程中，需剔除 p < c 的数据。
这是这个算法的另一个不足之处。

算法 2
仿照 Excel 规划求解的方法，
这个算法需要自行设计规划求解，并进行迭代。

曲线拟合还有其它的方法，比如将（指数）函数展开成级数，
然后拟合多项式……

各种算法各有千秋。LZ 自创的算法需参考示例的方法，验证其正确性。
如果有（比较大的）偏差，就需要重新设计算法。

只看该作者 · 2021-3-8 22:37

Jack315 发表于 2021-3-8 22:30
【软件部分】曲线拟合：
软件需要对 ADC 数据拟合 y = a * exp(-b * x) + c 这样一个函数。

谢谢，我把一些采用数据发出来看看

只看该作者 · 2021-3-8 22:44

本帖最后由〽️〽️〽️ 于 2021-3-15 17:21 编辑

分段采集的 ADC，多次采集。
ADC的曲线，看着时候没有明显的异常ADC 都重合一起了

只看该作者 · 2021-3-8 22:46

如上图，我打印了 1m内的间隔100us 的10组数据，对应 A B C D E F 最后Z就是G段噪声adc值

只看该作者 · 2021-3-8 22:58

【硬件部分】
信号放大后，在进入 ADC 之前需要一个抗混叠的低通滤波器。
具体可参考下列帖子：
《ADC采集低通滤波问题》的 14 楼：
[https://]
bbs.21ic.com/icview-2868898-1-1.html

C1 和 C2 及相关电路构成了一个低通滤波器。
在原设计中用的单片机中自带一个 RC 低通滤波器。
两者合起来，在阻带有 -60 dB 的衰减。
从这一点来说，对 12-bit 的 ADC 基本能满足要求。
新设计中用的单片机没有自带的低通滤波器。
这样在阻带就只有 -40 dB 的衰减，有点欠缺。

ADC 的输入是采样保持电路，对输入信号源的内阻要求足够小。
作为一个万全的措施，宜再加一级跟随器电路。

数字电路（单片机）有强烈的开关干扰。
因此在 PCB 布线时，数字地与模拟地要分开走线，在电源处合并。
在电源回路中的磁珠视情况而决定是否需要。

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