アナログのゼロドリフトサンプルを達成し、何時間も保持する方法は？

このいわゆる「ゼロドリフト」オペアンプは、温度85℃、1 uFのキャップで.001V /秒で垂下します。スペックを正しく読んでいれば、3.6V /時です！

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lf398-n.pdf

約250 ppmまたは同等の12ビットの希望する解像度内でドリフトまたはドループが発生した状態で、低電流Vを最大約5時間保存する方法はありますか？

「低電流」とは、mAまたはuAスケールを意味します。

サンプルレートは、1秒に1回から5時間に1回の間です。

アナログの知識を探求し、拡張したいので、アナログドメインに留まることをお勧めします。

ソリューションは実用的であり、一般的に入手可能なコンポーネントを使用する必要があります

デジタルソリューションは問題ありませんが、コードフリーである必要があります。したがって、プログラマー以外の人もアクセスでき、コンピューターを実装する必要がないため、コンピューターを所有していない人（経済的に不利な10代のiメンターなど）がアクセスできます。 。

特定の部品番号を尋ねるのではなく、基本的な方法だけです。

更新：
製造業者は、私の推定時間当たりのドループが正しいことを確認しました。メーカーによると、垂下は、バッファアンプの入力バイアス電流と、通常のコンデンサリークだけでなく、スイッチを介して発生する可能性のあるあらゆるリークの影響を大きく受けます。 https://e2e.ti.com/support/amplifiers/precision_amplifiers/f/14/p/641041/2365384#2365384

まあ、それは解決策のようですが、それは過去からのちょっとした爆発です...

アナログメモリデバイスの調査（1962年から）

「トランスポラライザーは、より広く知られているトランスフーキサーの静電アナログです...」

より最新のソリューションとしては、ADCとDACを備えたマイクロが適しています。また、アナログソリューションとは異なり、温度に対して安定している可能性が高く、これは常に素晴らしいボーナスです...

大きなキャップについて：いくつかの問題があります。

• コンデンサの値は温度に依存するため、キャップ内の電荷量が一定の場合、電圧は温度によって変化します。効果は、キャップのタイプに応じて、非常に小さくなります。

• コンデンサのリークは温度に大きく依存します（電解の場合）

• X7Rは圧電マイクロホンです。

• 誘電吸収とは、キャップを充電してから取り外し、少し待ってから、電圧が異なることを意味します。また、充電（または放電）する前の電圧にもよります。また、電源のデカップリングを目的とした大きなキャップの場合、その影響は完全に無害なので、誰もそれを気にしないため、仕様はありません。温度や経年変化に依存するかどうかはわかりませんが、変化しない理由はありません。高精度インテグレーターやそのようなものを対象としたキャップについてのみ、有用な仕様が得られます。

私は470µF 6V3 Panasonic FRキャップの漏れを測定したことを覚えています。数分間5Vに充電してから、数分ごとに測定しました。DAにより電圧が急速に低下し、その後約4Vで安定します。キャップを棚に1週間置き、再度測定しました。計算されたリークはナノアンペアでしたが、誘電吸収を克服するために、それをしばらく（数日ではなくても少なくとも数時間など）目標電圧に維持する必要があります...したがって、このアプリケーションでは完全に役に立たないでしょう。 。

電動ポテンショメータを入手してください。サンプリングするには、オペアンプを使用して差をゼロにし、ホールドしないでください。精度はおそらくかなり低くなりますが、ドリフトはありません。

標準のアナログコンポーネントでは、これに対する答えは「いいえ」ではありません。

もちろん、十分な大きさのコンデンサやその他のストレージエレメントがあれば、長期間にわたってレベルを目的の差動内に維持できますが、時間の経過に伴って常にある程度の損失が生じます。さらに、記憶装置から情報を抽出する行為は、その装置からエネルギーを取り除く。

理論的には、外部磁場から適切に分離された超伝導ループを使用すると、不定電流を確立できます。しかし、繰り返しますが、その電流の測定にはエネルギーの除去が含まれます。

添加

別の代替案は、ホール効果センサーの存在下で、いくつかの材料または物質を「永久に」磁化することかもしれません。適切な素材を使用すると、その「レベル」を非常に長期間保存できます。

しかし、もちろん、それをデジタルで行うだけの方がはるかに安価で簡単です。

ただし、マイクロは必要ありません。

以下は、アナログ/デジタルハイブリッドピーク検出およびホールド回路です。

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

この回路は、フォロワDACを使用して、カウンタの電圧レベルをスルーし、コンデンサの電圧と一致させます。DAC値が一致すると、カウントが停止し、電源がオンである限り、またはCLEAR信号が送信されるまで出力電圧が維持されます。キャップがピークレベルを保持する必要があるのは、カウンターがその電圧までランプアップするのにかかる時間だけです。明らかに、出力の粒度は、カウンター/ DACのビット数に依存します。

真の「サンプルアンドホールド」回路では、以下に示すように追加の入力、またはカウンターが値のステップ内にあることを検出するための何らかのウィンドウコンパレーターが必要になります。

^{この回路をシミュレート}

カウンタ/ DACのスルーレートが元の信号のスルーレートよりも速い場合、アナログサンプラーはまったく必要ありません。

デジタルでははるかに簡単ですが、慎重に部品を選択することで、これをアナログで確実に行うことができます。

基本的に、3つの高性能コンポーネントが必要です。

• 低リークコンデンサ
• 低リークアナログスイッチ
• 出力バッファ用の低入力バイアス電流オペアンプ

数時間保持する予定がある場合は、従来のセラミックコンデンサを忘れてください。あなたの最善の策は、ポリプロピレンフィルムコンデンサです。Bob Peaseは、リークレートの特性について優れた記事を書いています。とにかく、このコンデンサのリークに関するものは何でしょうか。それは1日あたり数ミリボルトのオーダーであり、おそらくアプリケーションに十分です。

このスイッチは、見落とされがちな部分です。最高の市販のソリッドステートアナログスイッチでさえ、数ピコアンペアの範囲の漏れがあることがわかります。10 pAのリークレートは、1 uFのキャップの場合、5時間で180 mVを排出することを意味します。これは、お客様に受け入れられる場合と受け入れられない場合があります。あなたがより良いことをする必要があるなら、より良い解決策はリードリレーです、それはそれが実際に接点の間にエアギャップを置くという事実のために本質的に無視できる漏れがあります。

低入力バイアス電流オペアンプに関しては、かなりの数のオプションが利用可能です。最近、TIのLMP7721を高インピーダンス設計に使用しました。最大Ibは、室温で20 fA、85°Cで900 fAです。

したがって、ポリプロピレンキャップ、リードリレー、および低Ibバッファーを組み込んだデザインを簡単に想像できます。以下を使用すると想像してみましょう：

• 0.33uFビシェイポリプロピレンの順に漏洩からRC時定数を有するコンデンサ、秒室温で。$4 \cdot 10^5$

• クラス最高のリードリレーの開回路抵抗、。$10^{14} \Omega$

• 前述のLMP7721オペアンプ。

上記のコンポーネントを室温で使用すると、5時間後に次のエラーが発生します。

• キャップのRC時定数から4.5％垂下します。
• リードリレーからのドリフトは本質的に無視できる
• バッファからのドリフトは本質的に無視できます。

これは、適切な低インピーダンスレイアウトがあることを前提としています（例：ボードからソルダーマスクを取り外し、駆動ガードリングを使用します）。

また、ポリプロピレンキャップのRC値は最悪の場合の値です。現実の世界の方がおそらく良いでしょう。訂正：これは典型的な値です。ただし、上記のリンクの記事で説明したPeaseのように、浸漬後のポリプロピレンキャップは、数年の時定数を持つ可能性があります。したがって、これにはいくつかの実験とおそらくビニングが必要になります。

したがって、これをアナログで行うことは確かに可能ですが、代替手段が出力をデジタル化する場合はおそらく実用的ではありません。

私は、これがリードリレー、AD545オペアンプ（現在より優れたものがあります）、および大容量の100ボルトポリプロピレンコンデンサで行われているのを見てきました。ボードメーカーは、ガードリングだけの場合よりもうまく機能するカットをボードに作成できます。リレーはエポキシモールドタイプではなく、ある種の「オープンフレーム」タイプでした。オペアンプは缶に入っていましたが、最近は不可能です。

このリグは数日間安定していた。

解決策1

キャップの漏れ勾配がわかっている場合は、時間の経過とともにキャップを繰り返し「補充」して、ドループを補うことができます。

ただし、勾配は非線形である可能性が高いため、トップオフ量は非線形になります。量はキャップの充電レベルの単純なパーセンテージである可能性があり、それにより物事が単純化されます。

解決策2

チップ製造施設にアクセスできる場合は、この難解な「3トランジスタの不揮発性アナログストレージセルを14ビットの有効解像度で複製できる可能性があります。これは、MOSトランジスタのフローティングゲートに格納された電荷で構成され、ホットエレクトロンによって書き込まれます。ゲート酸化膜トンネリングによる注入と消去。小型で低消費電力。」

https://pdfs.semanticscholar.org/ed68/f94ad3d4bfad1126e83d152e23e6e6e0e495.pdf

または、EEPROMをアナログストレージデバイスとして使用するこの手法：

https://people.eecs.berkeley.edu/~hu/PUBLICATIONS/Hu_papers/Hu_JNL/HuC_JNL_194.pdf

解決策3

アナログではなく、ラッチに直接専用のADCチップを使用できます。これにより、OPごとにソリューションをコードフリーに保つMCUの使用を回避できます。

ラッチを機能させるには、さまざまなディスクリートロジックチップ、クロック、またはカウンターを使用する必要がある場合があります。

たとえば、このマキシムチップはMCUなしで動作すると言われています（製品の推奨ではありません）。

https://www.maximintegrated.com/en/app-notes/index.mvp/id/1041

MCUなしでADCを使用する別の例を次に示します。このシステムは、OPが必要とするものよりもはるかに複雑です。たとえば、オーディオレコーダーとして、サンプルレートとストレージの要件はOPのニーズをはるかに超えています。

http://ultimationee.blogspot.com/2011/09/digitally-recording-and-playing-back.html

解決策4

一般的に入手可能な安価なデジタルポテンショメータを使用できます。それらは永続的ストレージで利用可能であり、簡単に使用できます。

ただし、その分解能はそれほど高くなく、100〜256ステップです。5を直列に使用すると、効果的な12ビットの解像度を実現できます。

MCUを避けて、入力のADCから直接駆動できます。したがって、基本的にはこれらをラッチとして使用します。ラッチの方が簡単かもしれません。

このリンクは、製品またはディストリビューターの推奨を意図したものではありません。

https://www.mouser.com/Mobile/Semiconductors/Digital-Potentiometer-ICs/_/N-4c498/