¿Cómo Eliminar el Efecto de Reflejo de mis Medidas?

Hardware: Multifunction DAQ (MIO)>>E Series>>PCI-6036E

Problema:
Estoy muestreando múltiples canales utilizando una tarjeta DAQ multifuncional, pero veo trazas de un canal reflejadas en el canal subsecuente. Sin embargo, cuando solo mido en un canal, las mediciones son correctas. ¿Cómo elimino este efecto de reflexión?

Solución:

Para evitar este efecto de reflexión se tienen varias opciones:

1.    Seleccionar un transductor con menor impedancia.

2.    Reducir la velocidad de muestreo e incrementar el retraso entre canales para permitir tiempo necesario de estabilización al amplificador. (Ver documento KnowledgeBase 292A3QB5)

3.    Implementar un seguidor de voltaje o un circuito de búfer para decrementar la impedancia de la fuente a menos de 1 kOhm. (Ver documento KnowledgeBase 208AD10T)

4.    Ordenar las señales de tal manera que se minimicen los cambios grandes de voltaje entre canales.

5.    Escoger el canal de alta impedancia como el primer canal a muestrear de la lista. Nota: Esto ayudará solo si no se está muestreando en modo “round-robin”.

6.    Evitar el multiplexado – muestrear un canal a la vez o cambiar a un dispositivo DAQ de muestro simultáneo.

¿Por qué ocurre este efecto de reflexión?

La alta impedancia de fuente en un canal muestreado causa que su tiempo de estabilización se incremente. La pequeña capacitancia interna en el convertidor analógico-a-digital (ADC) se combina con la alta impedancia de la fuente para crear un filtro pasa bajo. Al incrementar la impedancia de la fuente, también se incrementa la constante de tiempo de este filtro y por ende el tiempo de estabilización. Un diagrama simplificado se presenta a continuación:

Mientras el multiplexor hace el cambio de un canal al siguiente, el capacitor C comienza a cargarse (o descargarse) del voltaje del canal anterior al voltaje del canal conectado. Si Rx es muy alta, C no se cargará (o descargará) al voltaje correcto y mostrara remanentes del canal previo cuando la medición se lleve a cabo por el ADC. Esta lectura incorrecta se llama reflejo. Muchas veces también se le llama indebidamente interferencia.

Veamos un ejemplo: Asuma que R0 es pequeña (< 1 kOhm) y que la fuente 0 es una onda senoidal con amplitud de 2 volts sin desfasamiento. Además, asuma que R1 es grande ~100 kOhms y que la fuente 1 se mantiene constante a 5 volts. Cuando se mide cada señal individualmente, no se hace una conmutación entre los canales del multiplexor y se vería lo siguiente:

Sin embargo, cuando ambos canales son muestreados de manera conmutada, la onda senoidal se refleja al canal 1:

Este mismo problema va a ocurrir si no se conecta señal alguna al canal ya que Rx en escencia se hará infinita. Si la fuente 1 se desconecta completamente de ai1 y ambos ai0 y ai1 son aun muestreados, se verá lo siguiente:

Se ha dicho de manera incorrecta que el muestrear un canal aterrizado antes que un canal de alta impedancia reducirá este efecto de reflexión permitiendo al capacitor descargarse hacia tierra. Sin embargo, el tiempo que le toma al voltaje en el ADC alcanzar el nivel correcto está relacionado con la diferencia entre el canal anterior y el canal actual, no solo la carga actual del capacitor. Por esta razón, es mejor ordenar las señales de tal manera que se minimicen los cambios de voltaje entre canales.

Si tierra (0 Volts) está más lejos que el voltaje en el canal de alta impedancia que los voltajes de otros canales muestreados, en realidad va a tomarle más tiempo al canal de alta impedancia alcanzar en nivel deseado. Aterrizar el canal anterior al canal de alta impedancia solo es útil si el canal de alta impedancia está más cerca a los 0 Volts que los otros canales muestreados.

En el ejemplo anterior, el aterrizar el canal muestreado antes del canal de alta impedancia, no permite al canal de alta impedancia tomar la medición correcta. A continuación se presenta una gráfica del ejemplo anterior con un canal aterrizado (ai2) agregado entre el canal de baja impedancia y el canal de alta impedancia. Note que el voltaje del canal de alta impedancia debiera de leer 5 volts.