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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Anfängerfrage zu Parametern vom DA Konverter


Autor: Renate M. (Gast)
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Hallo Froum!

Ich bin gerade auf der Suche nach einen geeigneten DA Konverter der eine 
Frequenz von maximal 4 MHz, (möglichst 100 Ohm Ausgangsimpedant) 
erzeugen soll. Der Ausgang sollte eine Spannung sein.
Innerhalb von 5 uS sollte es auch möglich sein den Pegel einmal von -10 
auf +10 Volt zu wechseln.

Bei der Suche nach Datenblättern stoße ich immer auf den Ausdruck "DAC 
Update Rate" und der Einheit MSPS. Ich gehe davon aus das es sich dabei 
um "Werte/Sekunde" handelt, also das der Wert in meinem Fall praktisch 
mit der Frequenz von >= 4 MHz gleichzusetzen ist oder habe ich etwas 
wichtiges übersehen?

Leider komme ich auch bei meiner Suche nicht weiter, also falls jemand 
einen Tipp zu einem DAC hat der in etwa das leistet was ich suche wäre 
ich sehr sehr dankbar!

lg,
Renate

Autor: obake (Gast)
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Hallo Renate,

genau:

MSPS: *M*ega *S*amples *p*er *s*econd

Es grüßte der Geist (= ein Geist, damit es keinen Streit gibt, falls 
jemand Implikationen sucht, die nicht intendiert sind)

Autor: Ein anderer Geist (Gast)
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Hallo Renate,

gute DACs gibt es z.B. von Analog Devices (www.analog.com), Linear 
Technology (www.linear.com), Maxim (www.maxim-ic.com) oder Texas 
Instruments (www.ti.com). Ausser der Sampelrate gibt es aber noch ein 
paar mehr Parameter. Ohne genaueres zu wissen kann man auch keine 
konkreteren Tipps geben.

Die +- 10 Volt (noch dazu an 100 Ohm Last) wirst du aber mit den 
handelsüblichen DACs nicht hinbekommen, da braucht es noch eine 
nachgeschaltete Stufe.

Viele Grüße von einem anderen Geist.

Autor: Renate M. (Gast)
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Dank an die ... "Geister" ;)

@ Geist 1:
Das dachte ich mir auch, aber auf der TI Seite ist ein DAC (DAC8580) mit 
16 MSPS angegeben aber im Datenblatt steht: "The DAC8580 is capable of 
generating output signal frequencies up to 1 MHz."
Das hat mich stutzig gemacht...

@Geist 2:
Vielen Dank für die Infos, damit ist mir schon mal ordentlich 
weitergeholfen!
Wichtig für mich wäre speziell eine hohe Genauigkeit, Glitchfreiheit und 
ein möglichst kleiner Fehler. In dem Fall ist der Preis ausnahmsweise 
mal sekundär ;)
Mein Wunsch wäre auch noch das die Ansteuerung seriell stattfindet.
Eine hohe Taktrate des seriellen Clocks von > 64 MHz wären kein Problem.

Meinst du eine Stufe nach diesem Prinzip (Anhang) oder gibt es schon 
fertige Stufen?
sorry wenn ich das fragen muss aber aus dem Datenblättern bin ich nicht 
viel schlauer geworden.

lg,
Renate

Autor: Geist 2 (Gast)
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Das Bild im Anhang ist prinzipiell richtig. Ob es mit einem 
handelsüblichen OP funktioniert müssen wir nach mehr Infos noch sehen, 
eventuell muss die Stufe diskret aufgebaut werden.

Die Diskrepanz zwischen 16MSpS und 1MHz liegt daran, dass sich das 1MHz 
auf sinusförmige Ausgangssignale bezieht. Nach Nyquist und Shannon muss 
die Anzahl der Stützstellen mindestens doppelt so groß sein wie der 
höchste Spektralanteil. Für 1MHz höchsten Spektralanteil sind also über 
2MSpS erforderlich. Um die "Ausgangstreppe" dann glatt zu machen braucht 
es noch einen analogen Tiefpass. Beim DAC8580 ist der dann dann halt 
(ohne ins Datenblatt geguckt zu haben) schon drin, bzw. der Analogteil 
nur für 1MHz ausgelegt ;-).

Seriell ist möglich.

Ein paar Fragen:

Welche Amplitudenauflösung wird gebraucht? Entsprechend ergibt sich das 
"n" im Bild.
Welche Kurvenform soll das Ausgangssignal haben?
Was für eine Last soll getrieben werden? Ohmsch? Induktiv? Kapazitiv?

Autor: Renate M. (Gast)
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@Geist 2

Danke für deine Ausführliche Erklärung, damit ist mir schon einiges 
klarer geworden..

Ich hoffe stark das sich diese Anforderungen mit einem (speziellen HF) 
OP realisieren lassen.
Analogtechnik zählt nämlich nicht unbedingt zu meinen Stärken und die 
Zeiten mit einer Transistorschaltung im Basisbetrieb sind schon lange 
vorbei ;)

Die Auflösung sollte 16 Bit sein und die minimale Spannung bei -10, die 
maximale bei + 10m Volt liegen.
Die Signale können leider alle möglichen Formen annehmen, also von einer 
Konstanten über die Zeit bis hin zu einem Rechteck, das den maximalen 
Hub von 20 V ausnutzt.
Ich denke mir das ich deswegen auch nach einem DAC ohne Filter ausschau 
halten sollte da, wenn ich es richtig vestanden habe, sonst ein Rechteck 
durch die Filterstufe geglättet wird.

Genauer gesagt geht es bei der Applikation darum Strom und Spannung die 
digital über einen Bus laufen analog auszugeben damit sie mit einem Oszi 
quasi in Echtzeit verfolgt werden können.
Deswegen stellt die Last den Terminierungswiderstand im Oszi selbst dar 
und ist .. gottseidank .. rein ohmsch ;)

lg,
Renate

Autor: Geist 2 (Gast)
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Bevor wir uns über Bauteile und Schaltungen unterhalten habe ich da noch 
grundsätzliche Zweifel zu Oszilloskop und Anwendung.

Das scheint ein sehr spezielles Oszilloskop zu sein.
Alle Oszilloskope die mir bisher untergekommen sind

* können Y-Vollauslenkung auch mit weniger als 20V Hub darstellen
* haben 1MOhm Eingangswiderstand, umschaltbar auf 50 Ohm (dann aber mit 
Spannungsbegrenung um den Abschlusswiderstand nicht thermisch zu 
zerstören)
* können keine 16 Bit Amplitudenauflösung abbilden.

Digitale Oszilloskope haben idR 8-Bit ADCs. Bei periodischen Signalen 
kann man durch Rechentricks noch auf etwas mehr kommen, aber 16 Bit sind 
unrealistisch: Röhren haben keine ausreichend lineare Ablenkung und LCDs 
mit 65536 Zeilen sind auch eher selten. Schreib mal was zu deinem 
Oszilloskop, nicht das hier ein Missverständnis vorliegt. Gibt es einen 
Grund für die 16 Bit?

Was ist das für ein Bus an dem du lauschen willst? Der Ausgang eines 
Signalprozessors? Wenn der Datenstrom schon digital vorliegt wäre es 
vielleicht sinnvoll ihn so in einen PC einzulesen und auf dem Monitor 
darzustellen? Würde dir ein Logicanalyzer eher weiterhelfen?

Das Tiefpassfilter am Ausgang brauchst du übrigens trotzdem, wenn ein 
Sinus mit wenigen Stützstellen nicht wie eine Treppe aussehen soll. Was 
du sehen willst hängt aber auch von deiner Anwendung ab. Vielleicht 
kannst du da auch noch mehr zu schreiben.

Autor: Renate M. (Gast)
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Hallo Geist2,

Danke für die Antwort!

Du hast vollkommen Recht, die 100 Ohm waren falsch. Irgendwie Zweifel 
ich langsam an den Vorgaben für das Unterfangen ;)

Angeblich können die später dafür eingesetzten Oszis eine sehr hohe 
Genauigkeit, ich selbst weiß aber leider nicht um welche Oszis es sich 
genau handeln wird.
Auch verstehe ich den großen Hub selbst nicht, aber an der Anforderung 
kann ich leider nicht viel rütteln.
Deswegen kann ich als Grund leider nur auf die Anforderung verweisen. 
Immerhin kann die Bitanzahl am schlimmsten Fall auf 12 reduziert werden. 
Sie sollte aber, wenn es irgendwie geht, auf 16 Bit bleiben.

Der Bus selbst ist proprietär, er wird aber auf Ethernet aufbauen. Über 
den Bus sollen später diverse Parameter wie Strom, Spannung, etc.
übertragen werden. Der Techniker soll dann auswählen können welche 
Parameter er gerne anschauen möchte und bekommt diese Werte dann analog 
ausgegeben.
Also das er praktisch nicht merkt das es im Hintergrund digital läuft ;)
Deswegen würde ich auch kein Interpolationsfilter einsetzen wollen, weil 
sonst von einem möglichen Rechteck nicht mehr viel über bleibt und ich 
selbst über die zu übertragenden Signale nichts weiß.
Das mit dem PC habe ich mir auch schon überlegt, bzw. auch einfach ein 
Grafikdisplay auf dem Gerät zu integrieren.
Aber es scheint, dass es für den Servicetechniker anfangs am einfachsten 
ist ein Oszi einsetzen zu können. Ein Display ist erst in einer späteren 
Ausbaustufe geplant.
Ich habe innerhalb der Vorgaben wiegesagt leider nur einen kleinen 
Spielraum.

Ich habe auch heute wieder nach DAs gesucht und muss leider feststellen, 
dass ich einfach keinen geeigneten finde, die sich seriell ansteuern 
lassen.
Eine Idee wäre nun auf einem CPLD einen SPI->Paralell Wandler zu 
integrieren und zu einem parallelen DAc zu greifen. Mit einer I->U 
Wandlung sollte ich eigentlich danach mein gewünschtes Resultat 
bekommen. Hoffentlich ;)

Nur bleibt dann wieder das Typenproblem des DACs ;)

Vielen Dank nochmals für deine Ausführlichen Atworten!

Lg,
Renate

Autor: Geist 2 (Gast)
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Hallo,

in der Tat ist das Angebot an halbwegs schnellen DACs bisher sehr 
übersichtlich - anders als bei den ADCs, wo z.B. der LTC2274 mit 105MSpS 
abgetastete 16 Bit seriell über die Leitung bringt. Die Gegenstelle muss 
die  Datenrate von über 2 GBit/s aber auch lesen können.

AD5543 (16Bit) oder AD5446 (14Bit) sind wohl zu langsam? Den DAC8580 
hattest du ja schon erwähnt. Dann bleiben nach meiner Marktkenntnis in 
der Tat nur noch parallele DACs, da ist das Angebot an schnellen 
Bauteilen groß. Neben den schon genanten Adressen lohnt da evtl. auch 
ein Blick auf www.intersil.com. (bis 14 Bit). Aber vielleicht kennt ja 
doch noch jemand andere schnelle serielle 16-Bit-DACs?

Wenn deinen Kollegen 16 Bit Amplitudenauflösung wichtig ist, sollten sie 
auch beachten, dass DAC-Ausgänge prinzipbedingt mit der si-Funktion 
bewertet sind.

Die seriell-parallel-Wandlung in einem FPGA oder CPLD mittels 
Schieberegister  solte möglich sein, aber auch die Geschwindigkeit im 
Auge behalten.
Konnte leider nicht besser helfen.
Viele Grüße

Autor: 3357 (Gast)
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16 bit machen bei diesen Frequenzen wenig Sinn. Dies, da der Fehler 
durch Fehlanpassung, Reflexionen schnell mal viel hoeher als ein Bit 
ist.

Autor: Renate M. (Gast)
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> in der Tat ist das Angebot an halbwegs schnellen DACs bisher sehr
übersichtlich
leider.. Das sind die wenigen Fälle wo ich mich über ein 
unübersichtliches Angebot mal so richtig freuen würde ;)
105MSpS das sind auch mal ordentliche Datenraten für einen seriellen 
Datenstrom hehe

> AD5543 (16Bit) oder AD5446 (14Bit) sind wohl zu langsam
leider ja, an der maximalen Frequenz kann ich leider nicht rütteln, da 
sie durch den Bus schon fest vorgegeben ist.
Einzig die Bitzahl kann noch ein "wenig" nach unten reduziert werden.. 
Also 14 Bits wären wiegesagt auch noch möglich.

Danke auch für die Restklichen Infos von deinem Post!

> Konnte leider nicht besser helfen.
Du hast mir schon sehr viel weitergehofen!

> Dies, da der Fehler durch Fehlanpassung, Reflexionen schnell mal viel hoeher als 
ein Bit ist.
Das Layout an sich werde auch nicht ich übernehmen, sondern eine eigene 
Abteilung. Wiegesagt das sind leider mehr oder weniger Sinnvolle 
Vorgaben an die ich mich halten muss...

lg,
Renate

Autor: Geist 2 (Gast)
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Wenn man wirklich ein ENOB in der Nähe von 16 erreichen will, ist das 
Layout und die Abblockung bei so einer Mixed-Mode Schaltung in der Tat 
nicht ohne! Bei fehlender Erfahrung hat man schnell auf den unteren Bits 
nur Lottozahlen oder periodische Störungen. Deine Kollegen wissen das 
hoffentlich, sonst hätte man gleich nach 8 bis 10 Bit DACs gucken können 
;-).
Viele Grüße und viel Erfolg in dem Projekt

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