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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Frage zum Eingang eines AD-Wandlers


Autor: Gast (Gast)
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Hallo,

ich hab eine Eingangsschaltung eines A/D-Wandlers, bei der ich einen 
Widerstand + Z-Diode verwende, um das Signal zwischen -0.5 und +4.7V zu 
begrenzen.

Jetzt ist aber das Problem, dass das Signal von einem 
Operationsverstärker kommt, der maximal 15mA Strom liefern kann und in 
der Application-Note des A/D-Wandlers (16Bit ADC) wird ein Widerstand 
mit 100R angegeben, was dann zu einem höheren Strom führt, als der OP 
liefern kann. Dessen Ausgangsspannung bricht dann zusammen. Hab ein Bild 
angehängt, wie das Signal aussieht ...

Weiß jemand, ob eine niedrige Impedanz für den ADC wichtig ist? Ist ein 
LTC1864 ...

Oder was gäbe es sonst für passende Methoden das Signal zu begrenzen, 
ohne es zB. mit einer Seriendiode zu stark zu verzerren?

Grüße
Gast

Autor: Berti (Gast)
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Was für ein ADC ist das bitte der 15mA zieht? Ich nehme mal an das die 
Schaltung mit der Z-Diode etwas verkehrt ist...

Autor: Gast (Gast)
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Äh ja ... das ist die Z-Diode, die den Strom zieht. Aber wenn ich einen 
höheren Vorwiderstand verwende, wird die Impedanz zu hoch für den ADC, 
weil der ja einen kleinen Vorwiderstand möchte.

Autor: Berti (Gast)
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Schaltung + Namen des ADC!

Autor: Erich R. (riedi)
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Hallo,

die niedrige Impendanz der Eingangsbeschaltung ist wichtig und richtig, 
da der ADC vor der Wandlung den Analog-Wert im S/H-Glied festhalten muss 
(=Kapazität aufladen).
Normalerweise verwendet man für den OPV eine Versorgungsspannung, welche 
ihn max. in den Eingangsspannungsbereich des ADC aussteuern lässt. In 
deinem Fall würde ich dir einen Rail-to-Rail Typen mit 5V Versorgung 
empfehlen. Damit kannst du dir auch den ganzen Kram mit der Z-Diode 
sparen (hätte meiner Ansicht nach eh nicht wirklich funktioniert).

Autor: Raimund Rabe (corvuscorax)
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Erich R. wrote:
> Hallo,
>
> die niedrige Impendanz der Eingangsbeschaltung ist wichtig und richtig,
> da der ADC vor der Wandlung den Analog-Wert im S/H-Glied festhalten muss
> (=Kapazität aufladen).

Die üblichen SAR-ADCs haben die S&H-Stufe integriert und intern auch 
einen Buffer davor. Daher haben die meisten (guten) ADCs keine niedrige 
Eingangsimpedanz.

> Normalerweise verwendet man für den OPV eine Versorgungsspannung, welche
> ihn max. in den Eingangsspannungsbereich des ADC aussteuern lässt. In
> deinem Fall würde ich dir einen Rail-to-Rail Typen mit 5V Versorgung
> empfehlen. Damit kannst du dir auch den ganzen Kram mit der Z-Diode
> sparen (hätte meiner Ansicht nach eh nicht wirklich funktioniert).

Die übliche Schutzbeschaltung sind zwei (Schottky-)Dioden, die 
Überspannungen am Eingang jeweils nach GND bzw. Vcc ableiten. Um die 
Quelle im Fehlerfall nicht zu arg zu belasten, kommt ein 
Serienwiderstand in die Signalleitung (aber vor den Dioden). Nachteil 
ist der sich ausbildende Tiefpass durch diesen Serienwiderstand.
Andere Lösung wären "active clamping"-Schaltungen. Soll der Gast mal 
nach googeln.

Autor: Gasst (Gast)
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>Ist ein LTC1864 ...

Zur Eingangsspannungsbegrenzung schalte ich einen RR-OPV (OPA340, 2340, 
o.ä.)vor den Wandler, der mit derselben Versorgungsspannung läuft. Somit 
wird der ADC niederohmig angesteuert und kann mit hohen Abtastraten 
betrieben werden.
Vor den OPV lege ich 10k in Reihe, damit Überspannungen an den internen 
Dioden begrenzt werden. Ggf. kann man auch gleich einen Tiefpaß dort mit 
einfügen.

Autor: yaq (Gast)
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Hmm, Tiefpass wäre gut, siehe -> Anti-Aliasing Filter

Autor: Raimund Rabe (corvuscorax)
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Gasst wrote:
>>Ist ein LTC1864 ...
>
> Zur Eingangsspannungsbegrenzung schalte ich einen RR-OPV (OPA340, 2340,
> o.ä.)vor den Wandler, der mit derselben Versorgungsspannung läuft. Somit
> wird der ADC niederohmig angesteuert und kann mit hohen Abtastraten
> betrieben werden.

Tja, theoretisch bis ultimo (Die S&H-Stufe hat eine "Full Power 
Bandwidth" von immerhin 20MHz). ;-)
Praktisch, ist laut Datenblatt eine "Full Linear Bandwidth" von nur 
125kHz (bei S/(N+D) von >=75dB) angegeben. Wenn du also die max. 
mögliche Performance (damit meine ich Genauigkeit und nicht 
Geschwindigkeit) dieses ADC auskosten willst, solltest du nicht 
schneller als mit 125kHz wandeln. Generell halte ich diesen ADC eh nicht 
für die Krönung - mit 14 bzw. 15 Bits "No Missing Code Resolution" und 
einer max. INL von bis zu 8.5 LSBs ist er wahrscheinlich günstig aber 
nicht wirklich gut.

> Vor den OPV lege ich 10k in Reihe, damit Überspannungen an den internen
> Dioden begrenzt werden. Ggf. kann man auch gleich einen Tiefpaß dort mit
> einfügen.

Mit dem Schutzwiderstand begrenzt man den max. Strom der durch diese 
Schutzdioden fließt und nicht die Spannung! Mal im Datenblatt des 
OpAmp nachschauen, welcher max. Strom für die Schutzdioden noch zulässig 
ist (sofern überhaupt angegeben). Danach dann den kleinsten nötigen 
Widerstand bei der max. angenommenen Überspannung errechnen. Mit z.B. 1 
kOhm und 20mA sind schon 20V Überspannung drin.

Autor: Gasst (Gast)
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@Raimund Rabe

Reines Geschwätz.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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@  Gasst
> Reines Geschwätz.
Ich habe allerdings so den Eindruck, dass Raimund Rabe mehr von diesen 
Dingen versteht als du :-/

> um das Signal zwischen -0.5 und +4.7V zu begrenzen.
Wenn du das Signal begrenzt, kann dir die sich daraus ergebende 
Signalform doch egal sein. Dein Messwert ist ab diesem Augenblick 
sowieso falsch...

> Gast (Gast)
> Gasst (Gast)
Welcher von den beiden bist du denn jetzut?

Autor: Gasst (Gast)
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@Lothar

Das mag durchaus sein.
Immerhin weiß er, daß Irgendjemand hier mit 20MHz arbeiten will.
Er weiß auch, daß volle 16Bit benötigt werden.
Und er kennt auch meine Anwendung besser als ich, daß er mir 20V 
Überspannung vorrechnet.

Oder anders ausgedrückt: er antwortet auf Fragen, die garkeiner stellt.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Gasst wrote:
> Oder anders ausgedrückt: er antwortet auf Fragen, die garkeiner stellt.
Das schon, aber wahrscheinlich nur deshalb, weil er in den 
Glaskugelmodus umschalten musste ;-)

Aus deiner Beschreibung im 
Beitrag "Frage zum Eingang eines AD-Wandlers" 
wird man nicht so richtig schlau. Poste doch mal einen Schaltplanauszug 
und markiere die Stelle, wo du das Signal aufgenommen hast. Und gib an, 
was das Bild aussagt. Mich wundert z.B. dass der Spannungsbereich im 
Screenshot von -6 bis +2V geht. Das deckt sich in keinster Weise mit 
deinem Bestreben,
> das Signal zwischen -0.5 und +4.7V zu begrenzen.

Autor: Gasst (Gast)
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@Lothar

Ich schreibe mich mit "ss" und bin nicht der Fragesteller (der ist wohl 
verschwunden). Mein Beitrag oben zielte darauf ab, eine mögliche Lösung 
für eine Schutzschaltung vorzuschlagen.
Bei 16Bit ADCs kann man den Eingang nicht mehr mit Serienwiderstand und 
erst garnicht mit kriechstromfressender Zenerdiode schützen. Daher mein 
Vorschlag für einen Puffer-OPV.
Wer allerdings nur 100 Messungen/Sekunde braucht, kann den Eingang auch 
hochohmiger ansteuern.

Autor: Jens G. (jensig)
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Dein OPV schwingt, der in Verbindung mit der Oszi-Abtastrate solch ein 
schönes Musster ergibt ....

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Ich schreibe mich mit "ss" und bin nicht der Fragesteller...
Oh, dann habe ich da wass verwechsselt ;-)

Autor: Raimund Rabe (corvuscorax)
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Folgendes:

a) wenn Gast wirklich Messen und nicht Schätzen will (von wg. 14-Bit 
No Missing Codes und einer derart schlechten INL), sollte er sich's 
wirklich gut überlegen den LTC1864 einzusetzen.

b) Der LTC1864 hätte tatsächlich Probleme mit Dioden geschützt zu 
werden, da er nur jeweils 50mV mehr als die Betriebspannung aushält 
(laut Datenblatt zumindest).

c) Bei geschickterer Auswahl des ADC-Wandlers würde durchaus ein simpler 
Schutz mit Dioden, FETs, o.ä. ausreichen. Und wer bei Zenerdioden von 
Kriechströmen(?) redet, scheint da auch etwas zu verwechseln - gelle 
Gasst!

d) Nach einem 'wilden' Schwingen von einem Vorgeschalteten OpAmp sieht 
das gezeigte Bild (meiner Meinung nach) nicht so richtig aus. Wenn er 
denn 'lustig' schwingt, ist meistens die gesamte Hüllkurve (und nicht 
nur der positive Zweig zw. etwa 0V und +2.4V) als 'Nutzsignal' zu sehen 
- hier sieht es wie eine Einseitenband-Modulation aus. Alles sehr 
ominös. Da wir aber keinen Schaltplan haben, und auch nicht wissen, an 
welches Stelle das Signal gemessen wurde (wie auch Lothar schon 
anmerkte), gibt die Kristallkugel nicht mehr her.

> Wer allerdings nur 100 Messungen/Sekunde braucht, kann den Eingang auch
hochohmiger ansteuern.
e) Die Ansteuerung eines ADCs, ob hoch- oder niederohmig, hat zunächst 
rein garnichts mit der Abtastrate zu tun. Es kommt immer darauf an was 
man machen möchte.

Vielleicht sollte sich wirklich der Initiator, Mr. Gast, mal (wieder) 
dazu äußern und mehr Details liefern, sofern das Problem weiterhin 
besteht.

Autor: Jens G. (jensig)
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jaja, ominös sehen die Schwingungen schon aus, die noch dazu unten bei 
-6V irgendwie auf Anschlag stehen. Allerdings könnte bei einem OPV, der 
angeblich nur 15mA liefern können soll, an 100Ohm kaum solche Amplituden 
liefern. Oder ist das nur eine Simulation ?
Hier kommt es also wirklich auf ein Schaltplan an, und was wurde wie 
gemessen.

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