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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Auswahl eines AD Wandlers


Autor: Maxx Box (maxxbox)
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Hallo Leute,

ich Versuche ein Verständnis des AD-Wandlers zu bekommen.

Wie muss ich einen AD-Wandler versorgen, damit er das macht, was er 
machen sollte.

Also mal theoretisch angenommen, ohne Auflösung und Abtastung zu 
beachten.

Ich besitze eine Messbrücke für eine Waage, welche ein 
Analoges-Ausgangssignal von 2,98-3V erzeugt, diese Spannungsänderung von 
delta 20 mV soll digitalisiert werden. Also nach meinem jetzigen Wandler 
Verständnis würde ich so vorgehen.

Ich würde einen ADC nehmen, der mindestens eine Analoge-Eingangsspannung 
von 3V oder grösser akzeptiert. Ich nehme diesen Wandler dafür:

http://focus.ti.com/general/docs/lit/getliterature...

Wenn ich das richtig gelesen habe, akzeptiert er eine Eingangsspannung 
von -0,3(-0,1) bis 6V (+0,1).
Die Datenblattangabe:
Absolute input voltage: min:AGND − 0.1 max:AVDD + 0.1
AVDD to AGND −0.3 to +6

hab ich das soweit erstmal richtig erkannt?


Als nächstes sehe ich, das dieser ADC eine Full Scale Input Range von 
(AINP − AINN)= ±2VREF/PGA besitzt.D.h.mittels PGA sowie dem 
Referenzsignal kann ich die FSR an den Eingang anpassen. AINP − AINN 
sind für mich die Eingänge an denen eine Differenz von 20 mV anliegt.

Das Referenzsignal wird angegeben mit min:0,5V typ:2,5V max:2,6V

Also würde ich nach der Angabe (AINP − AINN)= ±2VREF/PGA umgestellt 
rechnen:

delta 20mV=4*Vref (0,5V gewählt) : PGA.....PGA=100....PGA 100 steht 
nicht zur Verfügung, ich hab gewählt PGA=64

Daraus folgt:

FSR=4*0,5V : 64= 31,25mV....dass würde bedeuten, das mein Messsignal von 
delta 20mV in einem Messbereich von 31,25mV abgetastet werden würde. Was 
natürlich eine schlechtere Quantisierung bedeutet, aber fürs Verständnis 
erstmal nicht herangezogen wird.

Also hab ich das soweit richtig verstanden, oder hab ich einiges im 
ADC-Verständnis nachzuholen.

Ist zwar recht umfangreich geworden, aber ich hoffe ihr könnt mir 
helfen.

Autor: gast (Gast)
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also.. ich habe grad deinen Text nu überflogen, aber:

- PGA steht für einen programmierbaren verstärkungsfaktor (programmable 
Gain... Amplifier ?! - irgendwie so) auf alle fälle, ist je höher der 
ist, auch meist die Abtastrate höher, aber gelichzeitig die Auflösung 
schlechter...

- und das sich der Input vom PGA abhängig macht, hat den sinn, dass der 
ADU dann schneller weiß, was er ca messen soll und dadruch 
geschwindigkeit rausholt... (letzteres Argument ist jetzt mal rein zum 
verständnis formuliert und nicht technisch stichaltig...)

Autor: Maxx Box (maxxbox)
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ja, der PGA ist nur zum einstellen des Messbereichs da, so wie bei einem 
Multimeter.

Aber finde, die maximale PGA Einstellung zu verwenden nicht so sinnvoll, 
da das Messignal dann aus dem Gesamtmessbereich rausspringt und somit 
auch nicht mehr abgetastet wird. Soweit ich das verstanden habe.

Aber mir wäre eher hilfreich, ob jemand das oben gerechnete 
nachvollziehen könnte, damit ich somit weiss, die Auswahl und Funktion 
des Adcs verstanden zu haben.

Autor: Benito (Gast)
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Der PGA ist eigentlich nur ein einstellbarer Vorverstärker, d.h. wenn du 
ein Eingangssignal mit 20mV hast, kannst du es mit maximal 128 
verstärken. Der ADC würde dann also einen Wert von 2,56V sehen und 
diesen digitalisieren.

Dein Problem ist die hohe Gleichtaktspannung. Die muss weg, da man sonst 
das Eingangssignal nicht stark verstärken kann ohne an die Obergrenze 
dessen zu kommen, was der ADC verarbeiten kann.
Da gibt es jetzt 2 Möglichkeiten:
-du benutzt den differentiellen Eingang des ADC, indem du einfach die 
beiden Mittelabgriffe der Messbrücke dort anschließt. Durch den PGA wird 
dann nur die Spannungsdifferenz verstärkt.
-du verwendest einen Instrumentenverstärker. Allerdings kannst du dann 
auch gleich einen billigeren ADC verwenden, der dieses ganze analog 
front end des 1255 nicht besitzt.

Autor: Ulrich (Gast)
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Die PGA-umschaltung verändert die interne Abstastung des 
Eingangssignals. Das hat aber nichts mit der Datenrate oder der 
Auflösung zu tun, die ist unabhängig. Nur bei den Extremwerten gibt es 
manchmal ein paar einschränkungen. Was sich aber ändert ist der 
Eingangswiderstand. Der wird durch die schnellere Abtastung 
nieerohmiger, wenn man nicht den internen Puffer verwendet. Das ist mehr 
vergleichbar dem ändern der Chopperfrequenz Frequenz eines Chopper-OPs.

Die Rechnung sieht so schon fast OK aus. Der Faktor 4 vor dem Vref kommt 
wohl aus der +-2 Vref. Das ist ein wenig verwirrend.

Wenn man statt des gebrauchten bereichs von 20 mV auf 32 mV kommt, paßt 
das sogar schon recht gut. Bei der sehr hohen Auflösung hat man da viel 
Reserve.

Der maximale Gain beim PGA ist nicht so schlimm. Kritischer ist da schon 
die minimale Ref. Spannung zu sehen. Oft ist damit die Auflösung schon 
etwas kleiner. Die Ref Spannung sollte man am besten auch aus der 
Brückenspannung ableiten.

Die größte schwierigkeit sollte ohnehin sein Thermospannungen zu 
vermeiden. Bei 30 mV Messbereich liegt die theoretische Auflösung im 
Bereich einiger nV.  Wenn man von den Thermospannungen und Rauschen 
unter 100 nV kommt ist das schon gut.

Autor: MaWin (Gast)
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> Ich würde einen ADC nehmen, der mindestens eine Analoge-Eingangsspannung
von 3V oder grösser akzeptiert.

Falls du damit den common mode meinst: JA.

> hab ich das soweit erstmal richtig erkannt?

Er akzeptiert zumindest Eingangsspannungen zwischen seinen aktuellen 
Versorgungsspannungen, also zwischen 0 und 5V, der Rest war 
Sicherheitsreserve die muss man ja nicht gleich nutzen.

Die maximale Auflösung bekommst du mit VREF=0.5V und PGA=64, nämlich 
2*0,5V/64 = 15,625mV, zu wenig fuer deine 20mA; also PGA=32 oder VREF 
mehr als 0.5V.

> dass würde bedeuten, das mein Messsignal von delta 20mV in einem Messbereich von 
31,25mV abgetastet werden würde.

> Was natürlich eine schlechtere Quantisierung bedeutet, aber fürs
> Verständnis erstmal nicht herangezogen wird.

Schlecht ? Inwiefern Schlecht ? Ein Bit steht für 3nV, in Worten: 
Nano-Volt. das wäre eine verdammt gute Auflösung, die du in der Praxis 
nicht ereichst.

Aber der Delta-Signa Wandler ist schon eine gute Wahl bei Waegezellen, 
achte darauf dass die VREF Referenz und die Wagezellenbetriebsspannung 
voneinander abgeleitet sind, vielleicht sogar gleich sind, dann heben 
sich Ungenauigkeiten und Temperaturdrift beider auf.

Die Alternative sind normale A/D-Wandler, die keine Differenzen messen 
und keine Verstaerken haben, sondern z.B. von 0V bis 4.096V in 16 oder 
mehr bit umsetzen, und deine 20mV Brückendifferenzspannung wird per 
extrenem (Instrumenten-)verstärker um das 250-fache auf 0..5V verstärkt.

Autor: Maxx Box (maxxbox)
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also im Datenblatt wird ja auf Seite 3 angegeben:

FSR=+-2xVref/PGA

auf Seite 4 ganz untem Anhang im Verweis 3 steht:

FSR=4xVref/PGA

Damit schlussfolgere ich, dass 4x zur Berechnung verwendet werden muss, 
anstatt +-2.

Mit einem Oszilloskop kann ich ja auch eine positive Spannung in den 
negativen Quatranten runterdrehen um die volle Auflösung zum Abtasten zu 
verwenden. Ist ja sicherlich das gleiche. Also wäre nicht ein PGA 32 
sondern PGA 64 meines erachtens zu wählen.

Autor: Kevin K. (nemon) Benutzerseite
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koppel die 20mV mit einem messverstärker aus und verstärke die spannung 
dabei noch um sagen wir faktor 100, dann hast du 0..2V, die kannst du 
auf einen adc-eingang geben

Autor: Arc Net (arc)
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Kevin K. schrieb:
> koppel die 20mV mit einem messverstärker aus und verstärke die spannung
> dabei noch um sagen wir faktor 100, dann hast du 0..2V, die kannst du
> auf einen adc-eingang geben

Warum zusätzliche Offset/Gain und Linearitätsfehler einbauen?

Maxx Box schrieb:
> Wenn ich das richtig gelesen habe, akzeptiert er eine Eingangsspannung
> von -0,3(-0,1) bis 6V (+0,1).

Nein. -0.3 V - 6V sind die absoluten Grenzwerte für die 
Versorgungsspannung, die normalerweise nicht dauerhaft erreicht werden 
sollten.
Für die Eingangsspannung gilt zwar −0.3 V to AVDD + 0.3 V als absolute 
Grenze, um aber die Spezifikationen zu erreichen dagegen:
AGND − 0.1 V bis AVDD + 0.1 V (-0.1 V - 5.1 V) ohne Input-Buffer und
AGND bis AVDD − 2.0 V (0.0 V - 3.0 V) mit Input-Buffer bei AGND = 0.0 V 
und AVDD = 5 V.
Bei der vorgesehenen Anwendung letzteres (0.0 V - 3.0 V). Anderenfalls 
handelt man sich durch die sehr geringe Eingangsimpedanz (4.7 kOhm bei 
Gain=32 oder 64) des ADCs bei höheren Verstärkungen erhebliche 
Gain-Fehler ein (gleiches gilt für die Referenzspannung).

> Das Referenzsignal wird angegeben mit min:0,5V typ:2,5V max:2,6V

> Also würde ich nach der Angabe (AINP − AINN)= ±2VREF/PGA umgestellt
> rechnen:
> delta 20mV=4*Vref (0,5V gewählt) : PGA.....PGA=100....PGA 100 steht
> nicht zur Verfügung, ich hab gewählt PGA=64

Fast.

FSR = ±2VREF/PGA d.h. bei VREF = 0.5 V und PGA = 64 wäre
FSR = ±2 * 0.5 V / 64 = ±15.625 mV

Falls bei der Anwendung die hohe Abtastrate des ADS1255 nicht gebraucht 
wird, wäre der ADS1234 oder der AD7794 vorzuziehen.

Autor: Maxx Box (maxxbox)
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Vielen Dank, eure Antworten haben mir sehr weiter geholfen.

Autor: Wolfgang-G (Gast)
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hier wird u. a. der ADS1255 genannt.
Hat jemand einen funktionstüchtigen Programmschnipsel für den ADS1255?
Der ADS1255 auf meiner Leiterplatte antwortet nicht. Bevor ich den 
ADS1255 austausche, wollte ich ausschließen, dass ich einen Fehler im 
Programm habe.
Das Programm muss nicht ausgefeilt sein, hauptsache es läuft und liefert 
Messwerte ab.
MfG

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