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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Korrektur des Spannungsabfalls bei Multiplexern


Autor: Kalli (Gast)
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Hallo,

ich beschäftige mich gerade mit der Messung von analogen Signalen mit 
einem Wertebereich von -10 V bis +10 V. Da ich mehr als nur einen Kanal 
benötige, verwende ich einen ADG1208 Multiplexer von ANALOG DEVICES, der 
mit ∓ 15V versorgt wird. Bei der Realisierung sind mir jedoch die teils 
heftigen Spannungsunterschiede zwischen Ein- und Ausgang des Mux 
aufgefallen, die teilweise einen Fehler von 6 % aufweisen. Im Datenblatt 
ist dazu auch eine nicht-lineare Kennline zum Thema "On-Resistance" 
gegeben.

Nun zu meiner Frage: Wie realisiert man üblicherweise die Korrektur 
dieses Spannungsabfalls? Hinterlegt man eine Lookup-Table, in der 
bestimmen Spannungsbereichen ein Korrekturfaktor zugewiesen ist oder 
muss man einen gewissen Fehler in Kauf nehmen und einen allgemeinen 
Korrekturfaktor zwischen der Ein- und der Ausgangsspannung nach Ue / Ua 
= K berechnen?


Vielen Dank schon einmal.

Autor: Peter Dannegger (peda)
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Kalli schrieb:
> Nun zu meiner Frage: Wie realisiert man üblicherweise die Korrektur
> dieses Spannungsabfalls?

Man schaltet einen Spannungsfolger (OPV) hinter den MUX, damit dieser 
nicht belastet wird.


Peter

Autor: Markus M. (adrock)
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Hallo,

also 6% von 10V sind 0.6V. Wenn man mal einen worst case Ron = 200 Ohm 
nimmt, müssten für diesen Spannungsabfall schon 3mA durch den 
Multiplexer fliessen.

D.h. Dein A/D-Wandler müsste dafür einen Eingangswiderstand von 3,3k 
haben. In der Praxis sollte doch aber der Eingangsstrom in den 
A/D-Wandler wesentlich keliner (min. eine 10er Potenz höher) und somit 
Dein Fehler eine 10er Potenz kleiner liegen?

Für den ATmega168 ist der Eingangswiderstand des A/D-Wandlers z.B. mit 
100M angegeben, somit wäre der Effekt durch Ron des Multiplexers 
wesentlich kleiner.

Ciao...
Markus

Autor: Kalli (Gast)
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Ich habe mal den relevanten Auszug aus dem Schaltplan in den Anhang 
gepackt, um die Gesamtverschaltung zu verdeutlichen.

Hinter dem Mux wird wie im Datenblatt des ADS8504 von TEXAS INSTRUMENTS 
beschrieben ein Operationsverstärker geschaltet. Der beschriebene 
Spannungsabfall tritt direkt zwischen einem Eingang des Mux und dem 
Ausgang, also vor dem Widerstand R2 auf.

Autor: Peter Dannegger (peda)
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Kalli schrieb:
> Hinter dem Mux wird wie im Datenblatt des ADS8504 von TEXAS INSTRUMENTS
> beschrieben ein Operationsverstärker geschaltet. Der beschriebene
> Spannungsabfall tritt direkt zwischen einem Eingang des Mux und dem
> Ausgang, also vor dem Widerstand R2 auf.

Ja das muß er auch. R2 bestimmt den Innenwiderstand der invertierenden 
Schaltung. Und nur 2k ist extrem heavy für nen MUX.

Wenn Du die Invertierung unbedingt brauchst, nimm nen 2-fach OPV und 
schalte die erste Stufe als Spannungsfolger.


Peter

Autor: Markus M. (adrock)
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Kalli schrieb:

> Hinter dem Mux wird wie im Datenblatt des ADS8504 von TEXAS INSTRUMENTS
> beschrieben ein Operationsverstärker geschaltet. Der beschriebene
> Spannungsabfall tritt direkt zwischen einem Eingang des Mux und dem
> Ausgang, also vor dem Widerstand R2 auf.

Ja, wenn ich mich recht erinnere, ist der Eingangswiderstand Deiner 
OPV-Schaltung dann = R2 = 2k. Das erklärt auch den Spannungsabfall am 
Multiplexer.

Kannst Du den OPV-Teil nicht so umdimensionieren, dass der 
Eingangswiderstand größer ist? Das scheint ja ein Integrator/Tiefpass zu 
sein. R2 und R3 sollte man dann vergrößern (z.B. auf 22k) und den Wert 
für C23 und C26 anpassen. Allerdings sind die schon recht klein. Welche 
Grenzfrequenz soll denn erreicht werden? Bei der exakten Formel muss ich 
leider passen, ist die nicht im Datenblatt Applikation/Note beschrieben?

Ciao...
Markus

Autor: Kalli (Gast)
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Vielen Dank für den Tipp mit dem Spannungsfolger - jetzt funktioniert es 
wunderbar!

Autor: Jan Fischer (Gast)
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Muss man auch einen Spannungsfolger einsetzen, wenn man keinen 
Multiplexer verwendet, also nur ein Signal mit dem A/D-Wandler messen 
will?

Autor: Gast (Gast)
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>Muss man auch einen Spannungsfolger einsetzen,

Das ist immer dann vorteilhaft, wenn man hohe Messraten/Abtastfrequenzen 
braucht und mittel- bis hochohmige Signalquellen hat. ADC-Eingänge sind 
meist kapazitiv (sample&hold Kondensator) und benötigen daher abhängig 
von der Messrate einen gewissen Eingangsstrom zur Aufladung.
Bei teureren µCs wird durch einen OPV auch der ADC-Eingang bzw. der 
ganze Chip besser geschützt.

Autor: Jan Fischer (Gast)
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Also könnte ich bei der oben beschriebenen Schaltung einfach den Mux 
weglassen und durch den Spannungsfolger ersetzen?

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