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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Hochimpedantes 24V Analogsignal stromsparend impedanzwandeln


Autor: Ras Funk (rasfunk)
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Hallo,

Ich möchte gerne ein hochimpedantes 24V-Analogsignal digitalwandeln. 
Bandbreite ca 100kHz, Phasengang und Verstärkung der gesuchten Schaltung 
sollten in diesem Bereich entsprechend flach/konstant sein.

Das Signal darf aber um himmelsherrgottswillen nicht belastet werden - 
die Eingangsimpedanz der Schaltung sollte größer als 200kOhm sein.

Die ADC-Eingangsstufe kommt über Rückkopplung etc. durchaus mit 24V 
klar, muss aber recht niederimpedant (~1kOhm) getrieben werden.

Zuerst habe ich einfach einen OPA132 hergenommen - geht wunderbar. Der 
verbraucht aber schon in Ruhe ca. 4ma, d.h. bei 24V fast 100mW. Dadurch, 
dass es mehrere Kanäle gibt, die Schaltung batteriebetrieben ist, und 
ich die einzelnen Opamps nicht ausschalten kann, fällt die Lösung 
allerdings wegen des zu hohen Strombedarfs weg.

Ich habe schon nach JFET/CMOS Opamps mit Shutdown gesucht. Es scheint 
aber keine zu geben.

Hat vielleicht jemand eine Idee, wie man das Problem stromsparender 
lösen kann?

Oder wie man die Opamps am raffiniertesten einzeln ausschalten kann 
(externen Transistor)?

Oder hat jemand Erfahrung mit JFET-Eingangsstufen, z.B. dieser hier:
http://www.ssalewski.de/DSO.html.en

(das Signal kann gerne auch um den Faktor 2-2.5 gedämpft werden, 
deswegen ist eine JFET/CMOS source follower/common drain Schaltung 
prinzipiell auch geeignet)

Als Versorgungsspannungen habe ich derzeit 5V und 24V zur Verfügung.

Freue mich über Anregungen!

Rasfunk

Autor: DiPi (Gast)
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Instrumentationsverstärker wie INA... haben hohe Eingangsimpedanzen.

Autor: Michael O. (mischu)
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Ras Funk schrieb:
> Ich möchte gerne ein hochimpedantes 24V-Analogsignal digitalwandeln.
> Bandbreite ca 100kHz, Phasengang und Verstärkung der gesuchten Schaltung
> sollten in diesem Bereich entsprechend flach/konstant sein.
>
> Das Signal darf aber um himmelsherrgottswillen nicht belastet werden -
> die Eingangsimpedanz der Schaltung sollte größer als 200kOhm sein.

Wenn es 24V hat, muss Du es doch nicht mehr messen, oder :) ?
Darf das Signal "niemals" belastet werden, oder nur nicht bei der 
Messung?

Ras Funk schrieb:
> Zuerst habe ich einfach einen OPA132 hergenommen - geht wunderbar. Der
> verbraucht aber schon in Ruhe ca. 4ma, d.h. bei 24V fast 100mW. Dadurch,
> dass es mehrere Kanäle gibt, die Schaltung batteriebetrieben ist, und
> ich die einzelnen Opamps nicht ausschalten kann, fällt die Lösung
> allerdings wegen des zu hohen Strombedarfs weg.

Soll diese Beschreibung bedeuten, dass du mehrere Kanäle per 
Zeitmultiplex auslesen möchtest??
Dann könntest Du nicht nur Strom sondern auch Bauteile sparen, indem Du 
einen Analogschalter vor den OPAMP setztest.

DiPi schrieb:
> Ich habe schon nach JFET/CMOS Opamps mit Shutdown gesucht. Es scheint
> aber keine zu geben.
>Oder wie man die Opamps am raffiniertesten einzeln ausschalten kann
>(externen Transistor)?

Wenn Du den per Transistor ausschaltest, könnte er dein 24V Signal 
belasten...

Autor: Ras Funk (rasfunk)
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> Wenn es 24V hat, muss Du es doch nicht mehr messen, oder :) ?
Okay, es könnten 0-24V sein, üblicherweise wird es aber so um 12V herum 
schwingen ;-)

> Darf das Signal "niemals" belastet werden, oder nur nicht bei der
> Messung?
Nur bei der Messung darf es nicht belastet werden. Sonst ist es mir egal 
;-)

> Soll diese Beschreibung bedeuten, dass du mehrere Kanäle per
> Zeitmultiplex auslesen möchtest??
Nein, die Messung läuft parallel.

> Dann könntest Du nicht nur Strom sondern auch Bauteile sparen, indem Du
> einen Analogschalter vor den OPAMP setztest.
Stimmt! Leider muss es vollsynchron sein.

> Wenn Du den [OPAMP] per Transistor ausschaltest, könnte er dein 24V Signal
> belasten...
Guter Punkt, da hätte ich jetzt nicht dran gedacht. Die Belastung des 
Signals könnte mir ja noch egal sein, aber den Input des Opamps über Vcc 
zu ziehen ist laut Datenblatt nicht erlaubt...!

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Ras Funk schrieb:
>> Wenn Du den [OPAMP] per Transistor ausschaltest, könnte er dein 24V Signal
>
>> belasten...
>
> Guter Punkt, da hätte ich jetzt nicht dran gedacht. Die Belastung des
>
> Signals könnte mir ja noch egal sein, aber den Input des Opamps über Vcc
>
> zu ziehen ist laut Datenblatt nicht erlaubt...!


Dennoch kannst Du einen hochohmigen Spannungsteiler (z.B. 10MOhm, etc.) 
vor jeden Deiner OPV setzen und die OPV nur für die Messung einschalten 
(z.B. in dem Du ihnen die +Vcc zuschaltest, ich setze mal eine single 
supply OPV voraus)

Das reduziert den mittleren Stromverbrauch deutlich, kurze Messphase und 
längere Messpause vorausgesetzt.

Autor: static_LED (Gast)
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LT1494
http://cds.linear.com/docs/Datasheet/149456fb.pdf
36V
1.5uA
96MegOhm Eingangswiderstand (24V @250pA)

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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static_LED schrieb:
> LT1494


Fällt aber sofort raus wegen zu niedrigem GBW

Geht daher NICHT.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Ras Funk (rasfunk)

>Ich möchte gerne ein hochimpedantes 24V-Analogsignal digitalwandeln.
>Bandbreite ca 100kHz, Phasengang und Verstärkung der gesuchten Schaltung
>sollten in diesem Bereich entsprechend flach/konstant sein.

>Das Signal darf aber um himmelsherrgottswillen nicht belastet werden -
>die Eingangsimpedanz der Schaltung sollte größer als 200kOhm sein.

Macht bei 24V max. 120µA, das ist Starkstrom.

>Die ADC-Eingangsstufe kommt über Rückkopplung etc. durchaus mit 24V
>klar, muss aber recht niederimpedant (~1kOhm) getrieben werden.

Was spricht gegen einen LOW Power OPV?

>Zuerst habe ich einfach einen OPA132 hergenommen - geht wunderbar. Der
>verbraucht aber schon in Ruhe ca. 4ma, d.h. bei 24V fast 100mW. Dadurch,

Ähhn, das ist schon wieder Starkstrom. Selbst der gute, alte LM358 
bruacht gerade mal 1mA. Ich hab hier einen MC33171, der zeiht 180µA bei 
2 MHz Bandbreite. Den als Spannungsfolger schalten, fertig.

>Ich habe schon nach JFET/CMOS Opamps mit Shutdown gesucht. Es scheint
>aber keine zu geben.

Ob JFET oder Bipolar ist Wurscht, der Eingangsstrom ist so niedrig, das 
ist egal.

MfG
Falk

Autor: Michael O. (mischu)
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Der AD-Wandler wird doch sicher keine 0..24V verarbeiten können - bzw. 
nur deshalb weil dort ebenfalls ein Spannungsteiler vorgeschaltet ist.

D.h. mit einem hochohmigen Spannungsteiler (fügt etwas Rauschen hinzu) 
könntest Du auch die Betriebsspannung der OPAMPs deutlich reduzieren. 
Zusätzlich gibt es im Bereich um 5V jede Menge gute OPs mit sehr 
niedrigem Stromverbrauch!  Dadurch sparst Du dann doppelt.

Autor: Ras Funk (rasfunk)
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Danke für die Postings!

> Macht bei 24V max. 120µA, das ist Starkstrom.
Freut mich zu hören!

> Was spricht gegen einen LOW Power OPV?
Nichts - der OPV muss halt insgesamt passen.

> Ähhn, das ist schon wieder Starkstrom. Selbst der gute, alte LM358
> bruacht gerade mal 1mA. Ich hab hier einen MC33171, der zeiht 180µA bei
> 2 MHz Bandbreite. Den als Spannungsfolger schalten, fertig.
Könnte tatsächlich gehen, dazu muss ich mal einen Testaufbau machen. Das 
Signal soll aber natürlich so sauber wie irgendmöglich digitalisiert 
werden - und in Sachen THD und slew rate spielt der OPA132 natürlich in 
einer ganz anderen Liga. Siehe nächstes Posting für weitere Details zur 
Anwendung...

> Ob JFET oder Bipolar ist Wurscht, der Eingangsstrom ist so niedrig, das
> ist egal.
Ich hatte mir auch den OPA211 angeschaut, der hat einen tollen Shutdown 
- aber leider hätte der gerne ein Signalquelle mit 2kOhm.

Autor: Ras Funk (rasfunk)
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Michael O. schrieb:
> Der AD-Wandler wird doch sicher keine 0..24V verarbeiten können - bzw.
> nur deshalb weil dort ebenfalls ein Spannungsteiler vorgeschaltet ist.

Der A/D-Wandler ist voll-differentiell und wir über einen "fully 
differential" Op-Amp getrieben. App Note:

http://focus.ti.com/lit/an/slyt359/slyt359.pdf

Da die Ref-Spannung bei bei 2.5V liegt, habe ich also insgesamt einen 
differentiellen Eingangsbereich, der equivalent zu 10V single ended ist.

(Anmerkung: der THS4521, der hier zu Einsatz kommt, braucht eine sehr 
niederimpedante Quelle)

> D.h. mit einem hochohmigen Spannungsteiler (fügt etwas Rauschen hinzu)
> könntest Du auch die Betriebsspannung der OPAMPs deutlich reduzieren.
> Zusätzlich gibt es im Bereich um 5V jede Menge gute OPs mit sehr
> niedrigem Stromverbrauch!  Dadurch sparst Du dann doppelt.

Stimmt, das habe ich mir auch schon überlegt. Aber wenn ich erst von 24V 
auf 5V "komprimiere", dann muss ich den THS4521 mit Gain 2 laufen 
lassen, um wieder auf die vollen differentiellen 10V zu kommen.

Vielleicht sind es Phantomschmerzen, aber ich bilde mir ein, es wäre 
besser, das Eingangssignal direkt auf den THS4521 zu geben - halt nur 
impedanzgewandelt.

Autor: Otto J. (Gast)
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Ras Funk schrieb:
> Vielleicht sind es Phantomschmerzen, aber ich bilde mir ein, es wäre
>
> besser, das Eingangssignal direkt auf den THS4521 zu geben - halt nur
>
> impedanzgewandelt

Wieso, solange du nicht zuviel Meßfehler durch Rauschen etc. 
aufsummierst, sowie deine Impedanzen beachtest ist das ganze doch kein 
Problem. Kommt halt ganz auf deine gewünschte Genauigkeit an.

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