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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik ADC zu viel Rauschen


Autor: Tilo L. (katagia)
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Hallo

Ich will mit einem ADC Signale mit max. 16kHz messen. 12Bit netto wären 
eine gute Sache, lieber wäre mir etwas mehr. Hierfür habe ich einen 
LTC1864 vorgesehen. Laut Datenblatt hat der ein SNR von 83dB, was 
rechnerisch ca. 14Bit ergibt. Leider rauschen bei mir gute 6 Bit durch 
die Gegend.

Mein Aufbau:
Die Schaltung wird mit 6V aus einem Schaltnetzteil gespeist. Der 
Digitalteil wird mit 3,3V über einen zusätzlichen Schaltregler versorgt. 
Der Analogteil wird mit 5V über einen Lowdrop Regler versorgt.
Der Testaufbau für den ADC besteht aus 3 Komponenten: ADC 2,5V Referenz 
für VRef und ein 1,2V Shunt als Signalquelle. Alle drei sind auf eine 
Vollkupferplatine geklebt, welche per Fädeldraht an den 10cm entfernten 
uC angeschlossen sind. Die Cs sind alle keramisch. Auf der uC Platine 
befindet sich ebenfalls die Spannungsversorgung. Ich habe versucht den 
Schaltplan möglichst so zu zeichnen, dass er dem tatsächlichen Layout 
entspricht. C3 ist direkt am Vcc-Pin. Darauf habe ich das Ferrit den 
Widerstand aufgetürmt, um die Spannung ruhiger zu bekommen. Die Referenz 
ist sehr nah am VRef Pin. Ich habe am Ausgang extra auf einen C 
verzichtet, da dieser laut Handbuch des LT1460 eher unerwünscht ist. 
Alle GND-Leitungen gehen auf Vollkupfer. GND habe ich sehr nahe an C3 
verlötet. Die Digitalpins habe ich nicht extra eingezeichnet, diese 
gehen direkt auf die andere Platine zum uC.

Laut Handbuch des ADCs müssen Vcc und VRef sehr stabil sein, da 
Schwankungen direkt in das Messergebnis eingehen sollen. Leider komme 
ich hier mit meinem Oszi an meine Grenzen. Ich "messe" ein Grundrauschen 
von ca. 10mV. Dazwischen sind unregelmäßige Spikes mit max. 50mV. Ich 
bin mir unsicher, ob diese von der Spannungsversorgung kommen oder von 
meinem Messaufbau.

Mit diesem Aufbau hätte ich erwartet, dass von den 16Bit 2-3Bit 
verrauscht sind. Leider sind es knapp 6. Ich hätte mir von der separaten 
Platine mit vollkupfer und festem Shunt mehr erhofft.

Habt ihr noch ein paar Tips für mich, nach was ich suchen könnte?

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Das Schema ist eine Sache, das Layout die Andere.

Autor: Klaus De lisson (kolisson)
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Hallo Tilo,

mein Vorschlag wäre zunächst mal die Versorgung der Schaltung mit 
Batterien statt Schaltregler. Dann könntest du ggf. diese Einflussquelle 
ausschliessen.

Gruss K.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Ich hätte mir von der separaten Platine mit vollkupfer
Lass die doch mal sehen (Layout/Foto).
Wie ist der Digitalteil angeschlossen (Masseführung)?

> und festem Shunt mehr erhofft.
Das passt aber nicht zu der Schaltung. Ein LT1009 ist laut Guugel eine 
2,5V Referenz...

> Platine mit vollkupfer
Das Entspricht aber nicht unbedingt dem Beispiellayout aus dem 
Datenblatt...

> Die Schaltung wird mit 6V aus einem Schaltnetzteil gespeist.
> Der Analogteil wird mit 5V über einen Lowdrop Regler versorgt.
Was ist das für ein 6V Schaltnetzteil?

Autor: Tilo L. (katagia)
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Hallo

Ich habe ein wenig weiter gemacht. Der Digitalteil ist jetzt über einen 
ADUM2401 vollständig entkoppelt. Die Schaltung wird über einen 6V Akku 
gespeist. Ist zwar leicht über spec aber noch unter maximum ratings.

Der LT1009 ist nicht drin, ich hab nur kein anderes Symbol gehabt. Drin 
sitzt ein LT1004-1.2, der hat die 1,2V.

Das Netzteil ist ein normales externes Netzteil, wie es in ähnlicher 
weise für USB-Hubs etc. verwendet wird, also nichts besonderes. Mehr 
weiß ich von dem leider nicht.

Im Beispiellayer ist doch auch eine massive GND-Plain unter dem ADC?

Was mich wundert: trotz Spannungsversorgung aus Akku und Trennung zur 
Digitalseite wackeln immer noch 5-6Bits durch die Gegend. Was könnte ich 
noch anders machen?

Autor: Klaus De lisson (kolisson)
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>> Das Netzteil ist ein normales externes Netzteil, wie es in ähnlicher
>> weise für USB-Hubs etc. verwendet wird, also nichts besonderes. Mehr
>> weiß ich von dem leider nicht.

.. na was denn jetzt ?  ein Akku oder ein Netzteil von dem man nichts 
weiss ?
Es gibt ja solche Netzteile auch in "ganz besch***en"

gruss K

Autor: Tilo L. (katagia)
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Beides.

Der Digitalteil hinter dem ADUM hängt am Netzteil. Der Analogteil ist 
mit einem Akku gespeist. Daher sollte das Netzteil erst einmal egal sein 
oder?

Viele Grüße,

Tilo

Autor: ArmAb (Gast)
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Darf der ADC keine Kondensatoren an seiner Versorgung haben oder wie 
jetzt ? Löte da mal ein paar auf die Versorgungspinne dann sieht es wohl 
auch etwas besser aus.

Autor: Tilo L. (katagia)
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Da sind doch 10uF dran, C3 hängt direkt wie im Schaltplan vor dem ADC an 
GND und Vcc. Ich habe C3 bei GND hin gesetzt und dann einen kurzen Draht 
zu Vcc genommen, damit dessen Ströme keinen langen Weg über die Plane 
haben.

Autor: Pothead (Gast)
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ArmAb schrieb:
> Löte da mal ein paar auf die Versorgungspinne dann sieht es wohl
> auch etwas besser aus.

Vor allem an VREF! 1nF..10nF NP0 anlöten! Siehe auch 
http://cds.linear.com/docs/Datasheet/1460fc.pdf "Capacitive Loads".

Autor: Tilo L. (katagia)
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Danke, ich hab das Handbuch so verstanden, dass wegen der 
Polverschiebung nach Möglichkeit gar kein C an den Ausgang soll.

Immherin, jetzt liegen die Messwerte fast genau 5Bits auseinander, es 
hat also etwas gebracht.

Parallal zu C3 mit 10uF welcher direkt am ADC sitzt habe ich noch 100nF 
und 100pF angebracht. Ich dachte, dass der 10uF eventuell zu träge ist. 
Gebracht hat es nichts. :(

Ich habe einfach mal die 2,5V Referenz weggelassen und VRef mit Vcc 
verbunden. Jetzt springen nur noch 2,5Bit durch die Gegend. Ideal 
gerechnet hat sich die Auflösung halbiert und der Spannungsbereich 
verdoppelt. klar, dass dann weniger Bits wackeln, aber sollte das nicht 
linear sein?

Autor: Pothead (Gast)
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Tilo Lutz schrieb:
> Danke, ich hab das Handbuch so verstanden, dass wegen der
> Polverschiebung nach Möglichkeit gar kein C an den Ausgang soll.

Wenn man aus diesem Abschnitt einen Schluss fässt dann sollte er etwa so 
lauten: Im konkreten Aufbau mit Rs & C spielen und dabei messen/prüfen 
ist eine denkbare Variante. Vorab sollte man sich mal Gedanken zur 
Eingangsimpedanz sowie zum dynamischen Verhalten von VREF im ADC 
beschäftigen um dann sinnvolle Paarungen von R/C zurechtzulegen.

Wie weit ist C2 (2.2µF) und wie weit ist der Shunt vom ADC weg, wie ist 
die Leitungsführung? Man sieht es auf dem Foto sehr schlecht.

Autor: Tilo L. (katagia)
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Ich weiß, ich hab mir Mühe gegeben, den 3D-Aufbau gut und scharf 
abzubilden. Die 2,2uF sind direkt am ADC zwischen IN+ und IN-. Der Draht 
zum Shunt (IN+ -> IN+) nach hinten ist ca 8mm lang, Diagonale (Luftweg) 
sind ca. 5mm). Gnd des Shunt ist Pin4, der geht direkt auf die Plain.

Zum dynamischen Verhalten habe ich mir schon meine Gedanken gemacht, bin 
aber nicht so weit gekommen, weil mir unklar ist, wann und wie VRef 
belastet wird. Bei den Eingängen ist es mir klar, weil im Datenblatt 
steht, dass der Samplekondensator 12pF hat.

Autor: Wilhelm F. (ferkes-willem)
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Ich hab hier noch nichts gescheites über Vref gelesen. Dessen Qualität 
wird zu oft vernachlässigt. Oder habe ich es überlesen? Vref sollte auf 
jeden Fall so gut sein, wie man signifikante bits auswerten möchte. Hab 
vor einiger Zeit sogar mal mit einem 24-bit-ADC experimentiert, das geht 
alles. Wenn ich da 14 bits gleich einstampfen könnte, Prost Mahlzeit.

Autor: Pothead (Gast)
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Das ist halt das Ding mit Switched-C SAR's. Bin da auch schon auf die 
Fresse geflogen.

Mich irritiert gerade der LT1009. Was soll das?

Wilhelm Ferkes schrieb:
> Oder habe ich es überlesen?

Ja, hast du. Darum geht es in den letzten X Posts.

Autor: Wilhelm F. (ferkes-willem)
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Pothead schrieb:

>Das ist halt das Ding mit Switched-C SAR's. Bin da auch schon
>auf die Fresse geflogen.

Der von mir genannte 24-bit ADC hatte Sigma-Delta-Wandlung, also nichts 
mit Switched SAR.

Autor: Tilo L. (katagia)
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Den LT1009 habe ich rein, weil ich dachte der tut sich besser als ein 
Spannungsteiler, um eine Testspannung zwischen VRef und GND zu erzeugen.

Autor: Pothead (Gast)
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Wilhelm Ferkes schrieb:
> Der von mir genannte 24-bit ADC hatte Sigma-Delta-Wandlung, also nichts
> mit Switched SAR.

Meine Aussage bezog sich auf Tilo's Problem. Bei 24Bit wie bei dir hat 
man zusätzlich noch ganz andere Sorgen...

Autor: Pothead (Gast)
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Tilo Lutz schrieb:
> Testspannung

Achso, nur zum testen? Was hast du mit dem Abgleichpin gemacht?

Autor: Tilo Lutz (Gast)
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Arg, jetzt hast du mich durcheinander gebracht:
Beitrag "Re: ADC zu viel Rauschen"
Es ist ein LT1004-1.2

Ich habe den Shunt ausgelötet und statt dessen 1k Ohm eingelötet, also 
ein einfacher Spannungsteiler gegen VRef. Sind immer noch 5Bit :(

Autor: Anja (Gast)
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Tilo Lutz schrieb:
> Laut Datenblatt hat der ein SNR von 83dB

Wobei beim Rauschen immer der Effektivwert angegeben wird und nicht der 
Peak/Peak Wert der Dich wahrscheinlich interessiert. Der Peak/Peak Wert 
liegt ca Faktor 5-7 höher. Also die 5 Bit (pp) sind schon realistisch.

Gruß Anja

Autor: Tilo L. (katagia)
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Guten morgen

Natürlich :)
Ich habe die Zahlen jetzt sauber durchgerechnet:
1. Von der Messreihe den DC-Anteil abgezogen (Mittelwert)
2. jedes Element quadriert
3. Von den Quadraten den Mittelwert gebildet
4. Wurzel gezogen
5. 2er Logarithmus gezogen

Das Ergebnis mit 2,5 sieht jetzt deutlich besser aus. Ich hab schon 
angefangen an mir zu zweifeln.

Noch einmal Danke an alle!

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