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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Kurze Frage zu Referenzspannungsquelle


Autor: Haribart (Gast)
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Hallo zusammen!

Ich brauche für meine Anwendung eine Referenzspannungsquelle.
Diese muss sehr genau sein, da ich sehr exakte Messungen durchführen 
möchte.
Ich möchte einen DMS einer Messbrücke ausmessen und verwende einen 
LTC2430 (Werde einen 16-20Bit Diferential ADC verwenden).

Meine Frage ist nun, wie genau muss ich für so eine Anwendung die 
Referenzspannung wählen? Ich werde sowohl die Shaltung, wie auch die 
Referenz aus der gleichen Quelle betreiben (da kommt mir nebenbei eine 
Frage vorab: Trenne ich die Referenz für den ADC, sowie die Versorgung 
für die Brücke durch bspw. ein LC-Netzwerk vom Rest der Schaltung ... 
Spannungsschwankungen und so?)
Ich brauche eine 3,3V Referenz.
Temperaturbereich meiner Anwendung muss von -40°C bis +85°C 
gewährleistet sein.
Noch wichtig: Meine Schaltung darf nicht mehr als 3,8mA verbrauchen. Die 
Referenz sollte also nicht selber schon 500uA davon verbrauchen...muss 
noch den Mikrocontroller, den AD-Wandler, paar OPAMPs, nen LCD und so'n 
Gedöns versorgen.

Bei den Referenzspannungen steht manchmal noch eine Angabe, wie sehr die 
Ausgangsspannung bei einem Lastsprung absinkt, leider nicht überall.

Also ich habe mal ein wenig bei Linear rumgesucht:

LT1461:
-------
+/- 0,04% und 3ppm/°C  in der A-Version - Preis: 11€ !!!!!!!
+/- 0,06% und 7ppm/°C  in der B-Version - nicht da momentan
+/- 0,08% und 12ppm/°C in der C-Version - Preis: 2,69€
+/- 0,15% und 20ppm/°C in der D-Version - nicht da momentan

Stromverbrauch: max. 50uA
Regulierung:    max. 40ppm/mA

Der LT1461 wird extra als geeigneter Baustein für die Versorgung der 
Schaltung mit gleichzeitiger Referenzspannungserzeugung vorgeschlagen.

LT1790:
-------
+/- 0,05% und 10ppm/°C in der A-Version - nicht da momentan
+/- 0,1%  und 25ppm/°C in der B-Version - Preis: 2,84€

Stromverbrauch: max. 60uA
Regulierung:    max. 250ppm/mA

LT6656:
-------
+/- 0,05% und 10ppm/°C in der A-Version - Preis: 5,35€
+/- 0,1%  und 20ppm/°C in der B-Version - Preis: 3,85€

Stromverbrauch: max. 850nA !!!!!!!!!!!
Regulierung:    max. 425ppm/mA  :((


ALSO: Generell geht es jetzt nicht ums Geld, aber mann muss es auch 
nicht sinnlos rausschmeißen - daher meine Frage, ab wann es 
schwachsinnig wird, in übergenaue Referenzen zu investieren.

Für welche Anwendungen verwendet man welche Referenzgenauigkeiten?

Kann mir da jemand vielleicht ein wenig beratend zur Seite stehen?


Vielen Dank!

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Wie genau soll denn der schlussendliche Messwert sein ? 1%, 0.1%, 0.01% 
? Die Referenz wird linear in den gemessenen wert eingehen.

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Haribart schrieb:
> Für welche Anwendungen verwendet man welche Referenzgenauigkeiten?

Das Rauschen der Referenz ist ein anderer, oft unterschätzter Punkt wenn 
du mit 20Bit arbeiten willst. Drift und TempCo. allein zu betrachten 
sind nicht wirklich ausreichend.

LTC6655 und die app. note AN124 verraten Dir mehr dazu.

Autor: Haribart (Gast)
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Also ich habe hier momentan einen Testaufbau auf einem Steckbrett mit 
20Bit-ADC und der teuren 11 Euro Referenz (Muster von Linear).

Wichtig ist, dass der gemessene Wert einen Fehler von 0,2% nicht 
überschreitet, aber das ist mir noch zuviel eigentlich (ich kann den 
Messwert mit einem geeichten Gerät überprüfen).

Mit meinem jetzigen Aufbau erreiche ich Fehler von 0,03%. Darüber habe 
ich mich natürlich sehr gefreut. Aber wie gesagt - mit der 11€ Referenz.

Nur kann ich nicht sagen, ob das jetzt an der Referenz liegt. Ich hatte 
vorher eine andere, die LTC6652 - aber die saugt mal locker 300uA an 
Eigenverbrauch - die kann ich mir nicht leisten.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Haribart (Gast)

>Also ich habe hier momentan einen Testaufbau auf einem Steckbrett mit
>20Bit-ADC und der teuren 11 Euro Referenz (Muster von Linear).

Klar, 20 Bit ADC auf Steckbrett, sehr sinnvoll . . .

>Wichtig ist, dass der gemessene Wert einen Fehler von 0,2% nicht
>überschreitet,

Das ist keine sonderliche Herausforderung.

> aber das ist mir noch zuviel eigentlich (ich kann den

Na wieviel willst du denn!

> Messwert mit einem geeichten Gerät überprüfen).

>Mit meinem jetzigen Aufbau erreiche ich Fehler von 0,03%. Darüber habe
>ich mich natürlich sehr gefreut. Aber wie gesagt - mit der 11€ Referenz.

Schau dir mal den ADR36x an, siehe

http://www.mikrocontroller.net/articles/Standardba...

>Nur kann ich nicht sagen, ob das jetzt an der Referenz liegt. Ich hatte
>vorher eine andere, die LTC6652 - aber die saugt mal locker 300uA an
>Eigenverbrauch - die kann ich mir nicht leisten.

Warum? Welche Minibatterien hast du denn? Wieviel zieht der Rest deiner 
Schaltung? Man kann die Referenz auch schaltbar machen.

Ach ja, ich hoffe du kennst den Unterschied zwischen [[Auflösung und 
Genauigkeit]].

MFG
Falk

Autor: Haribart (Gast)
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Falk Brunner schrieb:
> Klar, 20 Bit ADC auf Steckbrett, sehr sinnvoll . . .

Sicher nicht, aber ich muss meine Schaltung ja erstmal probieren.

Falk Brunner schrieb:
> Na wieviel willst du denn!

Naja wenn es unter 0,05% liegt bin ich glücklich.

Falk Brunner schrieb:
> Schau dir mal den ADR36x an, siehe

Der hat ja auch 0,1%.

Falk Brunner schrieb:
> Warum? Welche Minibatterien hast du denn? Wieviel zieht der Rest deiner
> Schaltung? Man kann die Referenz auch schaltbar machen.

Ja, kann man, nur wie gesagt, versorgt die Referenz auch meine 
Schaltung. Die wird sich nicht selber abschalten sollen.

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Haribart schrieb:
> Wichtig ist, dass der gemessene Wert einen Fehler von 0,2% nicht
>
> überschreitet,


Das würde bereits  fast ein 12Bit ADC leisten. Ein 14 bit schaft das in 
jedme Fall.

Da Du von 16-20bit redest, stellt sich unmittelbar die Frage: Was willst 
Du wirklich?

Du kaufst Dir  doch auch keinen 16 Tonnen LKW, nur weil Du regelmäßig 4 
Kisten Mineralwasser als Zuladung hast.

Autor: Haribart (Gast)
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Ich habe meine Ansprüche ja auf 0,05% hochgeschraubt.

Aber wenn wir mal zurück zur eigentlichen Frage kommen - gehen wir jetzt 
von einem 16Bit-ADC aus - wie ist es denn da mit der 
Referenzspannungsquelle?

Und wie sieht es mit dem LC nach der Versorgung aus?

Autor: Haribart (Gast)
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Damit ist das Thma jetzt wieder gestorben? ;-(

Ich kenne doch die Diskussionen mit ADCs über 16Bit - war ja nur ne 
generelle Frage mit Wunsch nach einer groben Einschätzung.

Autor: Theodor (Gast)
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Hallo Haribart,

mit dem ADR42x kriegst du einen 16-Bit-Wandler wie den AD7655 stabil auf 
ein 1-Bit-Rauschen stabilisiert.
Auf einer 4-Lagen-Platine mit Pi-Filtern (C-L-C) vor den Versorgungspins
habe ich das hingekommen. Da bei mir die Schaltung praktischerweise 
unter klimatisch kontrollierten Bedingungen lief hatte ich nur mit den 
Rauschen
zu kämpfen.
Deine 0,05% sehe ich über diesen Temperaturbereich als kritisch an,
ich glaube nicht, dass das ohne digitale Korrektur funktioniert.
Gute SMD-Widerstände, wie sie der Eingangsverstärker sie braucht, haben 
schon 0.1%. Ich denke der Drift deiner Referenz wird den kleinsten 
Anteil liefern.
Mein Vorschlag ist, dass du einen zweiten ADC oder direkt einen Dual-ADC 
nimmst und auch die Temperatur misst.
In einer Klimakammer musst du dann eine Tabelle mit Messabweichungen
über die Temperatur erstellen.
Alles in allem ein sehr aufwändiges Vorhaben, das du da hast!

Autor: ... (Gast)
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Sehe ich das richtig? Du versorgst die Schaltung selbst aus der 
Referenzspannungsquelle? Wenn ja, überleg mal einen Spannungsregler für 
die Schaltung zu verwenden. Dann hast du das Problem mit dem Strom nicht 
mehr. Außerdem wird sich das Renferenzelement bei dem hohen Strom, den 
du ziehst, mehr erwärmen, was wieder eine größere Abweichung bedeutet.

Gruß

Autor: gästle (Gast)
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Die Referenz versorgt nur DMS-Brücke, die analoge Signalverarbeitung und 
die Referenzspannung/ analoger Teil vom A/D-Wandler. Alles andere wird 
aus separaten Spannungsreglern versorgt! Das Signal aus der Messbrücke 
ändert sich dann bei Drift der Referenz im gleichen Verhältnis wie die 
Referenzspannung des A/D.

N.B. Wie sieht es mit der Temperaturdrift aus? Ist die in den 0,03% 
Fehler schon drin?

Autor: MaWin (Gast)
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> gehen wir jetzt von einem 16Bit-ADC aus - wie ist es
> denn da mit der Referenzspannungsquelle?

So lange du den DMS aus derselben Referenz versorgst wie
den A/D-Wandler, ist die Referenz ziemlich egal, eine
Batterie tut es.

Sie muß nur während der Messung konstant blieben, d.h.
kein Drift kein Rauschen oberhalb deiner Genauigkeit.

Das ist der Vorteil der ratiometrischen Messung.

Hast du aber absolute Werte zu messen, dann muß die
Refrenz ausreichend genau sein für deine 0.015%.

Autor: Haribart (Gast)
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Also ist es generell nicht zu empfehlen, die eigentliche Schaltung und 
den ADC aus der selben Quelle zu betreiben? Ich mein, klar ist getrennte 
Referenz besser, nur dann brauche ich ja zwei (bzw. noch einen Regler).

Ich dachte, ich könnte das durch ein LC oder C-L-C Filter davor lösen.

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Haribart schrieb:
> Also ist es generell nicht zu empfehlen, die eigentliche Schaltung und
> den ADC aus der selben Quelle zu betreiben?

OK. Die eigentliche Schaltung kann dir unter Umständen Spikes in die 
Versorgung der Messschaltung einkoppeln. Wenn die auftreten, während der 
ADC seine Messung macht (bzw. genau zu dem Zeitpunkt wenn die Messung 
beginnt), dann misst du die mit.
Ist dein Versorungsspannung aber einigermassen sauber kann man das schon 
machen.

> Ich mein, klar ist getrennte
> Referenz besser, nur dann brauche ich ja zwei (bzw. noch einen Regler).

Und?
ein 7805 kostet einen Pappenstiel

> Ich dachte, ich könnte das durch ein LC oder C-L-C Filter davor lösen.

Kannst du genausogut.
Solange die Messbrücke dieselbe Spannung hat, die auch der ADC als 
Referenz benutzt, kürzen sich alle Spannungsschwankungen automatisch aus 
dem Messergebnis raus. Solange die Spannungsschwankungen nicht zu kurz 
sind. Also keine Spikes.

Autor: Haribart (Gast)
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Karl heinz Buchegger schrieb:
> Kannst du genausogut.

Könnte mir einer nen Richtwert für die Bauteildimensionierung geben?

Einen weiteren Spannungsregler wollte ich eigentlich vermeiden, um nicht 
noch mehr Strom zu "verschenken" - ein LDO-Regler braucht auch nochmal 
seinen eigenen Strom. Daher wollte ich beides mit einem lösen.

Aber klar - der uC macht mir Schaltflanken auf die Versorgung. Ja 
scheisse - was nun?

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Haribart schrieb:

> Aber klar - der uC macht mir Schaltflanken auf die Versorgung. Ja
> scheisse - was nun?

Vernünftig sieben, 100nF an die Versorgungsspannungspins der Digital-IC. 
Ev noch einen kleineren parallel dazu und dann ist das kein Thema mehr. 
Den Rest macht man mit mehrmals messen und den Mittelwert ausrechnen.

Autor: Haribart (Gast)
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Ja klar, die sind ja eh dran, nur ich meinte zwischen Vcc_Schaltung und 
Vcc/Vref_ADC und Messbrücke. Also den eventuellen CLC dazwischen.

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