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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Tiefpass vor AD-Wandler -> Ergebnis verfälscht


Autor: Harrybert (Gast)
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Ich werke ich gerade ein bisschen mit zwei Bauteilen: DAC088S085 und dem 
ADC: Max1228. Nun habe ich einen Ausgang des DACs auf einen Eingang des 
ADCs gelegt, wo ich den DAC-Wert zurücklesen möchte. Vor den ADC habe 
ich einen Tiefpaß mit C=100pF und R=15kOhm geschalten. Gibt der Dac 
jetzt 2V aus und ich messe den Megel mit dem Multimeter nach, so messe 
ich ca. 1,98V. Der ADC ließt aber einen Wert um die 1,85V. Mach ich den 
Kondensator vom Tiefpaß vor dem ADC weg (also nur noch der 15k R 
zwischen beiden Pins) so ließt der ADC etwas genauer - so etwa 1,95V (im 
schlechtesten Fall: 1,93V)
Woher kommt sowas? Ich kann mir das nicht erklären.

Autor: Paulchen Panther (Gast)
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Hi!

Der ADC hat während er samplet einen relativ geringen Innenwiderstand. 
Das heißt, du musst R kleiner und C größer wählen oder einen 
Impedanzwandler vorschalten.

Gruß
PP

Autor: Michael R. (Gast)
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Noch detaillierter:
Fast alle ADCs schalten beim samplen eine interne kleine Kapazität an 
den Eingang und koppeln die dann wieder ab. Die Spannung in dieser 
kleinen Kapazität wird anschließend gemessen.
Diese Kapazität ist vor dem Samplen leer oder hat irgendeine andere 
Spannung, denn viele successive approximation-ADCs verbrauchen die 
Ladung während der Messung. Die sind intern vereinfacht mit kapazitiven 
Spannungsteilern ausgestattet.

Nun stell Dir vor, Du schaltest an einen mit 3V geladenen Kondensator 
von 100pF schlagartig leere 24pF (Datenblatt) dazu. Dann muss sich die 
vorhandene Ladung auf diese beiden Kondensatoren aufteilen, die Spannung 
sinkt. Das samplen geht so schnell, dass in dieser Zeit kaum Ladung 
durch den Widerstand nachfliesen kann.

Was kann man tun?
- Kondensator viel größer machen.
- Widerstand viel kleiner machen
- Kondensator weglassen
- Nach dem Tiefpassfilter einen schnellen genauen OPV einbauen (z.B. 
OPA365)
- weniger häufig samplen hilft manchmal auch

Schau Dir im Datenblatt auch mal Note 6 an.

Michael

Autor: Harrybert (Gast)
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Danke Michael für die ausführliche Erklärung. Das hat mich wieder ein 
Stückchen weiter gebracht. Gruß Harrybert

Autor: Harrybert (Gast)
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Eine Frage habe ich aber doch noch:

Den Tiefpaß brauche ich ja eigentlich nicht, wenn ich z.B. nur Sensoren 
(Potis) einlesen will. Es sei denn mein zu lesendes Signal wäre durch 
äußere Störungen verrauscht. Ein Tiefpaß am ADC Eingang ist doch 
eigentlich als Anti Aliasing TP in der Signalverarbeitung zu verwenden. 
Ich liege ich da richtig?

Autor: tom (Gast)
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Auch wenn es für Harrybert geklärt ist, verstehe ich nicht ganz, warum 
die 100pF negative Auswirkungen haben. Die zusätzliche Kapazität sollte 
die zu messende Spannung doch stützen, oder nicht. Durch die Kapazität 
wird die Quellimpedanz für eine Impulsartige Belastung (Sampeln) 
geringer, wodurch die Spannung weniger abfallen sollte. Wieso verhält 
sich das genau umgekehrt?

Sorry für das wiederöffnen des Threats, aber das möchte ich noch wissen.

Danke

Autor: Harrybert (Gast)
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tom schrieb:
> Auch wenn es für Harrybert geklärt ist, verstehe ich nicht ganz, warum
> die 100pF negative Auswirkungen haben. Die zusätzliche Kapazität sollte
> die zu messende Spannung doch stützen, oder nicht. Durch die Kapazität
> wird die Quellimpedanz für eine Impulsartige Belastung (Sampeln)
> geringer, wodurch die Spannung weniger abfallen sollte. Wieso verhält
> sich das genau umgekehrt?
>
> Sorry für das wiederöffnen des Threats, aber das möchte ich noch wissen.
>
> Danke

Wenn der 100pF etwas größer wäre, dann stimmt das auch. Da der kleine 
100pF seine Ladung aber relativ schnell abgegeben hat, muss eben doch 
nochmal Ladung (ich sag mal) "nachgeführt" werden. Diese wird aber durch 
den Widerstand vom TP wieder begrenzt.

Autor: Michael R. (Gast)
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tom schrieb:
> Auch wenn es für Harrybert geklärt ist, verstehe ich nicht ganz, warum
> die 100pF negative Auswirkungen haben. Die zusätzliche Kapazität sollte
> die zu messende Spannung doch stützen, oder nicht. Durch die Kapazität
> wird die Quellimpedanz für eine Impulsartige Belastung (Sampeln)
> geringer, wodurch die Spannung weniger abfallen sollte. Wieso verhält
> sich das genau umgekehrt?
>
> Sorry für das wiederöffnen des Threats, aber das möchte ich noch wissen.
>
> Danke

Stell Dir vor, Du hast ein Fass Wasser, dessen Füllhöhe Du messen 
möchtest. Nun schließt Du außen unten einen durchsichtigen Schlauch an, 
hälst das Ende nach oben. Am Schlauch kannst Du dann die Wasserhöhe 
ablesen.
Weil aber Wasser vom Fass in den Schlauch gelaufen ist, ist nun weniger 
Wasser im Fass und der Schlauch zeigt nicht die anfängliche Füllhöhe an 
sondern einen zu niedrigen Wert.


Um genaue Messungen zu machen gibt es 3 Möglichkeiten.
1.: Die Zeitkonstante R*C zwischen Filterkondensator+Samplekondensator 
im ADC und dem Filterwiderstand muss viel kleiner sein als die 
Samplezeit. Letztere liegt meistens im Bereich von µs.

2.: Den Filterkondensator so groß machen (großes Fass), dass ihm eine 
Ladungsentnahme durch den Sample-Kondensator fast nichts ausmacht. Will 
man also auf 10 Bit genau messen, sollte der Filterkondensator ungefähr 
1000mal größer sein als der Sample-Kondensator (hier 24pF).

3. Hinter den Tiefpassfilter einen schnellen und genauen OPV hängen.

Anti Aliasing-Filter braucht man nicht immer. Wenn das zu messende 
Signal und die zu erwartenden Störungen sicher keine Anteile hat, die 
über der halben Sample-Frequenz liegen, kann man häufig darauf 
verzichten.

Michael

Autor: Harrybert (Gast)
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Vielen Dank Michael, du hast Dich ja scheinbar etwas intensiver mit 
dieser Problematik auseinandergesetzt!

Autor: M. Köhler (sylaina)
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Michael R. schrieb:
> Stell Dir vor, Du hast ein Fass Wasser, dessen Füllhöhe Du messen
> möchtest. Nun schließt Du außen unten einen durchsichtigen Schlauch an,
> hälst das Ende nach oben. Am Schlauch kannst Du dann die Wasserhöhe
> ablesen.
> Weil aber Wasser vom Fass in den Schlauch gelaufen ist, ist nun weniger
> Wasser im Fass und der Schlauch zeigt nicht die anfängliche Füllhöhe an
> sondern einen zu niedrigen Wert.

Eine sehr schöne, anschauliche Erklärung wie es sich verhält. Gefällt 
mir hier besonders gut ;)

Autor: Christian (Gast)
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Hallo!

Ich arbeite auch gerade mit dem MAX1228, nur leide komme ich nicht mal 
so weit wie Harrybert, denn ich arbeite noch an der Kommunikation.
Ich habe mein Problem bereits im 
Beitrag "Kommunikation mit MAX1228" erleutert.
Ich hoffe nun, dass ihr mir weiter helfen könnt. Ich bin nämlich gerade 
beim verzweifeln...

Viele Grüße
Christian

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