Negativ und positive Spannungen mit µC messen

[Boris H. (abschaedler)]

Hallo zusammen,
ich möchte mit meinem µC (Fujitsu MB9B506) -10...+10V messen.
Habe schon ordentlich im Forum gesucht, aber habe bis auf ein paar 
einfache Schaltungen, die nicht sehr präzise sind oder einen zu 
niedrigen Eingangswiederstand haben, nichts gefunden.
Kennt nicht jemand ein schönes IC, was ich zwischen den Eingang und 
meinen Controller hänge, und mit ein wenig Außenbeschlatung 
konfigurieren kann?
Vielen Dank und Gruß,
Boris

[Falk B. (falk)]

@  Boris Henn (abschaedler)

>ich möchte mit meinem µC (Fujitsu MB9B506) -10...+10V messen.

Nix neues.

>Habe schon ordentlich im Forum gesucht, aber habe bis auf ein paar
>einfache Schaltungen, die nicht sehr präzise sind oder einen zu
>niedrigen Eingangswiederstand haben,

Wie präzise und hochohmig soll es denn sein?

>Kennt nicht jemand ein schönes IC, was ich zwischen den Eingang und
>meinen Controller hänge, und mit ein wenig Außenbeschlatung
>konfigurieren kann?

Nennt sich Operationsverstärker. Vielleicht reicht aber auch ein 
Spannungsteiler aus drei Widerständen.

[Boris H. (abschaedler)]

Hallo Falk,
ja, an einen OP hatte ich auch gedacht. Allerdings steh ich mit der 
auslegung der außenbeschaltung (Verstärkung, Offset) auf Kriegsfuß. Hast 
Du ein Beispiel. (Schäm)
Gruß,
Boris

[Uwe (Gast)]

Signal durch einen Impedanzwandler danach Subtrahierverstärker und 
schließlich der AD-Wandler. Jedoch benötigst du dafür +12V und -12V 
(z.B. DC/DC Wandler mit 5V input und +-12V Output).
Es gibt noch andere Möglichkleiten, aber die machen es 
Schaltungstechnisch nicht leichter. Signal auf Virtuelle Masse beziehen 
und negative Spannung sparen. Das einfachste wäre wenn du nur ein AC 
Signal messen brauchst.

[Kein Name (Gast)]

Nach "Op Amps For Everyone" googeln.

Kapitel 4.3.1 enthält ein Kochrezept. Der Rest des PDFs die 
Hintergrundinformationen.

[Uwe Bonnes (Gast)]

Wenn es etwas kosten darf, dann ist der INA159 erste Wahl.

[Boris H. (abschaedler)]

Danke, "Kein Name". Nettes Dokument.
Habe jetzt gefunden was ich brauche. Es ist der INA159 von TI. Der macht 
exakt das was ich will. Ist zwar mit gut 5€ nicht grad günstig, aber 
dann bin ich fertig.
Gruß,
Boris

[Uwe Bonnes (Gast)]

Denke aber an den endlichen Eingangswiderstand des INA159!

[René B. (reneb)]

>Ist zwar mit gut 5€ nicht grad günstig
Einfacher als mit dem INA159 geht es nur, wenn du dir selbst die 
Schaltung aufbaust, bzw aus dem Datenblatt nachbaust. Mit einem 
rail-to-rail opamp und ein paar Widerständen wird es dann noch billiger. 
Da du ja einen ADC verwendest, kannst du die Offset und Fehlerkorrektur 
auch im µC vornehmen. Das sollte hinterher sogar recht temperaturstabil 
sein, da über Widerstandsverhältnisse gearbeitet wird.

Deine Quelle muss aber vergleichsweise stark sein, denn die 
Eingangsimpedanz liegt nur bei 100k (z.vgl die meisten Multimeter haben 
schon 10M und viele OpAmps liegen da nochmal darüber).

Du hast natürlich auch nur weniger als die halbe Auflösung und musst 
deinen ADCref am FM3 mit 5V versorgen, denn 3.3 reichen nicht, weil dein 
Signalumfang am ADC-Eingang um Aref/2 bei +-2V liegt. Mit 5V liegt deine 
Mitte also bei 2,5V und der Signalumfang bei +-10V am Eingang hinten bei 
0,5V..4,5V

[Werner (Gast)]

Uwe schrieb:
> Jedoch benötigst du dafür +12V und -12V

Warum denn ein solches? Wenn der OP -10 .. +10V auf 0.5 .. 4.5 abbildet, 
kann der ganz gemütlich von 0 .. 5V leben.

[René B. (reneb)]

Werner und Uwe haben beide irgendwie recht.

@Uwe: Schau dir mal die Innenbeschaltung des INA159 an. Bei -10V am 
Eingang wird das ganze erstmal nur über ein Widerstandsnetzwerk 
gewichtet und summiert, der OpAmp kommt erst dahinter und dann sind die 
Pegel schon zwischen 0..5V. Mit 100k Eingangsimpedanz kann man es mit 
0..5V bewältigen.

@Werner: Wenn Impedanzwandler vorne dran sollen, weil die 100k 
Eingangsimpedanz nicht reichen, braucht es für die 
Impedanzwandler-OpAmps natürlich die +-10V.

@Boris: Wenn du mit dem 100-PMC Board von Fujitsu V1.0 arbeitest, 
solltest du dir unbedingt die "Errata" des Boards auf der Homepage 
durchlesen, denn der ADC ist im Auslieferungszustand unbrauchbar, weil 
es am Aref-Pin durch den RS232-switch-cap-IC zappelt. Das ist evtl bei 
V1.1 behoben, hab ich aber noch nicht mit dem Oszi draufgeschaut.

[Werner (Gast)]

René B. schrieb:
> @Werner: Wenn Impedanzwandler vorne dran sollen, weil die 100k
> Eingangsimpedanz nicht reichen, braucht es für die
> Impedanzwandler-OpAmps natürlich die +-10V.

Ob die zu messende Signalquelle es schafft, einen Strom von max. 100µA 
zuliefern, ohne gleich "zusammenzubrechen" ist leider unbekannt. Der 
Spannungsbereich hört sich nach einem Wandler an, der das eigentliche 
Sensorsignal schon auf den Spannungbereicht umsetzt, d.h. niederohmig 
genug sein sollte.

Aber ohne Rätselraten und "wenn-dann" Entscheidungsbäume wären viele 
Threads hier so kurz ....