Aus 0 bis 5V => -5 bis +5V oder ähnliches

[Thomas P. (digusil)]

Hi,

ich werde wahrscheinlich gleich einen auf den Deckel bekommen, weil es 
bestimmt recht einfach ist und mit ein, zwei Suchen auf Google 
wahrscheinlich zu finden wäre, aber mir ist das leider nicht gelungen... 
also schon mal Entschuldigung im voraus.

Ich habe eine Messschaltung gebaut, die Differenzspannungen verstärkt, 
so dass man Aktionspotentiale bei Muskelbewegungen messen kann. Nun 
möchte ich die Schaltung verbessern, um das Signal ohne Offset 
weiterzugeben (ich erwarte mir eine Steigerung der Messgenauigkeit 
damit, da ich den AD-Wandler-Bereich besser nutzen kann und so mehr 
Abstufungen in meinem Signal hätte). Bisher arbeitet die Schaltung mit 
einer Versorgung von ca. 0 bis 5V (USB). Damit kann ich mit meinen 
Kenntnissen aber nur ein Ausgangssignal von ca. 0 bis 5V generieren, 
also um 2,5V schwingend. Ich möchte aber erreichen, dass das 
Ausgangssignal zwischen -2,5 und 2,5V oder ähnliches liegt, also um 0V 
schwingend.

Dazu müsste ich meine Schaltung "nur" insofern ändern, dass die 
Versorgungsspannung an den Instrumentenverstärkern zu Null symmetrisch 
wäre, also -5V und +5V oder -2,5V und 2,5V, etc.

Da das ganze eine Messschaltung ist fällt meines Erachtens eine 
Ladungspumpe raus, da die Spannung nicht "sauber" genug und 
wahrscheinlich die benötigte Leistung zu hoch sein würde, so dass die 
Spannung einbricht. Da ich mit Gleichspannung arbeite fällt eine Lösung 
mit galvanischer Trennung auch raus.

Kann mir jemand bitte weiterhelfen und mir eine Möglichkeit aufzeigen, 
wie ich das hinbekommen könnte?

Vielen Dank

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Was ist denn jetzt das Problem? Zwischen +-2,5V und zwischen 0...5V 
steckt genau die selbe Information, die exakt gleich gut aufgelöst 
werden kann.

Und wenn's trotzdem sein muss:
Hast du eine negative Versorgung?

Falls ja dann sieh dir den Beitrag "5V auf +/- 5V Skalieren" 
an...

[Sven B. (scummos)]

Du kannst einfach die 2.5V der einen Schaltung als Masse für den ADC 
verwenden, wenn die ansonsten galvanisch getrennt sind, oder?

Wenn du nur an der Dynamik der Signale interessiert bist (also nicht am 
konstanten Teil) kannst du auch einfach einen richtig dimensionierten ™ 
Kondensator in die Leitung einbauen, der filtert den DC-Offset weg.

[Arc N. (arc)]

Thomas P. schrieb:
> Da das ganze eine Messschaltung ist fällt meines Erachtens eine
> Ladungspumpe raus, da die Spannung nicht "sauber" genug und
> wahrscheinlich die benötigte Leistung zu hoch sein würde, so dass die
> Spannung einbricht.

Kommt drauf an...
Es gibt einige Ladungspumpen die dafür ausgelegt sind, einige werden 
z.B. als GaAs-Bias beworben z.B. MAX881R, LTC1551L, LTC3260, LM2687 etc.
Falls das für die Verstärker nicht reicht (siehe deren Datenblatt) -> 
filtern und/oder nachregulieren per LDO (und nochmals filtern).
Ebenso, u.U. etwas aufwendiger, ginge es mit Schaltreglern, die die 
benötigten Spannungen erzeugen.

[Thomas P. (digusil)]

Sicher, die Information ist identisch. Im Moment muss eine Soundkarte 
zur Erfassung der Daten herhalten. Diese ist jedoch so weit ich weiß 
bzgl. des AD-Wandlers so ausgelegt, dass dieser um 0V symmetrisch ist. 
Wenn ich nun die Masse des Audioeingangs an meine 2,5V hänge befürchte 
ich, dass dies einen Kurzschluss erzeugt. Die Masse des AD-Wandlers in 
der Soundkarte müsste ja am GND hängen, oder?

Als Versorgung benutze ich einen USB-Anschluss, also 5V und GND. Deshalb 
kann ich nicht mit einer Opamp-Schaltung den Offset bereinigen. Das 
Verschieben der Spannung mit einem Spannungsteiler, dessen "Mitte" gegen 
GND geschaltet ist, bringt wegen der Versorgung mit USB leider nichts, 
da hier der GND bereits festgelegt ist.

Bei der Messung kommt es nicht nur auf die Änderung des Signals an, 
sondern auch auf die absoluten Werte. Das zu messende Signal sieht im 
wesentlichen so aus: http://de.wikipedia.org/wiki/Aktionspotential
Da auch das Ruhepotential gemessen werden soll, kann ich über eine 
Kondensatorschaltung den Offset nicht heraus nehmen. Da dann auch die 
Information bzgl. des Ruhepotenials verloren gehen würde.

Der LM2687 sieht interessant aus, jedoch muss ich nochmal nachsehen, ob 
die Leistung ausreicht. Was ich noch gefunden habe wäre ein TEN3-0521. 
Leider ist das Datenblatt nicht so ausführlich: 
http://www.tracopower.com/products/ten3.pdf

[Harald W. (wilhelms)]

Thomas P. schrieb:

> Im Moment muss eine Soundkarte
> zur Erfassung der Daten herhalten. Diese ist jedoch so weit ich weiß
> bzgl. des AD-Wandlers so ausgelegt, dass dieser um 0V symmetrisch ist.

Ja, weil typischerweise ein Kondensator vorgeschaltet ist

> Bei der Messung kommt es nicht nur auf die Änderung des Signals an,
> sondern auch auf die absoluten Werte.

Dafür sind Soundkarten sowieso nicht geeignet. Schliesslich sind
sie ja zur Erfassung von Wechselsignalen gebaut. Selbst wenn der
Kondensator entfernt wird, kann man damit nur eine geringe Genau-
igkeit erreichen.
Gruss
Harald