Ich muss für ein batteriebetriebenes Datenerfassungsystem die Eingangsspannung runterteilen. Eingangsbereich soll bis +/-40V sein, die auf 0..2V für den ADC angepasst werden. Das Ganze soll mit 3.7V LiPo Akku laufen, über LDO und Inverter sollen +3.3V und -3.3V erzeugt werden. Die Verstärkung x1, x2, x5 und x10 an U1 soll über einen MAX4552 umgeschaltet werden. Das dürfte kein Problem sein. Aber: Den Teiler 2:1 und 20:1 kann ich nicht über einen Analogschalter schalten, da nach R1 durchaus bis 20V regulär anliegen können. Das macht der MAX4552 bei +/-3V Versorgung nicht mit. Ich suche also eine Möglichkeit, den Teiler umzuschalten, wobei diese Varianten schon verworfen wurden: - Relais / Reedrelais: zu hoher Strombedarf für Batteriebetrieb, zu hoher Platzbedarf - Opto-MOS, z.B. AQV257: zu hohe Kapazität (laut Datenblatt und auch gemessen 150pF), damit Übersprechen bei höheren Frequenzen - manueller Umschalter: nagut, wäre zur Not noch akzeptabel, wenn es wirklich nicht anders geht - keine Umschaltung, nur 20:1 Teiler und dann wieder verstärken: machen einige DSO so, aber mir widerstrebt es etwas, erst das Signal zu verringern, und dann Rauschen und Offsetspannung mit zu verstärken Welche Möglichkeiten gäbe es noch, den Teiler elektronisch umzuschalten? Randbedingungen: - Eingangswiderstand sollte 1Mohm betragen, optional Tastkopf 10:1 für Messungen an höheren Spannungen sollte möglich sein - Stromaufnahme unter 1mA wäre nett, je geringer desto besser - Grenzfrequenz 200 bis 500kHz wäre wünschenswert
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Mit den 1MΩ auf einen invertierenden Verstärker gehen. Schutzdioden nach VDD/VSS. Gegenkopplung umschaltbar machen.
Helge A. schrieb: > Mit den 1MΩ auf einen invertierenden Verstärker gehen. Das Konzept hatte ich relativ am Anfang verworfen, weil ich da die 1Mohm gegen eine virtuelle Masse schalte. Gibt das nicht Probleme, wenn - mehrere Eingänge gleiches GND-Potential haben - das Gerät an der Schaltung hängt, aber nicht eingeschaltet ist, dann gibt es ja keine virtuelle Masse? Was mache ich mit den Kompensationskondensatoren in der invertierenden Schaltung?
Timm Thaler schrieb: > - Relais / Reedrelais: zu hoher Strombedarf für Batteriebetrieb, zu > hoher Platzbedarf Wie wärs mit einem bistabilen Relais? Da brauchst du nur zum Umschalten Strom, je nach dem wie oft du umschaltest, könnte das also sogar Strom sparen. Gibts auch in ziemlich klein, z.B. Panasonic AGQ21003, ... Braucht zum Umschalten 4 ms und dabei etwa 50 mA, bei 3.3 V also 0.0002 J. Um unter einem mittleren Stromverbrauch von 1 mA bei 3.3 V = 0.0033 W zu bleiben, darfst du nicht öfter als ca. 16 Mal pro Sekunde umschalten. Da ein manueller Umschalter für dich auch eine Notlösung ist, geh ich mal davon aus, dass du das sowieso nicht willst. ;-) Platz ist natürlich ne andere Sache, aber viiiel größer als ein MAX4552 ist ein solches Relais ja auch nicht.
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Timm Thaler schrieb: > Wenn das Gerät an der Schaltung hängt, aber nicht eingeschaltet ist, dann > gibt es ja keine virtuelle Masse? > > Was mache ich mit den Kompensationskondensatoren in der invertierenden > Schaltung? Erwartest du einen Strom durch die 1MΩ, der dir Schutzdioden zerstört? Ich hoffe nicht. Die Kompensation kann auch in der Gegenkopplung sitzen. Damit ist zumindest immer die gleiche Impedanz am Eingang gegeben.
Nöö, ich hab das mal simuliert, es sieht gut aus. Da hab ich mich von einer Schaltung ins Bockshorn jagen lassen, die mit Single Supply arbeitet und die Eingangs-GND auf ein virtuelles GND über Spannungsteiler legt. Da ist das nicht so nett. Das Problem hab ich ja mit Dual Supply nicht. Muss nur noch einen schnelleren OPV finden, der LT1492 scheint etwas grenzwertig zu sein. Hochohmiger Eingang, schnell, geringer Stromverbrauch und dann noch +/-3V Supply sind anscheinend etwas gegenläufige Anforderungen... ;-) Aber: Wenn das so einfach mit dem invertierenden OPV geht, warum machen es dann die meisten Eingangsstufen nicht?
Der Invertierende OP hat schon einen Nachteil: man hat das Rauchen vom 1 M Widerstand, und das ist meist schon mehr als das vom Verstärker. Bei Auto-Range DMMs ist der Weg aber durchaus üblich. Auch mit der Eingangsimpedanz ist das nicht ganz so einfach - der inv. Eingang ist bei höherer Frequenz ja keine perfekte Masse mehr. Auch mit Schutzdioden und der Kapazität am inv. Eingang muss man sehen wie es hinkommt, damit man keine großen Überschwinger bekommt. Schnelle OPs brauchen prinzipiell etwas mehr Strom. Die +-3 V Versorgung ist da gerade etwas viel für viele moderne OPs, die für 5 V gedacht sind.
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Hab mal ein bißchen mit dem invertierenden Teiler rumsimuliert. Das gefällt mir schon ganz gut. Der OPV ist etwas zickig mit Überschwingern, ich hoffe ich bekomme das stabil hin. Die Dioden D1 und D2 sind an der Stelle eklig, die bringen zu viel Kapazität ein. Ich hab mal eine kapazitätsarme Eingangsschutzschaltung mit Transistoren gesehen, aber dummerweise nicht abgespeichert, kennt die zufällig jemand hier? Oder ich vertraue auf die Schutzbeschaltung des OPV. Der Eingangswiderstand wird aus 4x 1Mohm zusammengesetzt, das sollte ausreichend spannungsfest sein. Umgeschaltet wird jeweils mit 1x Festwiderstand, und Zuschalten von Parallelwiderständen, so dass ich 0.8 bis 40V Eingangsspannung in 6 Stufen abdecken kann. Mit Rauschanalyse kenne ich mich nun gar nicht aus. Da werd ich die Schaltung wohl mal aufbauen müssen, und schauen wie die Signale aussehen. Mit welcher Rauschspannung durch den 1Mohm-Widerstand müsste ich denn ungefähr rechnen?
Achso, der AC-Koppelkondensator C3, der in der Simu gebrückt ist: Sollte das ein Folienkondensator sein, oder geht da auch X7R oder sowas?
Timm Thaler schrieb: > Den Teiler 2:1 und 20:1 Für die Umsetzung von +-40V auf 2V brauchst Du aber einen Teiler von 40:1.
Der erste OPV teilt 20:1 auf +/-2V runter, der zweite verstärkt mit 0.5 und addiert 1V, so dass am ADC 0 bis 2V ankommen.
1 | Vin V/div Teiler Vopv1 Gain Vopv2 Vadc |
2 | 40 10 20 -2 0,5 1 0..2 |
3 | 20 5 20 -1 1 1 0..2 |
4 | 8 2 20 -0,4 2,5 1 0..2 |
5 | 4 1 2 -2 0,5 1 0..2 |
6 | 2 0,5 2 -1 1 1 0..2 |
7 | 0,8 0,2 2 -0,4 2,5 1 0..2 |
Damit entspricht der Spannungsbereich den üblichen Osziteilungen mit 10V/div bis 200mV/div. Darunter kann dann der interne Verstärker des ADC zugeschaltet werden, der nochmal die Stufen 1, 2, 4, 8, 16... bietet. Irgendwann wirds dann halt sinnlos wegen des Rauschens, Offsetfehler...
Die Kapazität deiner Schutzdioden wird kleiner, wenn diese an VDD und VSS hängen.
Die Schutzdioden kann man vom OP Trennen, indem man den 1 M Widerstand in 2 Teile auftrennt und die Dioden dazwischen. Nur wird es dann mit der Kompensation etwas schwieriger. Ein 1 M widerstand gibt etwa 120 nV/Sqrt(Hz) an Rauschen. Mit einem Kondensator parallel kann man ggf. den Höherfrequenten Teil abfangen, aber das geht nicht so gut direkt an den inv. Eingang des OPs. Dazu kommt ggf. noch Stromrauschen vom Verstärker. Um welchen Frequenzbereich geht es eigentlich, und was für ein Wandler folgt ? Der Eingangskondensator sollte schon besser eine Folientyp sein, wenn man relativ dicht an die Grenzfrequenz ran messen will. X7R und ähnliche sind von der DC Spannung abhängig, das kann komisches Verhalten erzeugen. Wenn dann Typen mit reichlich Reserve bei der Spannung, so dass man genügend Reserve hat.
Ulrich H. schrieb: > Ein 1 M widerstand gibt etwa 120 nV/Sqrt(Hz) an Rauschen. Da ich mich mit den Rauschgeschichten nicht so auskenne: Wenn ich einen nichtinvertierenden Eingang nehmen würde, müsste ich ja erstmal 1:20 runterteilen. Also ein Spannungsteiler 950kohm / 50kohm. Macht es für das Rauschen einen Unterschied, ob ich mit fast 1Mohm im Spannungsteiler auf den nichtinvertierenden Eingang oder mit 1Mohm auf den invertierenden Eingang mit dann 50kohm in der Gegenkopplung gehe? Wird im ersten Fall das Rauschen 1 zu 20 runtergeteilt, im zweiten nicht?
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