komischen Rauschen AD-Wandler

[alex (Gast)]

Hallo,

heute bin ich auf ein Merkwürdiges Phänomen gestoßen. Auf dem 
Angehängtem Diagramm sind Spannung (y) und Anzahl der Werte(x, 2 
Werte/s) zu sehen.
Keine Frage mit einem Rauschen von knapp 6uVpp kann ich leben, mir 
kommen nur diese "Einbrüche" komisch von. Gibt es dafür eine Erklärung?

Gemessen wurde eine MAX6341C Referenz (und einem ADC, der die gleiche 
(nicht die selbe) Referenz hat) bei mMn. relativ konstanter Temperatur. 
Das ganze lief außerdem schon einige Zeit bevor die Messung gestartet 
wurde.

Viele Grüße
Alex

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

alex schrieb:
> Gibt es dafür eine Erklärung?
Sicher. Aber man sollte da auch noch ein wenig um Drumrum wissen. Sonst 
ist das wieder eine brotlose Raterei...

[Magnus M. (magnetus)]

Möglicherweise fließt über die Masseleitung zwischen A/D Wandler und den 
beiden Referenzen ein (schwankender) Strom eines weiteren 
Schaltungsteils welcher dann zu einem Masseversatz führt.

[Sven B. (scummos)]

Wie lang ist denn die Zeitachse? Sieht ein bisschen aus wie 
Temperatureffekte ...

[ths (Gast)]

Eine Information über die Messbedingungen, ein Schaltplan und ein 
Oszillogramm von Betriebs- und Referenzspannungen wären hilfreich.

[Lurchi (Gast)]

Das kann durchaus im Rahmen des normalen Rauschens der Ref. Spannungen 
sein. Kommt auch etwas auf die Zeitskala an.

[Anja (Gast)]

alex schrieb:
> Gibt es dafür eine Erklärung?

Thermospannungen?
Luftzug?
Was passiert wenn das ganze auf einem Kuchenblech liegend
mit einem Tuch abgedeckt wird?

Was ist das für ein ADC?


Lurchi schrieb:
> Das kann durchaus im Rahmen des normalen Rauschens der Ref. Spannungen
> sein.
der Max63xx hat nur ca 0.6ppmp = 2.5uVpp Rauschen.
(bei 2 Stück dann 3dB mehr und die Integrationszeit des Wandlers geht 
auch noch ab).
Dann schon eher ADC-effekte.

Gruß Anja

[Oldie (Gast)]

Nimms mal nicht übel:

Boooaaaaaah ey,
wir sind voll beeindruckt, dass du einen > 22-Bit-Wandler auf
6 LSB gebändigt hast.

Füße küssen, oder was beliebt dem Genius?

[Blaubär (Gast)]

22Bit mit 6LSB . das ist doch Garnichts. Wenn ihr wüsstet, was ich schon 
alles gewandelt habe :-)

[alex (Gast)]

Magnus M. schrieb:
> Möglicherweise fließt über die Masseleitung zwischen A/D Wandler und den
> beiden Referenzen ein (schwankender) Strom eines weiteren
> Schaltungsteils welcher dann zu einem Masseversatz führt.

Glaube ich nicht, da auf der Platine sonst nur noch ein MCU ist.

Sven B. schrieb:
> Wie lang ist denn die Zeitachse? Sieht ein bisschen aus wie
> Temperatureffekte ...

Bei 2 Messwerten/sec wären das in etwa 30 Minuten. Temperatureffekte 
habe ich mir auch schon gedacht, aber das ganze sitzt in einer 
Luftdichten Pappschachtel, sodass es zumindest nicht durch Luftzüge 
beeinflusst wird... (Ja ich weiß nicht gerade Professionell...)

Anja schrieb:
> Was passiert wenn das ganze auf einem Kuchenblech liegend
> mit einem Tuch abgedeckt wird?
>
> Was ist das für ein ADC?

Leider wird kein Kuchen draus.. ne Spass beiseite. Das Tuch vermutlich 
gegen Luftzüge und das Kuchenblech zur Stabilisierung der Temperatur?

Es ist ein ADS1256. Schaltplan siehe Datenblatt Figure 25.

Oldie schrieb:
> Nimms mal nicht übel:
>
> Boooaaaaaah ey,
> wir sind voll beeindruckt, dass du einen > 22-Bit-Wandler auf
> 6 LSB gebändigt hast.
>
> Füße küssen, oder was beliebt dem Genius?

...

Blaubär schrieb:
> 22Bit mit 6LSB . das ist doch Garnichts. Wenn ihr wüsstet, was ich schon
> alles gewandelt habe :-)

Sehe ich auch so. Ich fand nur den Effekt komisch.
BTW: Wie geht man bei so etwas eigentlich vor? Selbst eine LTZ1000 hat 
ein Rauschen von 1,2uVpp. (Selektieren und alles in flüssiges Helium?)

[Anja (Gast)]

alex schrieb:
> Es ist ein ADS1256. Schaltplan siehe Datenblatt Figure 25.

Da ist aber eine VREF > 2.6V gar nicht spezifiziert.

Gruß Anja

[alex (Gast)]

Stimmt natürlich. Da habe ich mich unglücklich ausgedrückt. Die Die Ref. 
Spannung kommt aus dem MAX6325, der 2,5V Version.

[Oldie (Gast)]

Wenn du wirklich nur Expertenrat suchst, wie man das Ergebnis
verbessern kann, solltest du schon mal eine Zeitskala in
deine Grafik bringen und zeigen, wie gut du die Regeln der
Technik beim Schaltungsaufbau beachtet hast, damit dir Experten
eventuell noch Tipps zur Verbesserung nennen können.

6 LSB bei >= 22 Bit Auflösung sind schon mal gut, da können
keine Klugschei... helfen, sondern nur Leute mit Erfahrung!

[DirkF (Gast)]

Hallo ALex,
habe den ADS1256 auch bei einem aktuellen Projekt eingesetzt.
Zur Zeit erreiche ich eine rauschfreie Auflösung bei 10 SPS von 1µV bei 
+/- 2V Endwert (+2V entspricht 2^24 Bit).
Beim Vorgängerlayout habe ich nur 10 µV hinbekommen.
Folgendes hat mir bei der Layoutüberarbeitung geholfen:
- Umstellung von THT auf SMD (geringerer ESR bei den Kondensatoren)
- Größflächige getrennte Masseflächen für Analog und Digitalteil. 
Masseflächen nur wenig durch Leiterbahnen unterbrochen.
- Die C am ADS mit dicken Leiterbahnbreiten verbinden, dann zum 
restlichen Analogteil mit dünnen Leiterbahnen weiter....

Ansonsten habe ich mich auch an die Schaltung Figure 25 gehalten.
Setze ebenfalls die gleiche Rferenz wie Du ein.

Gruß Dirk

[ths (Gast)]

Das könnte auch über die Referenzeingänge verursacht werden. Die 49,9 
Ohm-Widerstände sind hoffentlich drin. Weiterhin habe ich zu den 
Kondensatoren anzumerken, dass ich bein einigen Keramik-Typen 
geringfügige Piezo-Effekte bemerkt habe. Vielleicht hier mal auf 
hochwertige Folie setzen.

[alex (Gast)]

Oldie schrieb:
> wie gut du die Regeln der
> Technik beim Schaltungsaufbau beachtet hast

Bin in diesem Gebiet noch ein Neuling und habe daher nicht wirklich viel
> Erfahrung


Danke Dirk für die Tipps! Die werde ich auf jeden Fall beim nächstem 
Layout berücksichtigen.

DirkF schrieb:
> Die C am ADS mit dicken Leiterbahnbreiten verbinden, dann zum
> restlichen Analogteil mit dünnen Leiterbahnen weiter....

Was ist denn Dick/Dünn? Ich habe aktuell 0,3mm Leiterbahnen.

[alex (Gast)]

ths schrieb:
> Das könnte auch über die Referenzeingänge verursacht werden. Die 49,9
> Ohm-Widerstände sind hoffentlich drin. Weiterhin habe ich zu den
> Kondensatoren anzumerken, dass ich bein einigen Keramik-Typen
> geringfügige Piezo-Effekte bemerkt habe. Vielleicht hier mal auf
> hochwertige Folie setzen.

50 Ohm als Last für die Referenz? Das wäre dann bei 2,5V ein Strom von 
ca. 50mA (die Referenz kann 15mA)...

Das mit den Kondensatoren werde ich mir mal anschauen.

[ths (Gast)]

So wie in Fig 25 im Datenblatt, meinte ich. Nicht als Last.

[alex (Gast)]

Hmm die habe ich tatsächlich vergessen/übersehen... (Das aktuelle Layout 
ist nur eine art Proof of Concept)
Die Widerstände wirken zusammen mit den Kondensatoren dahinter als Low 
Pass Filter sehe ich das richtig?

[ths (Gast)]

Ja, das siehst du richtig. Das muss es nicht sein, kann aber.

[W.S. (Gast)]

alex schrieb:
> Keine Frage mit einem Rauschen von knapp 6uVpp kann ich leben, mir
> kommen nur diese "Einbrüche" komisch von. Gibt es dafür eine Erklärung?

ja, natürlich gibt es eine Erklärung dafür: Rauschen. Vergiß bitte 
nicht, daß ein SigmaDelta-Wandler im Prinzip nur ein Modulator mit 
angehängtem digitalen Tiefpaßfilter ist. Das, was an dessen Ausgang 
herauskommt ist demzufolge eben alles, was in die Bandbreite des 
Tiefpasses hineinpaßt - und stochastische Drift ist nichts anderes als 
niederfrequentes Rauschen, das sowohl von den Eingängen als auch von der 
verwendeten Referenz als auch von Einstreuungen aller Art (induktiv, 
kapazitiv) herrühren kann.

Komisch aussehende Einbrüche sind halt das Unvorhesagbare am Rauschen. 
Das Prinzip sozusagen.

W.S.

[DirkF (Gast)]

Hallo Alex,

>>>Was ist denn Dick/Dünn? Ich habe aktuell 0,3mm Leiterbahnen.

Als Anlage mein Layout....

[alex (Gast)]

Danke Dirk für das Layout!

Und auch Danke an den Rest jetzt bin ich wieder ein Stück schlauer.

[Anja (Gast)]

W.S. schrieb:
>
> Komisch aussehende Einbrüche sind halt das Unvorhesagbare am Rauschen.
> Das Prinzip sozusagen.
>
Hallo,

die Einbrüche sind kein statistisch verteilte Rauschen. Und entsprechen 
auch nicht dem Diagramm im Datenblatt.
-> es lohnt sich sicher da noch etwas nachzuforschen.
Es könnte eventuell auch Popcorn-Rauschen sein (sieht aber nicht typisch 
dafür aus). Ich habe hier allerdings einen MAX6350 der reproduzierbar 
bei einer bestimmten Temperatur das typische Verhalten von 
Popcorn-Rauschen zeigt (s. Bild im Anhang mit einem LTC2400 der 
allerdings schon ein sehr starkes Grundrauschen zeigt). Vielleicht 
verschwindet das Rauschen nach wechseln der Referenz.

DirkF schrieb:
> Ansonsten habe ich mich auch an die Schaltung Figure 25 gehalten.
> Setze ebenfalls die gleiche Rferenz wie Du ein.
Für langzeitstabile Systeme würde ich keinen MAX63xx im Plastik-Gehäuse 
einsetzen. Die haben bei mir eine Drift von ca 10 ppm/Jahr. Besser sind 
Referenzen im Metall oder Keramik-Gehäuse. (LT1236AILS8-xx, AD586LQ). 
Als Test für das Rauschen würde ich eventuell noch eine LTC6655 nehmen, 
die aber für meinen Geschmack eine zu hohe Temperaturhysterese hat.

alex schrieb:
> Das Tuch vermutlich
> gegen Luftzüge und das Kuchenblech zur Stabilisierung der Temperatur?
Auch in einer Pappschachtel entstehen durch die Selbsterwärmung der 
Referenz von 2-5 Grad entsprechende lokale Strömungen. Ich verwende auch 
schon mal Wattepads um auf beiden Seiten der Leiterplatte das rauschen 
zu vermindern.

Das Kuchenblech hat 2 Wirkungen: Temperaturangleichung und auch eine 
gewisse Schirmwirkung. (Guarding). Allerdings sollten dann keine 
(galvanisch verbundenen) Leitungen das Kuchenblech verlassen. 
(Batteriespeisung und optische Entkopplung zum PC).
Ein Schirmproblem läßt sich am einfachsten mit dem "HF-Daumen" finden.
Einfach mal die Hand über alle Schaltungsteile schweben lassen oder auch 
mal die Isolation der Zuleitungen in die Hand nehmen. Wenn sich durch 
parasitäre Kapazitäten irgendwas verändert -> Entweder besser schirmen 
oder Filtern.

Btw. die Versorgungsspannung der Referenzen ist hoffentlich gut 
stabilisiert und in einem Bereich wo die PSRR hoch ist. (knapp über 10V 
beim MAX63xx).

Gruß Anja