Atmega ADC & OP-Inverter

[McGon (Gast)]

Tag zusammen,


ich würde gerne einen Inverter (1:1) vor einen ADC eines Atmega 2560 
hängen. Datenblatt vom ADC spezifiziert ja max. 10kR Eingangswiderstand.

Der Inverter hat momentan einen Teiler aus 2x100kR dran. Open loop 
output resistance laut Datenblatt ca. 300R.

Bin nicht zu bewandelt bei den OPs, aber wie kann ich GROB den 
Ausgangswiderstand abschätzen?


Gruß,
McGon

[Helmut L. (helmi1)]

McGon schrieb:
> Bin nicht zu bewandelt bei den OPs, aber wie kann ich GROB den
> Ausgangswiderstand abschätzen?

Um den Faktor der Leerlaufverstaerkerung zu Gegengekoppelten 
Verstaerkung wird er dann kleiner. Also bei deiner '1' Verstaerkung um 
den Faktor der Openloop Verstaerkung, also sehr klein. Du solltes 
allerdings zwischen OP und ADC Eingang einen kleinen Widerstand (ca. 20 
Ohm) trotzdem schalten.  Die Kapazitive Belastung des ADC kann den OP 
zum leichten Schwingen anregen.

[Axel S. (a-za-z0-9)]

McGon schrieb:
> Bin nicht zu bewandelt bei den OPs, aber wie kann ich GROB den
> Ausgangswiderstand abschätzen?

Viel, viel, viel kleiner als die geforderten 10K. Immer.

PS: die wenigen Pico(!)farad kapazitive Belastung durch den ADC bringen 
keinen OPV zum Schwingen.

[Helmut L. (helmi1)]

Axel S. schrieb:
> PS: die wenigen Pico(!)farad kapazitive Belastung durch den ADC bringen
> keinen OPV zum Schwingen.

Die meisten Hersteller empfehlen aber diesen Widerstand.

https://www.embeddedrelated.com/showarticle/110.php

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

Helmut L. schrieb:
> Die Kapazitive Belastung des ADC kann den OP zum leichten Schwingen
> anregen.
Was ist hier mit "leichtem Schwingen" gemeint?

Helmut L. schrieb:
> Die meisten Hersteller empfehlen aber diesen Widerstand.
Das, was du da verlinkt hast, ist ein zusätzlicher Kondensator am 
ADC-Pin, der natürlich mit einem Widerstand entkoppelt werden muss. Aber 
ich würde da einfach den OP-Ausgang ohne zusätzlichen Filterkondensator 
an den ADC-Eingang hängen.

McGon schrieb:
> Der Inverter
Welcher denn?

[Helmut L. (helmi1)]

Lothar M. schrieb:
> Was ist hier mit "leichtem Schwingen" gemeint?

Wenn du da einen ADC mit kapazitivem Eingangsnetzwerk anschliesst ist 
beim Wandeln die Kapazitive Belastung des OP unterschiedlich gross. 
Dadurch ist nicht Garantiert wie lange der OP braucht um das 
auszuregelen. Abhilfe schafft da dieses RC Netzwerk.  Dieses ausreglen 
habe ich mit leichtem Schwingen bezeichnet, er braucht halt eine gewisse 
Zeit um den Pegel wieder herzustellen.

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

Helmut L. schrieb:
> wie lange der OP braucht um das auszuregelen.
Ist das eine theoretische Betrachtung oder hast du das schon mal real 
angeschaut?
Denn der 10pF Samplekondesator wird ja gegen einen Ausgangstransistor 
geschaltet, der schon ein Stück weit linear aufgesteuert ist. Er muss 
nicht nochmal ganz von vorne anfangen.

> wie lange der OP braucht um das auszuregelen.
Ich habe das grade mal mit einem langsamen 480kHz Low-Power OP AD8613 
simuliert. Da soll der OP 2,5V puffern und gegen diese gepufferte 
Spannung wird der 10pF Kondensator zwischen 0V und 5V hin- und 
hergeschaltet.

Fazit: auch dieser schnarchlangsame lowpower OP braucht nur 30ns, um den 
Kondensator zu entladen und nur 50ns um ihn aufzuladen. Also ist da gar 
nix mit "Regeln", dafür ist der OP viel zu langsam, sondern der 
10pF-Samplekondensator wird einfach mit dem sowieso aufgesteuerten 
Ausgangstransistor des OPs in kürzester Zeit umgeladen. Und zwar in 
einer Zeit, die problemlos für 1µs Samplingdauer reicht. Den im Link 
beschriebenen Effekt gibt es in dieser Art nicht.

[Helmut L. (helmi1)]

Lothar M. schrieb:
> Ist das eine theoretische Betrachtung oder hast du das schon mal real
> angeschaut?

Das steht in vielen App Notes von TI und Analog so drin. Auch hat mir 
mal ein TI Mitarbeiter bei einem Vortrag so was gesagt und die wuerden 
das nicht ohne Grund tun. Deshalb mache ich den kleinen Widerstand 
eigentlich immer rein, bestuecken muss ihn letzendlich sowieso mein 
Bestueckungsautomat.

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Helmut L. schrieb:
> Lothar M. schrieb:
>> Ist das eine theoretische Betrachtung oder hast du das schon mal real
>> angeschaut?
>
> Das steht in vielen App Notes von TI und Analog so drin. Auch hat mir
> mal ein TI Mitarbeiter bei einem Vortrag so was gesagt und die wuerden
> das nicht ohne Grund tun.

Es ist trotzdem Unsinn. Der Sample-Kondensator in einem AVR-ADC hat eine 
Kapazität von ca. 14pF. Aber: er wird über ein CMOS-Transmissiongate an 
den ADC-Pin geschaltet. Das hat bereits einen Widerstand von 1..100K 
(genauer will Atmel das nicht spezifizieren). Dein Widerstand ist also 
bereits vorhanden. Mit mindestens 1kΩ.

Abgesehen davon sind einige bis einige zehn pF durchaus auch als 
parasitäre Kapazitäten drin. Wenn das reichen würde, um einen OPV zum 
Schwingen zu bringen, könnte man gar keine Schaltung damit aufbauen.

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

Bei 10k als seriellen Widerstand im ADC ergeben sich die angehängten 
Bilder. Nach 1µs ist die Spannung bis auf 6mV am Zielwert angekommen. 
Das ist bei 10Bit Wandlungsbreite grade mal 1 LSB. Und man sieht hier 
sogar, wie der langsame OP ein wenig herumregelt.

Helmut L. schrieb:
> Das steht in vielen App Notes von TI und Analog so drin.
Es kommt auf den ADC an. Wenn der anders aufgebaut ist oder eine andere 
Samplingeinheit hat, dann darf man schon mal ein wenig nachdenken.

> Auch hat mir mal ein TI Mitarbeiter bei einem Vortrag so was gesagt
> und die wuerden das nicht ohne Grund tun.
Ein Grund könnte sein, dass irgendwer kurz vor der Mittagspuse penetrant 
nachbohrt...

Axel S. schrieb:
> Wenn das reichen würde, um einen OPV zum Schwingen zu bringen
Es geht hier nicht um das Schwingen bei kapazitiver Last, sondern darum, 
den Sample-C innerhalb der Samplezeit hinreichend weit auf den Endwert 
zu laden. Und für eine Umladung ohne Nachlieferung von Energie ist 
hierfür theoretisch ein externer Kondensator von 2^Bitbreite * 14pF, 
also 1024*14pF = ca. 15nF nötig.

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Lothar M. schrieb:
> Axel S. schrieb:

>> Wenn das reichen würde, um einen OPV zum Schwingen zu bringen

> Es geht hier nicht um das Schwingen bei kapazitiver Last, sondern darum,
> den Sample-C innerhalb der Samplezeit hinreichend weit auf den Endwert
> zu laden. Und für eine Umladung ohne Nachlieferung von Energie ist
> hierfür theoretisch ein externer Kondensator von 2^Bitbreite * 14pF,
> also 1024*14pF = ca. 15nF nötig.

Nicht wenn die Quelle niederohmig genug ist. Wie etwa der Ausgang eines 
(gar noch gegengekoppelten) OPV. Da greift dann ganz locker die 
"5-tau-Regel". Was eben zu den genannten 10KΩ führt. Einen externen 
Reservoir-Kondesator verwendet man anstelle des OPV.