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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Spannung an AD-Pin größer als Aref


Autor: Henning (Gast)
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hallo leute, habe schon rumgesucht aber nicht wirklich eine antwort 
gefunden. immer nur irgendwelche leute die an aref spannungen größer als 
avcc anschliessen wollen, das will ich aber nicht!

FRAGE:

Wenn ich die interne Referenzspannung eines Atmega nutze (2,56V) und ich 
messe am AD-Eingang eine Spannung die unter Umständen mal über diese 
256V der internen Referenz geht, was passiert dann?

A: AD-Wandler geht drauf
B: AD-Wandler gibt 1023 aus

Eingangsspannung an AD-Pin > Aref < AVcc = ???

Autor: Florian S. (buddl)
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Hi

Der AD-Wandler wird dadurch zerstört und gibt in den meisten Fällen nur 
noch den Wert 1023 zurück.

Autor: spess53 (Gast)
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Hi

Dann bekommst du als Ergebnis $3FF.

MfG Spess

Autor: spess53 (Gast)
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Hi

>Der AD-Wandler wird dadurch zerstört und gib...

Definitiv nein, wenn VADC<VCC.

MfG Spess

Autor: Henning (Gast)
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sind das jetzt reine vermutungen oder habt ihr praxiswerte auf die ihr 
euch beziehen könnt?

Autor: Florian S. (buddl)
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Der AD-Wandler wird dadurch zerstört.
Durch Unvorsicht habe ich das selbst schon erleben dürfen.

Autor: Henning (Gast)
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nochmal, falls du mich vielleicht nicht richtig verstanden hattest.

ich meine zum beispiel an einem adpin = 3V
der ad-wandler läuft auf interner referenz = 2,56V
der avcc-pin lief auf = 5V

ich rede NICHT von dem szenario, dass man aus versehen an aref eine 
spannung > 2,56v anlegt und dann doch auf interne referenz schaltet, das 
bewirkt natürlich einen defekt!

Autor: spess53 (Gast)
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Hi

1. Nein

2. Praktische Erfahrung. Sieh dir mal Das Blockschaltbild im Datenblatt 
an. Die Eingänge kommen überhaupt nicht mit der Referenzspannung 
zusammen. Die Referenzspannung wirkt auf den internen DAC. Die $3FF 
kommen zustande, weil die DAC-Ausgangsspannung am Komperator nicht 
grösser als die Referenzspannung werden kann. Und diese ganzen 
Schaltungsteile werden mit AVCC betrieben.

MfG Spess

Autor: Florian S. (buddl)
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Ich habe dich schon richtig verstanden.
Die Spannung am zu messenden Pin darf nicht größer werden als die 
Referenzspannung, ansonsten wird der AD-Wandler zerstört.

Ich habe damals einen analogen Sensor auswerten wollen und an AREF eine 
externe Referenzspannung angelegt (ob intern oder extern ist dem 
AD-Wandler egal). Aus Unvorsicht lag dann einmal eine Spannung am AD-Pin 
an, die größer war als die Referenzspannung...und vorbei war der Spaß.

Autor: spess53 (Gast)
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Hi

Noch ein Nachtrag:

Auszug aus einem AVR-Datenblatt(ADC Characteristics)

VIN | Input Differential | Voltage | 0 | AVCC | V

Das ist nur möglich, wenn eine Spannung > AVCC ist.

MfG Spess

Autor: spess53 (Gast)
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Hi

Korrktur:
Das ist nur möglich, wenn eine Spannung > VREF ist.

MfG Spess

Autor: Michael U. (amiga)
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Hallo,

das Datenblatt sagt Vcc+0,5V an allen Pins für Vih.
a) Atmel sollte ja wissen, was sie bauen.
b) Mein Multimeter wäre dann schon bei der ersten Messung gestorben, 
Auto-Range wertet die 0x3FF als Überlauf aus und schaltet dann den 
Eingangsteiler um, Spannungsbegrenzung ist nur ein entsprechend hoher 
Vorwiderstand und die internen Schutzdioden.
Beitrag "Multimeter"

Gruß aus Berlin
Michael

Autor: Florian S. (buddl)
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Michael U. wrote:
> Hallo,
>
> das Datenblatt sagt Vcc+0,5V an allen Pins für Vih.


Das stimmt zwar, ist hier aber völlig irrelevant weil sich diese Angaben 
auf die Standard-I/O-Pins beziehen. Wenn der AD-Wandler zugeschaltet 
wird gilt das nicht mehr.

Autor: spess53 (Gast)
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Hi

>Wenn der AD-Wandler zugeschaltet wird gilt das nicht mehr.

Gut, dann erkläre mir mal, wie eine Differenzspannung bis AVCC zustande 
kommen soll. Das geht nur, wenn eine Spannung > VREF ist.

MfG Spess

Autor: Florian S. (buddl)
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spess53 wrote:
> Hi
>
>>Wenn der AD-Wandler zugeschaltet wird gilt das nicht mehr.
>
> Gut, dann erkläre mir mal, wie eine Differenzspannung bis AVCC zustande
> kommen soll. Das geht nur, wenn eine Spannung > VREF ist.
>
> MfG Spess


Ich kann dir nicht ganz folgen.

> Das geht nur, wenn eine Spannung > VREF ist.

Wenn ich dich richtig verstanden habe ist das doch genau das was ich 
sage: Wenn die Spannung am AD-Pin > VREF ist, dann wird der AD-Wandler 
dadurch zerstört. Egal ob an VREF nun 5V, 2,56V, 1,2V oder was auch 
immer anliegt.

Autor: Jadeclaw Dinosaur (jadeclaw)
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Florian Scherb wrote:
> Michael U. wrote:
>> Hallo,
>>
>> das Datenblatt sagt Vcc+0,5V an allen Pins für Vih.
>
>
> Das stimmt zwar, ist hier aber völlig irrelevant weil sich diese Angaben
> auf die Standard-I/O-Pins beziehen. Wenn der AD-Wandler zugeschaltet
> wird gilt das nicht mehr.

Irgendwie scheint allerdings mein ATMega16 davon nichts zu wissen. Der 
tut es immer noch, obwohl bei Vref=2.56V schon volle 5V am AD-eingang 
anlagen. Und das mehrfach, auch über längere Zeit. Das einzige Resultat: 
Vin > Vref = Fullscale = 0x3FF. Sobald die Spannung wieder unter der 
Referenz lag, waren die zurückgegebenen Werte wieder korrekt.

Eingangsbeschaltung:
o----- 100kOhm ----+------> AD-Pin
                   |
                  --- 100nF
                  ---
                   |
                  ---
Die 100nF nehmen zusammen mit dem 100kOhm Rauschen und HF-Müll raus,
die 100kOhm schützen die Eingangsdioden, falls es mal mehr als Vcc wird.
Und es waren auch ein paar mal mehr als Vcc.

Gruß
Jadeclaw.

Autor: spess53 (Gast)
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Hi

Also, laut Atmel darf die Spannung zwischen zwei Eingängen bei 
differentieller Messung (unabhängig von der Referenzspannung) maximal 
AVCC betragen. Wenn man mal AVCC=5V und VREF=2,5V annimmt, wird die 
Differenzspannung AVCC wenn ein Eingang 0V und der andere AVCC hat. Also 
ist eine Spannung >VREF. Und das ist zulässig.

In der AppNote AVR120 steht auf S.4 : Spannungen>VREF ergeben einen Wert 
1023 und Spannungen <0V ergeben 0. Kannst du selbst nachlesen.

MfG Spess

Autor: Florian S. (buddl)
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Ehrlich gesagt wundert mich das sehr ;)

Eine ähnliche Beschaltung hatte ich bei meinem AVR auch und der 
funktionierte nicht mehr, nachdem ich ihm einmal über längere Zeit eine 
zu hohe Spannung am AD-Pin verabreichte, erst ein neuer AVR schuf 
Abhilfe.
Ich würde nicht so dahinterklemmen wenn ich das auch nicht schon von 
anderen Leuten und sogar in irgendeinem Buch gelesen hätte.

Autor: Michael U. (amiga)
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Hallo,

@ Florian Scherb schrieb:
> Das stimmt zwar, ist hier aber völlig irrelevant weil sich diese Angaben
> auf die Standard-I/O-Pins beziehen. Wenn der AD-Wandler zugeschaltet
> wird gilt das nicht mehr.

Das sagt wer? Atmel Datenblätter jedenfalls nicht.
Beim ADC steht auch nur, daß Spannungen über VRef den Wert 0x3FF 
ergeben, kein Hinweis, keine Warnung, nichts.
Es gelten also offenbar auch dort die Angaben der Electrical 
Characteristics.

Zumindest für mich und die von mir benutzten AVR, die scheinen sich auch 
andas Datenblatt zu halten. :-)

@ Jadeclaw Dinosaur: so sieht es auch bei meinem Multimeter-Prüfstift 
aus, dort 220k und Eingangsspannungen bis 30V. Auch die Tests der 
Überlauferkennung mit 36V haben keinen Schaden hinterlassen.

Gruß aus Berlin
Michael

Autor: Florian S. (buddl)
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spess53 wrote:
> Hi
>
> Also, laut Atmel darf die Spannung zwischen zwei Eingängen bei
> differentieller Messung (unabhängig von der Referenzspannung) maximal
> AVCC betragen. [...]

Wir haben es hier doch gar nicht von differentieller Messung, sondern 
von auf Masse bezogener Messung. Zumindest beziehe ich mich, und auch 
wohl der Threadersteller, darauf.

Autor: Jadeclaw Dinosaur (jadeclaw)
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@Florian:
Das ist egal. Erstens, die Differenz kann nie größer als Vcc werden, 
weil das Minimum 0V ist und das Maximum eben Vcc ist, zweitens sind die 
internen Verstärker auf Vcc limitiert.

Gruß
Jadeclaw.

Autor: spess53 (Gast)
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Hi

Bei Single-Ended-Conversation wird lediglich ein Multiplexer-Eingang auf 
Masse gelegt, der Rest ist wie bei Differential Conversation.

MfG Spess

Autor: Henning (Gast)
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also wenn ad-spannugn größer als vref, jedoch kleiner als avcc dann 
einfach nur 1023 im register und KEIN defekt?!

Autor: Harry Up (harryup)
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hi,
in unseren steuerungen ist das schonmal die tagesordnung, dass die 
'installateure' mal eben 24v auf den input bekommen, richtige leuchten 
haben es auch schon geschafft, mit 230v an die inputs zu gehen. bie 
inputs sind durch eine r - z-diode (für die worst-case kollegen) 
geschützt, max. 5v am adc. ref intern, 2,56v beim mega32, die avrs haben 
noch nicht mitbekommen, dass die dann kaputtgehen müssen.
grüssens, harry

Autor: Henning (Gast)
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ähm sorry, aufgrund leider schwierieger satzbildung verstehe ich deine 
spannungswerte nicht.

Autor: Jadeclaw Dinosaur (jadeclaw)
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Henning wrote:
> also wenn ad-spannung größer als vref, jedoch kleiner als avcc dann
> einfach nur 1023 im register und KEIN defekt?!
Korrekt, so ist es.

Gruß
Jadeclaw.

Autor: Bensch (Gast)
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> Ich würde nicht so dahinterklemmen wenn ich das auch nicht schon von
anderen Leuten und sogar in irgendeinem Buch gelesen hätte.

Lieber Florian, nicht alles was gedruckt wird, ist auch wahr, siehe die 
grosse Tageszeitung mit dem roten Logo....

Definitiv, jeder Analogeingang am AVR darf zwischen Gnd und Avcc liegen, 
egal wie hoch die Referenz ist. Die kann sogar Null sein- macht wenig 
Sinn, aber es geht nix kaputt. Mir ist auch kein anderer Baustein 
bekannt, der ein solches unsinniges Verhalten zeigen würde.

Autor: Henning (Gast)
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naja das datenblatt sagt mir unter "electrical cahracteristics adc", 
dass der analoge eingangswert max aref betragen darf. daraus könnte man 
also schon lesen er würde zerstört werden, aber mir erschien das 
irgendwie nicht logisch.

habe zur sicherheit auch nochmal eine anfrage beim technischen support 
von atmel gemacht. g

Autor: Bensch (Gast)
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> naja das datenblatt sagt mir unter "electrical cahracteristics adc"

Das möchte ich sehen, in 3 AVR Datenbättern steht davon nichts.

Autor: Henning (Gast)
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ich habe hier jetzt grad das atmega16_complete offen und da seite 297. 
ganz unten bei "Vin" steht für single ended channels beträgt die input 
voltage miimal ground und maximal vref.

Autor: stefan b (Gast)
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Angehängte Dateien:

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page 300 des datenblattes von atmega 16

letzten vier zeilen

Gruss
Stefan

Autor: Peter Dannegger (peda)
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stefan b wrote:
> page 300 des datenblattes von atmega 16
>
> letzten vier zeilen

Nun, das sind die Werte, wo der ADC noch reale Ergebnisse liefert.


Für eine Zerstörung sind aber unbedingt die "Absolute Maximum Ratings" 
zu überschreiten.


Peter

Autor: spess53 (Gast)
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Hi

Falls du das Datenblatt noch offen hast, dann sieh dir doch mal das 
Blockschaltbild des ADC an. Und dann überlege mal, welchen Einfluss VREF 
auf die Eingänge hat.

MfG Spess

Autor: Jadeclaw Dinosaur (jadeclaw)
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@Henning & Stefan B:
Das ist die Angabe, in welchem Spannungsbereich korrekte Werte 
ausgegeben werden. Die Limits, bei denen es Bruch gibt, die sind am 
Kapitelanfang in einer Extra-Box angegeben (Absolute Maximum Ratings). 
Solange man innert dieser Ratings bleibt, geht nicht sofort was kaputt.

Zusätzlich sollte man bei dem Ausgangsstrom pro Pin nicht über 20mA, pro 
Port nicht über 100mA gesamt und pro Controller nicht über 160mA gesamt 
gehen. Und natürlich nicht mehr als 5.5Volt anlegen, dies ist die 
empfohlene Obergrenze, siehe Angabe direkt unter der 
'DC-Characteristics'-Überschrift. Das sind die Grenzen, an die ich mich 
halte, mir ist bis heute kein Controller gestorben.

Nochmal: Grundsätzlich geht nichts kaputt, wenn man bei 
Eingangsspannungen nicht über VCC hinausgeht und Vcc nicht höher als 
5.5Volt einstellt. Ist es möglich, daß eine Eingangsspannung über Vcc 
geht, Vorwiderstand davor (10-100kOhm) und gut is. Die 
Eingangsschutzdioden regeln den Rest.

Ich hoffe mal, daß das jetzt klar ist.

Gruß
Jadeclaw.

Autor: Bensch (Gast)
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Nun gut, die Angabe ist interpretationsfähig, für mich ist das der 
aktive Bereich, in dem gewandelt wird.

Aber sowohl in den "Absolute Maximum Ratings" als auch den "DC 
Characteristics" steht's halt anders.

Und hier:

"ADC Voltage Reference
The reference voltage for the ADC (VREF) indicates the conversion range 
for the ADC.
Single ended channels that exceed VREF will result in codes close to 
0x3FF. VREF can be
selected as either AVCC, internal 2.56V reference, or external AREF 
pin."

Die Praxis zeigt auch, das selbst bei Uref=0 nichts passiert, hatte 
schon mehrfach Kurzschlüsse im Widerstandsteiler für AVref 
(ratiometrische Messung).

Autor: Henning (Gast)
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okay das hab ich in der aktuellen datenblattversion nun auch entdecken 
können, vielen dank! :)

Autor: Henning (Gast)
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hier noch die entsprechende Antwort direkt vom technischen Support von 
Atmel

"The ADC will give the highest value for any input voltage that is 
higher than the Aref voltage. There will be no damage to the device as 
long as the input voltage is below Vcc (and Vcc max)."

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