Referenzspannung herunterteilen - Wert von Spannungsteiler egal?

Ich ergänze nochmal was...

Im Prinzip geht es doch nur darum, dass der ADC beim samplen der 
Referenzspannung kurz Strom zieht und der möglichst niederimpedant 
geliefert werden muss, oder?

Da man bei 100k nicht gerade von niederohmig sprechen kann, muss also 
der Kondensator vor dem Ref-Eingang für den Strom sorgen. Und hier muss 
doch sichergestellt werden, dass beim Umladen vom 1u in die 
Eingangskapazität des ADCs (7.5pF) die Spannung nicht um mehr als ein 
halbes LSB fällt.

Sehe ich das soweit richtig?

Und falls es stimmt, kann mir einer helfen, wie ich den Spannungsabfall 
berechne? Also mit der Umladung der beiden Kapazitäten?

Hi

>Macht es messtechnisch einen Unterschied, ob ich an Stelle der 10k/10k
>100k/100k verwende?

Sieh einfach mal im Datenblatt nach, wie groß der Eingangswiderstand des 
Referenzspannungseingangs ist.

MfG Spess

...und warum nimmst Du nicht einfach eine passende Referenz? Vermutlich 
brauchst Du die 4.096V auch noch für was anderes - weiß aber außer Dir 
niemand.
Sag' doch einfach welchen ADC Du verwendest, dann kann Dir auch geholfen 
werden.

Matthias Sch. schrieb:
> Schau doch mal ins Datenblatt, wie hoch der Strom ist, der am AREF
> Eingang erwartet wird bzw. gezogen wird.

Ah OK, danke, darauf habe ich garnicht geachtet. Laut DB hat der 
Ref-Eingang einen dynamischen Stromfluss von +/-2,1uA/V, also in meinem 
Fall wären das +/-4,3uA.

Bei meinem Spannungsteiler (bei 100k/100k) an den 4,096V würde ja ein 
Strom von 20,5uA nach GND fließen. Ist ja auch nicht wesentlich mehr als 
der Eingangsstrom des ADCs. Bekomme ich hier dann Probleme mit dem 
ungleichmäßigen Spannungsabfall auf Grund des "belasteten" 
Spannungsteilers?

Martin schrieb:
> und warum nimmst Du nicht einfach eine passende Referenz? Vermutlich
> brauchst Du die 4.096V auch noch für was anderes - weiß aber außer Dir
> niemand.

Ja, genauso ist es. Die dienen als Versorgung für einen Sensor, welcher 
die Spannung braucht. Sein Ausgangssignal ist ratiometrisch zum Eingang.

Martin schrieb:
> Sag' doch einfach welchen ADC Du verwendest

Ich verwende einen MAX11206.

Ja, genau das richtige Stichwort: "Belasteter Spannungsteiler". Den Rest 
kannst Du Dir selbst errechnen, wenn Du den Bergriff schon kennst.

Guido schrieb:
> Bei meinem Spannungsteiler (bei 100k/100k) an den 4,096V würde ja ein
> Strom von 20,5uA nach GND fließen. Ist ja auch nicht wesentlich mehr als
> der Eingangsstrom des ADCs. Bekomme ich hier dann Probleme mit dem
> ungleichmäßigen Spannungsabfall auf Grund des "belasteten"
> Spannungsteilers?

Sicher, einen Fehler von 20%
Ein Stützkondensator nach Masse reduziert das Problem vom dynamischen 
Strombedarf zum statischen Strombedarf.

MaWin schrieb:
> Sicher, einen Fehler von 20%
> Ein Stützkondensator nach Masse reduziert das Problem vom dynamischen
> Strombedarf zum statischen Strombedarf.

Hallo MaWin

Kannst du mir das ggf. ein wenig weiter erläutern? 20% ist ja schon ne 
mittelschwere bis riesige Katastrophe. Wie komme ich auf den Wert?

Ich glaube ich muss mein Konzept nochmal überdenken...

Hast Du überhaupt mal ins Datenblatt geschaut?

Einen 20-Bit A/D-Wandler mit einer bestenfalls mittelprächtigen 
Referenzspannung zu versorgen, ist rausgeschmissenes Geld.
Wenn dann auch noch im Datenblatt steht, dass die Referenzspannung im 
Bereich der Versorgungsspannung liegen soll.
...
Analog Supply Voltage Range
2.7V to 3.6V
...
Ref 0   VAVDD
    0.1 VAVDD - 0.1

Dann viel Spaß mit 4,095V

amateur schrieb:
> Einen 20-Bit A/D-Wandler mit einer bestenfalls mittelprächtigen
> Referenzspannung zu versorgen, ist rausgeschmissenes Geld.

Den Wandler benutze ich, weil ich davon einige hier habe. Recht hast du 
natürlich.

amateur schrieb:
> Wenn dann auch noch im Datenblatt steht, dass die Referenzspannung im
> Bereich der Versorgungsspannung liegen soll.

Das ist ja wohl eh klar. Deswegen kam ja auch der Spannungsteiler dazu. 
Darum geht es ja hier.

amateur schrieb:
> Dann viel Spaß mit 4,095V

Danke für diese tollen Hinweise. Wieso denn immer so unfreundlich? Ich 
habe doch nur was gefragt.

Martin Wende schrieb:
> Stell den doch auf x2 und gib ihm die 4,096Vref ;)

Das geht eben aus dem Grund nicht, dass der ADC mit 3,3V arbeitet.

Also wenn ich jetzt nen anderen ADC nehmen würde, welcher mit 5V 
klarkommt...z.B. den MX7705 (habe ich hier auch noch liegen), dann steht 
im Datenblatt, dass Vref klar ebenfalls zwischen GND und Vdd liegen 
darf, aber "for specified operation, the nominal voltage Vref is 2,5V 
for Vdd = 4.75 to 5.25V..."

Leider steht nicht weiter, was los ist, wenn man die Referenzspannung 
dennoch anders wählt, wie eben hier die 4,096V.

Weiß da jemand mehr?

Die Referenzspannungsquelle ist ja passend - ich brauche ja die minimal 
4V für meinen Sensor. Und wenn ich beides, also Sensor und ADC aus der 
selben Quelle bediene, dann bügeln sich doch die Wanderungen der Quelle 
sogar aus.

> Wie komme ich auf den Wert?

4uA vs. 20uA, überschlägig.

Abgesehen von ein paar wenigen, die wenigstens versuchen einem zu helfen 
sind hier schienbar echt nur Leute unterwegs, welche mit hochgehaltener 
Nase durch die Gegend stolzieren und bloß nichts von ihrem Wissen teilen 
wollen.

Lothar S. schrieb:
> Hm, warum stellst Du dann so dumme Fragen?

Super!!! Ich weiß es nicht besser, daher frage ich. Du antwortest nur 
dumm ohne Informationsgehalt. Fraglich was jetzt schlimmer ist. Hast du 
überhaupt alles gelesen?

Lothar S. schrieb:
> besorg' Dir halt einfach eine passende
> Referenzspannungsquelle

Ich glaub du checkst einfach nicht, was ich vorhabe, bzw. was mein 
Problem ist, aber laberst erstmal drauf los, leider nur Durchfall...

Gruß



Schade, dass das Forum hier manchmal einfach nur scheisse ist. Bzw. 
sorry Andreas, das Forum ist super, aber die Mitglieder sind teilweise 
leider scheisse.

Lothar S. schrieb:
> Man kann eine Referenzspannungsquelle nicht einfach mit zwei passiven
> Widerstanden herunterteilen wenn man so wie Du eine dynamisch Last hat.

Guido schrieb:
> Bekomme ich hier dann Probleme mit dem
> ungleichmäßigen Spannungsabfall auf Grund des "belasteten"
> Spannungsteilers?

Das habe ich hier doch bereits erkannt und verstanden.

Lothar S. schrieb:
> Wenn Du so ScheiXe bisst das nicht zu verstehen, your fail.

Was ist denn passend? Ne kleinere, welche in den 
Versorgungsspannungsbereich des ADCs passt? Geht nicht, wenn sie 
zugleich den Sensor betreiben soll. Was ist jetzt also passend?

Guido schrieb:
>
> ... . Du antwortest nur
> dumm ohne Informationsgehalt.

Naja, da hat er in den letzten Tagen schon deutlich dümmere Antworten 
geliefert...

Beitrag "Re: Kondensator im Widerstandskleid?"

Harald Wilhelms schrieb:
> Ist es denn so schlimm, zwei Refrenzquellen zu benutzen?

Eine wäre natürlich besser, weil dann Referenz und Signal miteinander 
gekoppelt sind. Natürlich gehen auch zwei

Harald Wilhelms schrieb:
> Allgemeine
> Publikumsbeschimmpfung führt nur selten zu guten Antworten.

Da gebe ich dir vollkommen Recht und tut mir auch leid, aber das

Lothar S. schrieb:
> Hm, warum stellst Du dann so dumme Fragen?

ist ja wohl die schlechteste Antwort.

Vergiss es Löti - erledigt. Danke den anderen!

Lothar S. schrieb:
>
> Ansonsten, der Volker hat meinen mitgelöschten Vorschlag detailliert
> wiederholt.

Erzähl' hier keine Schmähs. Volker hat einen vernüftigen Kommentar 
geliefert und sich nicht so wie du der Fäkalsprache bedient...

Das hättest du wohl gerne, dass man den Hinweis auf deine peinlichen 
Entgleisungen entfernt...

In diesem Forum: sind keine vorhanden. Das war jetzt aber einfach!

Nein, in Wien.

Guido schrieb:
> Und hier muss
> doch sichergestellt werden, dass beim Umladen vom 1u in die
> Eingangskapazität des ADCs (7.5pF) die Spannung nicht um mehr als ein
> halbes LSB fällt.
>
> Sehe ich das soweit richtig?

Soweit schon, aber du siehst noch nicht alles: Du musst in der 
Sample-Zeit auch den 1uF wieder ganz aufladen, sonst fällt die Spannung 
an dem 1uF weiter.
Also: der Quellwiderstand vor dem 1µF muss so niederohmig wie möglich 
werden!

Matthias Sch. schrieb:
> Es scheint also
> doch stromsparender zu sein, direkt eine eigene Referenz (z.B. die o.a.
> 2,048 V) zu spendieren.

Na ja, so lange man nicht die Ergebnisse der einen Referenz auf due 
Werte der anderen Referenz bezieht, denn dann müsste man die Abeichungen 
berücksichtigen.
Hat man nur eine Referenz, misst man ratiometrisch.

So Leute,

ich melde mich jetzt auch mal zurück...

Als erstes möchte ich mich entschuldigen, dass auch ich gestern ein 
wenig ausfällig geworden bin. Also Löti: Sorry! War nur gestern ein 
wenig von den Antworten genervt. Dennoch...ich entschuldige mich für 
meinen abfälligen Ton.

Ich fange jetzt nochmal von vorne an und diesmal ein bisschen 
ausführlicher:

Ich möchte mit einem ADC zwei Typen von Messzellen auswerten können. 
Eine ist eine kapazitive Messzelle, welche ein Spannungssignal am 
Ausgang liefert. Diese Zelle hat eine eigene Elektronik und braucht zum 
Betrieb mindestens 4V Spannung. Das Ausgangssignal ist ratiometrisch und 
bewegt sich in einem Bereich von 10%*Vcc bis 90%*Vcc, also bei einer 
Versorgung von 4,096V (bietet sich an) zwischen etwa 0,4V und 3,6V. 
Diese Messzelle will an ihrem Ausgang mindestens 10kOhm Last sehen und 
treibt maximal 300pF. Dies ist dann halt auch die Ausgangsimpedanz.

Die zweite Messzelle basiert auf DMS-Basis und ist als Brücke 
verschaltet, also rein resistiv. Ich bekomme also ein Ausgangssignal, 
welches (bei 4,096V Versorgung) ca. 35mV Differenz liefert. Da es eine 
Messbrücke ist, liegen am positiven Ausgang, sowie auch am negativen 
noch jeweils die halbe Versorgungsspannung an. Eine Wheatstonsche 
Messbrücke halt. Vom positiven und vom negativen Ausgang zum negativen 
Eingang (GND in meiner Anwendung), bzw. dem positiven sind es jeweils 
2,78kOhm. Das schreibe ich, damit auch hier die Ausgangsimpedanz bekannt 
ist.

Ich möchte gerne eine Schaltung haben, welche mit beiden Sensoren 
zurecht kommt. Also muss ich einmal single-ended messen und einmal 
differentiell. Dazu muss ich einmal das Signal verstärken und einmal 
nicht.

Ideal wäre also:

Ein ADC, welcher single-ended, sowie differentiell messen kann - da 
jeder differentielle ADC auch single-ended messen kann, indem ich seinen 
negativen Eingang auf Masse lege, bietet sich hier ein differentieller 
Wandler an, sofern kein Typ gefunden wird, wird der explizit für beides 
geeignet ist. Immerhin geht der halbe Messbereich verloren.

Idealerweise würde der ADC mit 3,3V betrieben werden, da mein uC auch 
mit 3,3V läuft. Dies war übrigens der Grund für den Spagat mit dem 
Spannungsteiler an der Referenzspannung, mit welchem ich den ganzen 
Thread begonnen hatte. Die Frage nach dem Unterschied von 10k/10K zu 
100k/100k kam daher, dass die bei 4,096V durch den 20k-Spannungsteiler 
fließenden 200uA sehr weh tun, da die ganze Schaltung weniger als 3,5mA 
verbrauchen soll. Bei 200k wären es halt um den Faktor 10 geringer. Da 
ich die Messzelle (die single-ended Variante) ja bereits beschrieben 
hatte und nun ihr Ausgangssignal bekannt ist, ist klar, dass ebenso 
dieses mit einem selbigen Spannungsteiler heruntergeteilt werden müsste. 
Das war in meinem Eingangspost die Angabe mit den 2V Ausgangsspannung, 
denn ich hatte den Spannungsteiler gedanklich schon integriert, was 
natürlich genau der selbe Mist mit den selben Problemen wie bei der 
Referenzspannung ist. Angedacht waren hier Spannungsteiler in einem 
Gehäuse, damit diese thermisch verbunden sind und idealerweise 
gleichermaßen wandern.

Daraus folgt, dass der ADC wohl 5V als Versorgung bekommt und dann die 
4,096V direkt angeschlossen werden. Zwei verschiedene 
Referenzspannungsquellen möchte ich ungern verwenden, da halt wieder 
mehr Bauteile, mehr Kosten, mehr Stromverbrauch und vor allem nicht die 
thermische Kopplung zwischen Vref und Ausgangssignal der Zelle vorhanden 
ist.

Der Wandler sollte einen internen PGA haben, damit auf eine externe 
Verstärkung verzichtet werden kann. Dies wäre zum einen sinnvoll, da 
hierdurch keine Totgeburten auf der Platine rumhängen, die bei der 
Messzelle mit dem Signalausgang von bis zu 3,6V nicht erforderlich sind. 
Zum anderen müsste ich hierfür einen sehr temperaturstabilen OP 
verwenden, dessen Widerstandsbeschaltung ebenso stabil sein muss. Der 
PGA sollte mindestens eine Verstärkung von 128 haben.

128 deswegen, weil ich dann die Referenzspannung von 4,096V direkt an 
den ADC legen könnte und die Differenzspannung der Messbrücke 
ausreichend verstärken kann, damit der Messbereich gut genug ausgenutzt 
werden kann. 128*35mV ist zwar mehr als 4,096V aber dann eben hier mit 
A=64. Ích habe mehrere dieser Zellen, welche sich in ihrer 
Ausgangsspannung auch noch unterscheiden. Maximal 128 wäre also eine 
gute Verstärkung für den PGA.

Auch super wäre die Anbindung per SPI, aber I²C ist auch OK, daran soll 
es nicht scheitern.

Darüber hinaus sollten es 16Bit sein. Wegen dem Stromverbauch und der 
Auflösung kommt ein S/D-Wandler in Frage. Stromsparend muss er natürlich 
auch sein aus oben genannten Gründen. Ein Wandler, welcher mehr als 
400uA verbraucht, kommt nicht in Frage. Aber davon gibt es genug.

So...das waren erstmal meine Wusnchvorstellungen. Wäre natürlich auch 
toll, wenn das Teil nicht 20€ kostet.

Aber da dies hier ja kein Aufruf für die Suche nach dem sein sollte, 
habe ich bereits zwei Tage mit dem Auffinden eines geeigneten Wandlers 
verbracht und musste feststellen, dass es den von mir gewünschten Typen 
leider nicht zu geben scheint.

Was ich bis jetzt in Erwägung gezogen hatte waren halt beispielsweise 
der MAX11206 (denn den hatte ich noch hier), welcher einen PGA von 128 
besitzt, 20Bit Auflösung (brauche ich nicht, aber war ja da), sowohl 
single-ended, wie auch differentiell messen kann und dies auch bis zur 
vollen Referenzspannung, also +/VREF, bzw. bis VREF bei single-ended. 
Stromsparend isser auch, also eigentlich erstmal optimal...aber er hat 
eine maximale Versorgungsspannung von 3,6V.

Daher kamen die Spannungsteiler, sowohl für die Referenzspannung, wie 
auch für das Ausgangssignal. Diese Variante ist im Bild "Var1" zu sehen. 
Links am Eingang ist zwar jetzt die Messbrücke dargestellt, aber da kann 
halt auch die single-ended-Messzelle dran, nur dass dann eben Eingang- 
frei bleibt. Entsprechend des Sensors müssen die Jumper gesetzt werden.

Aber ich habe mich ja schon davon überzeugen lassen, dass das nicht so 
dolle ist. Alternativ hat der MAX11206 noch Eingangsbuffer, welche den 
Strom in seine Eingänge auf ca. 20-30nA sinken lässt. Dennoch wäre es 
natürlich toll, wenn es eine bessere Variante ganz ohne die 
Spannungsteiler gibt.

So, also habe ich weitergesucht und dann gedacht mit dem MX7705 einen 
geeigneten ADC gefunden zu haben. Aber dem war leider auch nicht so, da 
er maximal eine Referenzspannung von 3,5V zulässt.

Mittlerweile bin ich bei Linear angekommen und schaue mir gerade den 
LTC2480 an. Eigentlich ein perfekter Wandler für mich: 5V Versorgung, 
PGA von 256, 16Bit, SPI-Interface, differentiell...aber ein großes Manko 
bei fast allen Wandlern von Linear: sie messen immer nur bis +/-Vref/2. 
Und da stehe ich jetzt wieder vor dem gleichen Problem, denn ich müsste 
jetzt auch noch die Ausgangsspannung der single-ended-Messzelle 
herunterteilen. Der Wandler hat eine neue Technologie namens 
"Differential Input Current Cancellation" oder so ähnlich. Das versuche 
ich gerade zu verstehen, wie das arbeitet, aber so ganz blick ich es 
noch nicht. Irgendwie sorgt der ADC dafür, dass stets der gleiche 
Eingangsstrom in beide Eingänge fließt, wodurch er in Summe wieder null 
sein soll. Jedoch muss da wohl mit den Eingängswiderständen, bzw. der 
Quellenimpedanz gedoktort werden, damit die Symmetrie stimmt...wie 
gesagt, bin noch am Lesen. Nachteil ist natürlich auch, dass ich -Vref/2 
in einem Fall nie benutzen werde, wodurch mir die halbe Auflösung 
verloren geht, was beim MAX11206 nicht der Fall ist, da er bei der 
Einstellung für single-ended automatisch seinen Output auf den positiven 
Teil zwischen 0V und Vref legt.

Ergo bin ich eigentlich noch nicht wirklich weiter. den MAX11206 würde 
ich am liebsten benutzen, jedoch sind die Hürden ja jetzt klar. 
Desweiteren versuche ich auch zu verstehen, ob eine große Kapazität am 
Eingang des ADCs besser oder schlechter ist. Eine große Kapazität kann 
natürlich schnell Strom nachliefern für den Sampling-C, braucht aber 
auch wesentlich länger, bis sie durch die hohe Quellenimpedanz wieder 
aufgeladen ist. Hier wäre ich auch froh, wenn mit vielleicht jemand ein 
wenig helfen, bzw. mir Tipps geben könnte. Es hat ja was mit der 
Sampling-Frequenz des Wandlers zu tun, aber ich muss gestehen, dass ich 
bisher immer einen 1k -> 1u an den Eingang gesetzt habe. Davor saß dann 
aber auch meist ein OP. Den würde ich diesmal gerne weglassen.

Ach ja, da war ja noch die Frage, wieso nicht Referenzspannung mit einem 
OP verdoppeln und damit die Messzelle speisen - nun, die Messzelle hat 
eine relativ große Kapazität auf ihrer Elektronik, irgendwas im 
einstelligen uF-Bereich. Einem OP knicken da ja auch schon die Eier weg. 
Und ein Serien-R zur Entkopplung kommt auf Grund des dynamischen 
Stromverbrauches der Messzelle auch nicht in Frage.


So, ziemlich viel Text...ich hoffe, mein Anliegen ist jetzt etwas 
klarer.

Gruß, Guido

Da deine beiden Sensoren ein Signal ratiometrisch zur 
Versorgungsspannung abgeben brauchst du überhaupt keine 
Referenzspannung, du betreibst beide mit 5V. Du musst nur daraf achten, 
dass die Spannung während der Messung auf die benötigte Bitgenauigkeit 
hin konstant bleibt, daher das LC Filter bei den üblichen AVR 
Schaltungen.
Dein DMS liefert ein kleines Signal. Da unbekannt ist, welche Auflösung 
du brauchst, kann ein Verstärker nötig sein. Da unbekannt ist, ob du 
positive und negative Differenzen oder nur positive wissen willst, weiss 
man nicht, wie man den Verstärker bauen soll, aber ein mit 5V 
betreibbarer R2R Instrumentenverstärker klingt ausreichend. Die 
Nullpunktspannung misst du mit einem zusätzlichen A/D Eingang.
Für die Versorgungsspannung tut es sicherlich ein LM2950-5 oder noch 
leistungsärmere Spannungsregler. Achte nur auf die Rauschfreiheit von 
AVCC/AREF.
Nötig wäre also nur ein A/D Wandler der von 0-5V misst und ein 
Instrumenten-OpAmp (oder eingebauter PGA). Da uns die benötigte 
Genauigkeit und Geschwindigkeit unbekannt ist, kann man mehr nicht 
sagen.

Axel Schwenke schrieb:
>> aber du siehst noch nicht alles: Du musst in der
>> Sample-Zeit auch den 1uF wieder ganz aufladen, sonst fällt die Spannung
>> an dem 1uF weiter.
>
> Dazu müßte man aber erstmal wissen, wie oft der ADC getriggert wird und
> wie lange er U_ref sampled.
Korrekt - siehe unten: diese Infos fehlen hier.

> Und ob die interne Kapazität während der
> Messung wirklich entladen wird (weil wenn nicht, muß sie ja nicht von 0
> beginnend wieder aufgeladen werden). Usw. usf.
Völlig korrekt. Worst Case ist aber, dass sie von 0 beginnend aufgeladen 
werden muss - genau dann, wenn der vorhergehende Messwert eben 0 war und 
der aktuelle den Maximalwert hätte. Das ist ja nicht auszuschließen.

>> Also: der Quellwiderstand vor dem 1µF muss so niederohmig wie möglich
>> werden!
>
> Fast. So niederohmig wie nötig
> Ein kleiner aber feiner Unterschied.
Ja, "nötig" ist der korrekte Ausdruck! Mein Fehler.

> Aber um das zu quantifizieren, fehlen uns Informationen.
Richtig, quantifizieren muss der TO selbst.