Liebes Forum,
irgendwie stehe ich wieder einmal im Wald und komme einfach ohne fremde
Hilfe nicht weiter:
Ich bin auf der Suche nach einem präzisen und sehr rauscharmen
DA-Wandler, der eine Auflösung von 26 Bit bei einer Ausgabefrequenz von
bis zu 10 kHz liefert.
Hat jemand Erfahrungen, wie man so etwas sinnvoll realisieren kann? Eine
Pulsweitenmodulation mit einem nachgeschalteten Filter erscheint aus
meiner Sicht nicht sinnvoll. Hat jemand vielleicht schonmal so einen
Schaltkreis gesehen oder gebastelt?
Vielen Dank und ein frohes Wochenende wünscht Euch
der Gunter
24 Bit AC-gekoppelt sind eher zu bekommen:
http://shop.elv.de/output/controller.aspx?cid=74&detail=10&detail2=13043
"Der ADA 24 ist ein vollwertiger Stereo- Digital/Analog-Wandler, der
digitale Audio-Daten mit einer Auflösung von 24 Bit und einer Abtastrate
von bis zu 192 kHz verarbeiten kann."
Muß es auch DC-Signale liefen können?
Jepp - die 26 ist eine sehr unschöne Zahl! Eine 16 wäre mir auch
bedeutend lieber, aber es soll nunmal der "Beste DA-Wandler der Welt"
werden. ;-)
Tja - vielleicht dann doch ein R2R-Netzwerk mit x-tausend Widerständen
???
PS.: Die Ausgabespannung soll maximal 1,5 V betragen - das heißt also
22nV-Schritte (Ob ich mir lieber heute, oder erst am Montag die Kugel
geben? :-D )
Vielleicht findest Du ja einen 32Bit DA-Wandler... dann wäre das der
überbeste DA-Wandler der Welt :)
Ich meine ich hätte auch schon mal eine Bastelanleitung gesehen bei der
über OP's 2 Spannungen zusammengeführt wurden und dadurch eine höhere
Auflösung erzielbar war...
@Gunter
wofür brauchst du denn 26Bit?
Ich habe aus den Beiträgen im Forum herausgelesen, dass so schon
geringste Schwankungen in das Messergebnis hineinfließen.
Z.B. ein Mikrocontroller der getaktet ist.
Oder eine Spannungsversorgnung, die nicht auf 1nV genau ist.
Oder eine Leiterbahn die kein Supraleiter ist und damit für einen
Spannungsabfall am IC sorgt, der größer als 1nV ist.
Oder ein Handy im Nebenraum.
Oder jemand hat an die Kontakte gepackt --> galvanisches Element.
Du könntest aber auf diese Weise einen schönen Zufallszahlengenerator
herstellen.
Hallo,
eine Auflösung von 26 bits bei einer Bandbreite halte ich schon aus
physikalischen Gründen für praktisch unrealisierbar. Denn dazu wären am
Wandler-Eingang ein Rauschabstand von 156 dB notwendig. Dies ist mit
klassischer Halbleitertechnik nicht erreichbar.
Ausserdem bezweifle ich, dass Du eine derartig hohe Auflösung überhaupt
brauchst. Der AD-Wandler soll ja wohl das Signal irgendeines Sensors
verarbeiten. Nehmen wir einmal eine Vollaussteuerung von 5V an. Dann
wäre bei 26 bit ein Spannungsschritt von 74nV aufzulösen. Nach Nyquist
beträgt aber bereits die Rauschspannung an einem 1Ohm Widerstand bei
300K (27C) und einer Bandbreite Delta f = 10KhZ:
Urausch = Sqrt(4*Kb*T*R*Delta f) = 12.8nV
Das heisst, wenn Dein Sensor muss auf jeden Fall einen Innenwiderstand
von weniger als ca. 33Ohm haben,sonst wäre dessen thermisches
Eigenrauschen Rauschen höher als die geforderte Genauigkeit. Liefert der
Sensor nicht direkt die geforderten 5V Vollaussteuerung, muss sein
Signal vorverstärkt werden. Dadurch wird aber auch das Rauschen
verstärkt, und die Verhältisse
werden noch schlechter. Die Eingangsstufe des Verstärkers müsste dann
natürlich auch entsprechend niederohmig aufgebaut sein (alle Widerstände
im Signalpfad im Ohm-Bereich), um nicht noch mehr Rauschen hinzuzufügen.
Dies ist mit klassischer Halbleitertechnik aber kaum möglich.
Auch wenn diese Betrachtung etwas vereinfachend ist, hoffe ich doch,
dass Dir das wesentliche Problem klar geworden ist. Die Physik ist
leider ein Naturgesetz und lässt sich nicht so leicht austricksen.
Als einzige Lösungsmöglichkeit sehe ich daher, wenn wirklich eine so
hohe Genauigkeit und Bandbreite gefordert werden, das Ganze mit
flüssigem Stickstoff (oder gar Helium) zu kühlen. Tatsächlich verwendet
man zur Detektion ganz kleiner elektrischer Ströme (z.B.
Hirnstrommessungen) SQUIDS, d.h. supraleitende Sensoren.
Gruss
Mike
Auch der AD-Wandler
Wo liegt denn das natürliche Rauschen bei 10 kHz Bandbreite?
Wir haben bei Raumtemperatur -174 dBm/Hz also -134 dBm bei 10kHz. das
wären 10^(-13,4) mW (an 50 Ohm gemessen) oder 10^(-16,4) Watt
und die Effektivspannung ist sqrt(P/R)=8,9*10^-10V=0,89nV (an 50 Ohm)
Mit den 22nV liegen wir also immer noch darüber, wenn ich mich nicht
verrechnet habe.
Liebes Forum,
wir sind nicht bei "Wünsch Dir was" - das ist richtig...
...allerdings sind wir/ich in der Forschung und Entwicklung bzw. in der
Superhyperpräzisionsmesstechnik ;-) tätig.
Manchmal hilft auch ein kleiner Tipp weiter, deshalb möchte ich an
dieser Stelle allen für die vielen konstruktiven Vorschäge danken. Was
wären wir ohne euch! :-D
Also - weiter so und vielen Dank nochmal
der Gunter
PS.: Wenn es eine Lösung gibt, werde ich sie gerne mal posten. ;-)
Gunter,
ein R2R netzwerk benotigt 2 identische Widerstaende pro bit. Ein 26bit
DAC kann man somit mit 52 Widerstaenden zu je 10k Ohm machen. Das
Argument, dass das Rauschen groesser ist sticht nicht, da das Rauschen
sich ausmittelt. Man kann in der Tat Signal im Rauschen drin
produzieren, wenn man sicher ist, das Rauschen in einem anderen Prozess
spaeter wieder lozuwerden.
...Man kann in der Tat Signal im Rauschen drin
produzieren...
Ja, nenn sich DSSS
direct sequence spread spectrum...
Da wird das (zu sendende) signal direkt im rauschen versteckt..
;-)
Wenns bei Physikern mal wieder messtechnisch eng wird, drehen die ja das
Problem solang hin und her bis zum Schluss eine einfache Zählung oder
zumindestens Zeit/Frequenzmessung rauskommt, denn das ist das einzige
was man wirklich genau machen kann.
Also Elektronen einzeln in ne Tüte abzählen, schauen dass ja keines
dabei ausbüchst und die resultierende Spannung ist dann das
Wandlungsergebniss. Genauer kann mans theoretisch ja auch nicht machen.
Bei 10pF und 1V hat man 1E-11 As was 6.28E7 Elektronen entspricht.
2^26 ist 6.7E7. Somit Entspricht 1LSB in etwa einem Elektron.
Wenn man Elektronen nicht zählen kann nimmt man halt einen Konstantstrom
und stopt die Zeit. Bei 1ns Zeitauflösung benötigtman also für 2^26
67ms.
Damit kommt man zwar nicht auf die 10KHz, aber immerhin.
Damit hängt das Wandlungsergebnis im Wesentlichen "nur" noch von der
Stabilität des Kondesators und der KonstStromQuelle ab.
Als Kondensator müsste man einen Glas Vakuum Plattenkondensator nehmen,
aber wie man für die Switches und die S&H Einheit die Leckströme in den
Griff bekommt entzieht sich meiner Kentniss.
Hochpräzise A/D Wandler machen ja im Prinzip ein ähnliches Verfahren
(Dual Slope), oder?
"Echte" 26 Bit bei 10kHz halte ich nahezu für unmöglich mit dem heutigen
Stand der Technik. Evtl. das Rauschen aufteilen durch Delta-Sigma
Wandlung, aber auch da wird es bei der Auflösung mehr als kritisch. Wäre
doch mal die Frage : Was willst du eigentlich damit anstellen ? Danach
würde sich evtl. ein passender Ansatz finden lassen.
und auch wenn es mit Stickstoffgekühlten Supraleitungen und co
realisiert werden würde, das Meßgerät (eine Dekade besser) will ich mal
sehen.
Arbeitest Du bei der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt?
>Hat jemand Erfahrungen, wie man so etwas sinnvoll realisieren kann?
Folgendes soll nicht abwertend gemeint sein, aber wer so eine Frage
stellt, besitzt nicht das notwenige Hintergrundwissen. Eine so hohe
Auflösung erfordert auch eine entsprechend gestaltete Schaltung und auch
das Layout ist nicht trivial. Bei dir wird es so sein, dass du
vermutlich die unteren 15 Bit eh in die Tonne treten kannst, also
vergiss die Idee am besten wieder.
René Farak wrote:
> vielleicht der der hier (audiobereich)>> http://www.analog.com/en/prod/0%2C2877%2CAD1953%2C00.html
Im Audiobereich ist das keine Kunst, da es dort nur auf die
Kurzzeitmonotonie (100ms) ankommt. Damit lassen sich dann auch leise
Signale verzerrungsarm ausgeben und ein hoher Dynamikbereich erreichen.
Genauigkeit und Linearität spielen überhaupt keine Rolle, die dürften
ruhig 8Bittig sein. Nur geschulte Musikerohren können Klirrfaktoren <1%
gerade noch raushören.
Ich hatte mal testweise nen 24Bit Audio-DAC versucht für DC-Anwendungen
zu benutzen.
Schon bloßes Anpusten lies den Offset in den Himmel schießen.
Ein echter 12Bitter war sogar stabiler.
Peter
Dank, Dank , Dank und noch 1000x Dank!
Es ist immer wieder sehr erfreulich, wie viel konstruktive Kritik und
kontroverse Diskussionen ein nicht alltägliches Problem aus der
universitären Forschung verursachen kann. Ich Danke Euch auf jeden Fall
für all Eure schlaflosen Nächte, die Euch die Lösung meiner Probleme
bereitet hat. ;-)
Nun - was haben wir vor: Bei der besonders präzisen Kraftmessung wendet
man gewöhnlich das Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation an.
Man erzeugt hierbei über eine Spule mit einem Eisenkern eine der zu
messenden Kraft entgegenwirkende Magnetkraft. Sind beide Kräfte gleich
so ist der Strom durch den Elektromagneten ein Maß für die zu messende
Kraft. Man muss also diesen Strom entweder genau messen oder genau
einstellen können. Die Variante mit einer analogen Regelung des
Spulenstromes und einer Strommessung über hochauflösende A/D-Wandler ist
relativ "trivial" und ist "state of the art". Wir versuchen hier
allerdings den anderen Ansatz der Steuerung des Stromes über eine
D/A-Wandlung - und dazu braucht man die beste Spannungsquelle aller
Zeiten! :-D
Natürlich wird nun der Eine oder die Andere sagen: "Hey - wenn sich
jemand mit so was Tag für Tag beschäftigt, warum postet er dann seine
Probleme in eine Newsgroup?!?" Nun, meine Erfahrung ist, dass immer
irgendjemand irgendwann irgendwo schon mal ein ähnliches Problem hatte.
Warum also dieses Wissen nicht nutzen bzw. teilen? Ist das nicht die
Grundidee eines Forums...
Also - noch mal Danke! Ich werde es dann mal mir einer
Frequenz-Spannungswandlung und auch noch über ein R2R-Netzwerk
versuchen. Mal sehen was besser (bzw. überhaupt) funktioniert. Sofern es
eine funktionierende Schaltung gibt, werde ich sie mal posten!
Der Gunter
Hier hat es mal jemand vorgerechnet, wenn R statt 50 100 mit 51 100
aufgebaut wird:
http://www.avr-asm-tutorial.net/avr_de/avr_dac.html
"Man beachte den Sprung, wenn Bit 7 High wird! Die Spannung springt dann
um mehr als zwei Digits. Das ist für ein 8-Bit-Netzwerk zu groß, aber
akzeptabel für ein 4-Bit-Netzwerk."
"...gedowngeloaded..."
"Ich werde es dann mal mir einer
Frequenz-Spannungswandlung und auch noch über ein R2R-Netzwerk
versuchen. Mal sehen was besser (bzw. überhaupt) funktioniert. Sofern es
eine funktionierende Schaltung gibt, werde ich sie mal posten!
"
Das kann doch wohl alles nicht ernst gemeint sein. Genauso könntest Du
einen 16bit und einen 10bit DAC in Reihe schalten (oder parallel?) Ist
eh Wurst, aber wenigstens schafft man damit 10kHz Ausgabefrequenz .
was gibts denn zu kaufen:
http://www.keithley.com/products/currentvoltage
-> "Selector Guides - Source/Measure Products" = "05.pdf"
die haben z.B. eine digital einstellbare Stromquelle ab 10 atto-Ampere
bis max 100mA oder sogar 1A, das sind 13 oder 14 Dekaden.
Über die max. Frequenz ist hier nichts zu lesen, das wird wohl auch vom
GPIB-Bus bestimmt.
@gunter
das problem mit der kraftmessung kenn ich. Ich hatte da eine idee die
meine chef aber zu teuer war es auszuprobieren.
ich habe eine mechanische verstärkung gewählt, klingt abendteuerlich
gebe ich zu, aber rein theroretisch müsste es gehen. schreib mir mal ne
mail.
xlomx at web dot de
