Hallo Leute,
ich wollte euch fragen, was für Methoden angewendet werden, um eine
stabile Referenzspannung zu erhalten?
Ich benötige eine sehr niedrige Referenzspannung um die 10mV, die durch
einen einfachen Spannungsteiler realisiert wurde. Ich habe die
Referenzspannung mit einem 100nF Kondendsator entkoppelt. Das reicht
jedoch nicht, um Schwankungen der 3,3V Spannungsversorgung bei schnellen
Schaltvorgängen von benachbarten ICs auszugleichen.
Wäre ein Impedanzwandler für benachbarte Schaltkreise sinnvoll, um den
Einfluss der Lastschwankungen auf die Referenzspannung zu minimieren?
Daniel W. schrieb:> ich wollte euch fragen, was für Methoden angewendet werden, um eine> stabile Referenzspannung zu erhalten?
Dazu nutzt man einen Spannungsfolger. Ist in den
Referenz-Spannungsquellen-IC's meistens integriert.
https://de.wikipedia.org/wiki/Spannungsfolger
Den kann man natürlich mehr oder weniger Aufwändig konstruieren - je
nach Bedarf.
Daniel W. schrieb:> was für Methoden angewendet werden, um eine> stabile Referenzspannung zu erhalten?
Was ist für Dich eine "stabile Referenzspannung"?
Es gibt jede Menge Referenzspannungs - ICs zu kaufen.
Vielleicht genügt Dir ja auch eine extra 3,3 V Regelung nur für die
Referenzspannung?
Daniel W. schrieb:> Wäre ein Impedanzwandler für benachbarte Schaltkreise sinnvoll, um den> Einfluss der Lastschwankungen auf die Referenzspannung zu minimieren?
Eigentlich nimmt man Abblock - Kondensatoren dafür.
mfg klaus
Hi Klaus,
das habe ich gerade auch gedacht.
Der Spannungsteiler ist direkt an die 3,3V Spannungsversorgung
angeschlossen. Es wäre wahrscheinlich auch besser, wenn ein LDO davor
gesetzt wird?
3,3V -> LDO -> Spannungsteiler
Also die Refrerenzspannung darf eigentlich nur eine Abweichung von 4mV
aufweisen.
Klaus R. schrieb:> Eigentlich nimmt man Abblock - Kondensatoren dafür.
Habe jetzt nur den 100nF Kondesator an den Spannungsteiler gesetzt.
Bild angehängt.
> Referenzspannung um die 10mV> nur eine Abweichung von 4mV aufweisenKomische Referenz. 40 % Fehler?
> Spannungsfolger
verschlechtern im allg. die Eigenschaften (Offset, Rauschen, ...).
Und koennen aus einer TK10*-Referenz unbrauchbaren Schrott machen.
*) TK der Referenzspannung 10 ppm
Daniel W. schrieb:> Es wäre wahrscheinlich auch besser, wenn ein LDO davor> gesetzt wird?> 3,3V -> LDO -> Spannungsteiler
Es gibt Probleme LDOs mit Eingangsspannungen unter 2,7 V zu kaufen,
zumindest bei Reichelt. Deswegen dachte ich einen extra Spannungsregler
mit dem Eingang Deines jetzigen 3,3 V Lieferanten zu verbinden. Dann
hast Du eine größere Auswahl.
Allerdings gibt es noch eine einfache Methode Deine Spannung zu
entkoppeln. Du gehst von den 3,3 V mit einer Diode auf einen
Kondensator. Bricht jetzt die 3,3 V Spannung ein, so verhindert die
Diode das Entladen des Kondensators. Hier hängst Du Deinen
Spannungsteiler dran.
Bei 10 mV eine Abweichung von 4 mV zu tolerieren ist schon großzügig.
mfg Klaus
Daniel W. schrieb:> Habe jetzt nur den 100nF Kondesator an den Spannungsteiler gesetzt.> Bild angehängt.
Schon fast richtig. Nur die Diode fehlt noch. Die Kapazitäten reichen.
mfg Klaus
Das mit den Kondensatoren ist ok so (wenn es Kerkos sind)
Ich Würde an VCC einen 100nF und einen 2.2 uF machen, da die 100nF
kleiner sind und weniger parasitäre induktivität haben.
Für deine Anforderungen gibts extra Refferenzspannungs ICs, unter dem
Begriff wirst Du fündig.
Mit einem LDO mit ausreichend Kondensatoren oder einer
Spannungstabilisierung mit Z-Diode und nachgeschaltetem Spannungsteiler
wird es aber auch gehen.
Am Ausgang des Spannungsteiler ist der Kondensator nicht besonders
wirksam. Effektiver wäre es R1 auf 2 gleich Widerstände zu Teilen und
den Filterkondensator dazwischen.
Daniel W. schrieb:> ich wollte euch fragen, was für Methoden angewendet werden, um eine> stabile Referenzspannung zu erhalten?
Buch lesen. Außerdem sehe ich die Relevanz für deine konkrete Frage
nicht. Denn es geht ja gar nicht um Stabilität.
> Ich benötige eine sehr niedrige Referenzspannung um die 10mV, die> durch einen einfachen Spannungsteiler realisiert wurde.
Welche Spannung geht denn in den Spannungsteiler rein? Stabiler als
diese Spannung kann deine heruntergeteilte Spannung nicht sein.
> Ich habe die> Referenzspannung mit einem 100nF Kondendsator entkoppelt. Das reicht> jedoch nicht, um Schwankungen der 3,3V Spannungsversorgung bei schnellen> Schaltvorgängen von benachbarten ICs auszugleichen.
Dann wäre die Frage doch eher: wie kommen Schwankungen der 3.3V
Versorgung überhaupt auf deine Referenzspannung? Du verwendest ja wohl
hoffentlich nicht die unstabilisierten 3.3V direkt, um sie auf 10mV zu
teilen? Und stimmt deine Masseführung? Mißt du überhaupt am richtigen
Massepunkt?
PS: dein Nick ist albern. Insbesondere angesichts der Fragen, die du
stellst.
auweia schrieb:> Komische Referenz. 40 % Fehler?
Da weiß jemand nicht, was er tut - aus der Betriebsspannung geteilte mV
sind jedenfalls keine Referenz. Der Titel ist ungeschickt gewählt, mit
'Lastschwankungen' meint er vermutlich den Eingang, nicht die Last
hinter dem Referenzpunkt.
Klaus R. schrieb:> Es gibt Probleme LDOs mit Eingangsspannungen unter 2,7 V zu kaufen,
Braucht es auch nicht, Widerstand - Z-Diode.
Falls es die noch gibt: LM113, ICL8069 - benehmen sich wie eine Z-Diode,
sind aber sehr stabile BandGap-Referenzen. Real nutzbare Schaltbeispiele
finden sich in alten NS-Datenblättern.
Manfred schrieb:> Klaus R. schrieb:>> Es gibt Probleme LDOs mit Eingangsspannungen unter 2,7 V zu kaufen,>> Braucht es auch nicht, Widerstand - Z-Diode.
Nicht für so kleine Spannungen. Wenn der Tempco nicht so wichtig ist,
geht aber eine rote LED. Kann man auch gleich als Einschaltkontrolle
verwenden.
> Falls es die noch gibt: LM113, ICL8069 - benehmen sich wie eine> Z-Diode, sind aber sehr stabile BandGap-Referenzen.
An 3.3V geht schon ein TL431 (2.5V). Aber wenn er 10mV braucht, wohl
besser ein TLV431 für 1.23V. Oder ein LM385-1.2. Das sind alles Bandgap-
Referenzen. Und wenn HF-Dreck auf der Versorgung ist, dann würde man den
Vorwiderstand für die Referenz aufteilen und am Teilungspunkt mit einem
Kerko nach GND abblocken. Etwa so:
1
Vcc 3.3V o--[R1]--*--[R2]--*--> stabile 2.5 oder 1.23V
Ich glaube du musst besser deine masse überprüfen. Über die
Masseverbindung vom Spannungsteiler bis zum Punkt, wo die referenz
benötigt wird, praktisch kein strom fließen.
Stefan ⛄ F. schrieb:> Dazu nutzt man einen Spannungsfolger. Ist in den> Referenz-Spannungsquellen-IC's meistens integriert.
Bei 10mV Ausgangsspannung braucht man aber eine Bipolare Versorgung.
Selbst ein Rail2Rail-Verstärker kann bei single-supply 10mV nicht mehr
Strom sinken (output headroom).
Mein Vorschlag 1 wäre: größerer Kondensator.
Man könnte eine Zeitkonstante von 1s anpeilen.
Vorschlag 2:
Erzeugung der Referenz mit z.B. TL431, das Ergebnis herunterteilen.
Sinn: Der TL431 macht was sauberes und stabiles, das man herunterteilen
kann. Damit sollten die Schwankungen weg sein.
Blumpf schrieb:> Bei 10mV Ausgangsspannung braucht man aber eine Bipolare Versorgung.
Ja, das sehe ich auch so.
Temperaturdrift und DC-Offset sind hier auch kritisch. Es wird Zeit,
dass der TO seinen Anwendungsfall beschreibt. Denn es gibt womöglich
eine einfachere und bessere Lösung.
Stefan ⛄ F. schrieb:> Blumpf schrieb:>> Bei 10mV Ausgangsspannung braucht man aber eine Bipolare Versorgung.>> Ja, das sehe ich auch so.>> Temperaturdrift und DC-Offset sind hier auch kritisch. Es wird Zeit,> dass der TO seinen Anwendungsfall beschreibt. Denn es gibt womöglich> eine einfachere und bessere Lösung.
Ich gehe davon aus, daß kein Spannungsfolger/Buffer/Impedanzwandler
benötigt wird. Anscheinend war ja bis jetzt noch nicht mal die
Stabilität der Spannung irgendwie wichtig, wenn sie einfach per
Spannungsteiler aus der 3.3V Versorgung abgeleitet wurde.
Wenn man eine stabile Spannung von ca. 1V erzeugen würde (per Bandgap-
Referenz, wurde jetzt schon mehrfach vorgeschlagen) dann bräuchte man
für die 10mV noch einen Spannungsteiler ca. 100:1. Dessen
Innenwiderstand wäre dann ca. gleich dem kleineren Widerstand. Mit 1kΩ :
10Ω also 10Ω. Und es würde nur 1mA aus der Referenzspannung gezogen.
Noch nicht niederohmig genug? Auch 100Ω : 1Ω wäre noch im Rahmen. Welche
Anwendung sollte das sein, die eine 10mV Referenzspannung braucht bei
weniger als 1Ω Innenwiderstand?
Blumpf schrieb:> Erzeugung der Referenz mit z.B. TL431, das Ergebnis herunterteilen.> Sinn: Der TL431 macht was sauberes und stabiles, das man herunterteilen> kann. Damit sollten die Schwankungen weg sein.
Der TL431 hat eine interne Referenz vom 2,5 V. Kommt der eigentlich mit
3,3 V klar? Es geht dem TO darum Spannungseinbrüche abzufangen. Was
macht der TL431 wenn er keine 3,3 V bekommt?
Axel S. schrieb:> An 3.3V geht schon ein TL431 (2.5V). Aber wenn er 10mV braucht, wohl> besser ein TLV431 für 1.23V.
Mit dem TLV431 (für 1.23V) funktioniert das schon eher.
Aber ich glaube, eine Diode (1N4148), dann 1µF bis 10 µF gegen Masse und
dann der Spannungsteiler genügen für die Anforderungen des TO. Der
Spannungsteiler hat ja 100 kOhm, das wäre dann eine Zeitkonstante von
0,1 s bis 1 s. Also reichlich Zeit um kurze Blips abzufangen.
mfg klaus
Axel S. schrieb:> Welche Anwendung sollte das sein
Leider hält sich der TO mit Hintergrund-Infos zurück.
Klaus R. schrieb:> Es geht dem TO darum Spannungseinbrüche abzufangen.
Spannungseinbrüche von was?
Und was soll man von einer Referenzspannung von 10 mV halten, die um 4
mV schwanken darf? Das würde ein simpler Spannungsteiler direkt an einer
beliebig schlechten Stromversorgung locker flockig erfüllen. Ich kann
mir nur vorstellen, dass er den Spannungsteiler extrem belastet und die
Spannung deswegen schwankt. Deswegen empfahl ich den Spannungsfolger.
Aber konkreter wollte ich da bewusst nicht werden, ohne den
Anwendungsfall zu kennen. Es macht ja keinen Sinn, einen
Schaufelrad-Bagger zu empfehlen, um einen Blumentopf auszuheben.
Stefan ⛄ F. schrieb:> Und was soll man von einer Referenzspannung von 10 mV halten, die um 4> mV schwanken darf?
Ja das ist schon merkwürdig. Dann dürfen die 3,3 V bis auf 1,32 V
einbrechen. Ich glaube das hat er so nicht gemeint. Aber es gibt ja
jetzt genügend Lösungsvorschläge.
mfg Klaus
Klaus R. schrieb:> Der TL431 hat eine interne Referenz vom 2,5 V. Kommt der eigentlich mit> 3,3 V klar? Es geht dem TO darum Spannungseinbrüche abzufangen. Was> macht der TL431 wenn er keine 3,3 V bekommt?
Guter Einwand :-)
Wie du schon erwähnt hast, der LMV431 oder TLV431 wäre günstiger, weil
die weniger Spannung benötigen.
Stefan ⛄ F. schrieb:> Leider hält sich der TO mit Hintergrund-Infos zurück.
Ja, wie üblich.
> Spannungseinbrüche von was?
Der Versorgungsspannung aus der er seine 'Referenz' (aka Vergleichswert)
derzeit per Spannungsteiler gewinnt. Siehe
Beitrag "Re: Referenzspannung vor Lastschwankungen schützen"> Und was soll man von einer Referenzspannung von 10 mV halten, die um 4> mV schwanken darf?
Vielleicht Komparator Vergleichswert für Überstromsbschaltung.
Der richtige Weg wäre wohl, aus den schwankenden 3.3V erstmal stabile
(1.2V) zu machen, bevor man sie auf 10mV runterteilt.
1
3.3V --39k--+--------+--120k--+--- 10mV
2
| | |
3
LM385-1.2 10uF 1k
4
| | |
5
GND --------+--------+--------+---
Der billigere TL431 geht auch, ist mit 2.5V aber so knapp an den 3.3V,
daß man nicht weiss, ob die 3.3V nicht vielleicht tiefer einbrechen.
Eher TLV431.
MaWin schrieb:> Stefan ⛄ F. schrieb:>> Leider hält sich der TO mit Hintergrund-Infos zurück.>> Ja, wie üblich.
Ist wohl eher ein Troll. Keine Rückmeldung mehr. Keine Fragen
beantwortet.
Tut mir Leid, dass ich mich nicht mehr gemeldet habe.
Ich war überrascht, dass schon so viele neue Beiträge dazugekommen sind.
Seit gestern Mittag sind leider noch andere Aufgaben angefallen, daher
konnte ich nicht mehr antworten. Ich werde wahrscheinlich erst heute
Abend/Nacht wieder ausreichend Zeit haben alle Beiträge durchzulesen.
Soweit großen Dank an alle, die mir hilfreiche Tipps gegeben haben.
Daher schulde ich euch zurecht ein paar genauere Details.
Einige von euch sind schon dahintergekommen, dass es sich möglichrweise
um einen AD-Wandler handelt, der die generierte Referenzspannung
benötigt.
Hierbei handelt es sich um einen simplen Komparator, dem dadurch der
entsprechende Schaltpegel vorgegeben wird. In meiner ersten Ausführung
habe ich einen ganz einfachen Schaltkreis entworfen. Dieser ist an den
von Texas Instruments angelehnt. Ausschnitt ist im Anhang. Komplettes
Schema unter folgendem Link:
"Reference design maximizing transimpedance bandwidth for LIDAR and
time-of-flight (ToF) applications" -
https://www.ti.com/lit/df/tidrxt3/tidrxt3.pdf?ts=1590571754191
Meine Versorgungsspannung liegt jedoch bei 3,3V. Der Komparator erfasst
kurze Lichtpulse im Nanosekundenbereich. Nun möchte ich den Grenzbereich
des Systems verbessern. Der Schaltpegel des Komparators soll möglichst
niedrig ausfallen, um auch Pulse mit sehr geringer Signalintensität
erfassen zu können. Dabei dürfen keine durch Signalrauschen verursachte
Triggerungen auftreten. Das Signalrauschen (Photodiode,TIA,etc..) liegt
ungefähr bei 5mV |+-2mV. Bei höheren Schaltpegeln treten somit keine
Probleme auf. Bei der aktuellen Referenzspannung von ca. 8,9mV liegt der
Triggerpegel des Komparators ungefähr bei 11,9mV(Hysterse beachten). Da
über die 3,3V Spannungsversorgung noch andere schnell schaltende ICs
betrieben werden, kommt es natürlich zu einer Beeinflussung der
Versorgungsspannung. Dadurch sinkt auch die Referenzspannung ab. Das
Absinken der Referenzspannung führt zu einer Senkung des Triggerpegels
und das Signalrauschen verursacht falsche Triggerungen.
Ich bin in dem Gebiet noch unerfahren daher die Frage, welche
Möglichkeiten zur Verfügung stehen, um den Einfluss auf die
Referenzspannung zu minimieren. Nochmal zur Verdeutlichung, die
Referenzspannung dient nur zum Setzen des Triggerpegels für den
Komparator, somit wird die Referenzspannung selbst nur extrem hochohmig
belastet. Ich denke, das hat bei einigen für Verwirrung gesorgt. Habe
mich zuvor wiedermal ungeschickt ausgedrückt. In meiner Eile habe ich da
einige Fehler gemacht, für die ich mich entschuldige. Der Klassiker über
die Z-Diode ist mir auch bekannt. Ich hätte dann nachstehend einen
weiteren Spannungsteiler gesetzt. Habe aber jetzt beim Überfliegen schon
Variationen und komplett andere Ansätze gesehen. Die 40% Abweichung war
für den absolut schlimmsten Fall gedacht und keinesfalls ideal. Wenn die
aktuelle Referenzspannung im Bereich von 8,9-10mV beibehalten wird, dann
sollte die Abweichung deutlich niedriger liegen.
In Bezug zum Spannungsfolger wäre meine Frage, ob es in manchen
Situationen sinvoller wäre die benachbarten ICs auf eine separete 3,3V
Versorgung zu legen? Oder werde ich niemals Probleme mit der
Referenzspannung bekommen, wenn die
Referenzspannungsquelle(Diode/Bandabstandsreferenz) deutlich unterhalb
der 3,3V betrieben wird?
Daniel W. schrieb:> Ich bin in dem Gebiet noch unerfahren
Merkt man
Vergiss das Projekt.
So wird das nichts.
Du bist zu nah an dem physikalisch möglichen, auf die kritischen Stellen
zu achten überfordert dein Wissen.
Daniel W. schrieb:> Der Klassiker über die Z-Diode ist mir auch bekannt.> Ich hätte dann nachstehend einen weiteren Spannungsteiler gesetzt.
Mache das. Mit einem zusätzlichen Kondensator am Ausgang des
Spannungsteilers bekommst du es noch ein bisschen glatter.
Die Referenzspannung irgendwie separat zu stabilisieren und nicht
einfach nur von der Versorgungsspannung abzuleiten ist auf jeden Fall
eine gute Idee.
Der TLV3501 ist ein verdammt schneller Komparator. Eine Massefläche ist
Pflicht. Abblockkondensatoren an Versorgung und Referenz müssen so nah
wie nur irgend möglich an das Gehäuse.
Daniel W. schrieb:> In Bezug zum Spannungsfolger wäre meine Frage, ob es in manchen> Situationen sinvoller wäre die benachbarten ICs auf eine separete 3,3V> Versorgung zu legen?
Der Spannunngsfolger hätte bei Lastschwankungen geholfen, aber nun ist
ja klar, dass es gar nicht darum geht, sondern um Schwankungen der
Versorgungsspannung.
> Ich bin in dem Gebiet noch unerfahren daher die Frage,> .. erfasst kurze Lichtpulse im Nanosekundenbereich.> .. Das Signalrauschen (..) liegt ungefähr bei 5mV |+-2mV.
Ich wuerd auch sagen, so wird das nichts. Da ist irgendwie schon alles
falsch.
Daniel W. schrieb:> Der Klassiker über die Z-Diode ist mir auch bekannt.
Warum nutzt Du ihn dann nicht?
LM113, ICL8069, LM385 wurden genannt, die verhalten sich wie eine
Z-Diode mit 1,2x Volt.
Widerstandsteiler 120:1 hinter, zur Ausgangsimpedanz wurde auch eine
korrekte Aussage geliefert, fertig ist die Laube äh sind die 10mV.
Manfred schrieb:> Warum nutzt Du ihn dann nicht?
Habe mir die Vorschläge durchgelesen. Sind echt klasse!
Werde das so machen und zuerst eine 1,2xV Referenzspannungsquelle
erstellen und danach den passenden Spannungsteiler setzen.
Thema erledigt. Vielen Dank an alle!
Daniel W. schrieb:> Werde das so machen und zuerst eine 1,2xV Referenzspannungsquelle> erstellen und danach den passenden Spannungsteiler setzen.> Thema erledigt
Nicht mal ansatzweise. Bei derart schnellen Signalen ist der Schaltplan
weniger als 50%. Der reale Aufbau ist im Zweifel viel wichtiger.
