Der AD- Wandler LT2400 hat eine Auflösung von 24 Bit, d.h. 1:16 777 216.
Wenn ich das Datenblatt richtig deute, dann tritt ein Rauschen von 1ppm
auf. Daraus würde ich zunächst ableiten, dass zumindest die letzten 4
Bit wenig sinnvoll sind. Nach meinen eigenen Messungen stehen die
letzten 4-5 Bit nicht still.
Meine Frage: Ist es theoretisch (und auch praktisch) sinnvoll, die
letzen 4-5 Bit überhaupt zu beachten, um evtl. durch eine
Mittelwertbildung zumindest einen Trend der Spannung zu erfassen?
Von Statistik habe ich zu wenig Ahnung, um dies beurteilen zu können.
MfG
Wolfgang
> Nach meinen eigenen Messungen stehen die
letzten 4-5 Bit nicht still.
Das entspricht ja auch den Angaben im Datenblatt.
>Meine Frage: Ist es theoretisch (und auch praktisch) sinnvoll, die
letzen 4-5 Bit überhaupt zu beachten, um evtl. durch eine
Mittelwertbildung zumindest einen Trend der Spannung zu erfassen?
Im Prinzip ja....
Kommt auf den Anwendungsfall an, z.B bei einer Waage immer. Wenn's
keinen Sinn machen WÜRDE, warum macht der Hersteller dann sowas?
> Von Statistik habe ich zu wenig Ahnung, um dies beurteilen zu können.
Hat damit (zum Glück...) auch wenig zu tun.
Hallo,
wenn deine Anwendung es zulässt, die Samplingrate niedriger zu wählen,
als es der Wandler kann, erbrint eine Mittelung von mit hoher
Samplingrate gemessenen Samples eine Rauschunterdrückung. Die (nutzbare,
nicht verrauschte) Auflösung ist dann höher. (SNR =
signal-to-noise-ratio ist größer)
Grüße,
Peter
Wobei noch zu sagen wäre:
Ist das Rauschen näher spezifiziert?
Mit Mittelung kriegt man weisses Rauschen prima raus, aber nicht das
1/f-Rauschen (Funkelrauschen). Das kann so niederfrequent sein, dass
eine Mittelung nichts bringt.
Ich hatte schlechte Erfahrungen mit einem Baustein von AD, der nach dem
Einlöten nicht mehr zu gebrauchen war, weil er mit einer Frequenz von
unter 1Hz rumzappelte. Die SMD-Teile liessen sich nur manuell löten-
ganz ganz vorsichtig....
Mal ganz ehrlich: 24Bit auf einer Leiterkarte mit noch anderen digitalen
BE sind ohnehin nicht zu erreichen, da die Störungen über Vcc und Masse
mehr Gewicht haben, als das Eigenrauschen des ADC.
Hi,
pi*daumen
n = samplerate (genutzt) / samplerate (notwendig)
noise = noise / n
Das Rauschen wird sozusagen um den Fakter der oversampling reduziert.
Grüße
Kai
Bei der Mittelung von n verrauschten Werten wird die Rauschleistung um
den Faktor n, die Rauschspannung um den Faktor sqrt(n) reduziert.
Oder stochastisch ausgedrückt: Die Varianz wird um den Faktor n
reduziert, die Standardabweichung um den Faktor sqrt(n).
Um auch in den letzten 4 Bits sinnvolle Ergebnisse zu erhalten, muss die
Rauschspannung (bzw. die Standardabweichung) mindestens um den Faktor 16
reduziert werden. Dazu müssen mindestens 16² = 256 Werte gemittelt
werden.
Das Mitteln meherer Werte entspricht ja letztendlich einer Reduzierung
der Bandbreite, also auch weniger Rauschen dann im Endergebnis (um es
mal in Worten, und ohne Formeln auszudrücken ;-).
Vielen Dank.
Vorwiegend die letzten 3 Beiträge decken sich in ihrer Aussage und falls
niemand diesen Aussagen widersprechen sollte, dann betrachte ich meine
Frage zunächst als beantwortet.
Wie man daraus entnehmen kann, sind die 24 Bit aus mathematisch
statistischer Sicht durchaus sinnvoll.
Vielleicht hat noch jemand aus Erfahrung konkrete Hinweise (oder sogar
ein Leiterkartenbild), wie man das Rauschen schaltungstechnisch
minimieren kann.
MfG
Wolfgang
Weisses Rauschen des ADC kann man nicht extern schaltungstechnisch
beheben, sondern nur durch Mittelung- wird ja auch von keinem hier
bestritten.
Aber dem 1/f-Rauschen ist auch nicht durch Mittelung beizukommen.
Hallo Wolfgang,
> Vielleicht hat noch jemand aus Erfahrung konkrete Hinweise> (oder sogar ein Leiterkartenbild), wie man das Rauschen> schaltungstechnisch minimieren kann.
Ich habe mal den LT2402 eingesetzt. Auf 30x60mm sind 4 Wandler, einzeln
galvanisch getrennt, Diskrete DCDC-Wandler, Isolation der Datenleitungen
und ein FPGA zur Datenerfassung (und PWM-Erzeugung für die DCDC-Wandler)
drauf. Mit dem Ergebnis (19 stabile Bits) war ich, gemessen an den
Randbedingungen, recht zufrieden.
Zu empfehlen wäre:
- mindestens 4 Layer, Split-Ground (AGND, DGND) unter dem LT
- sehr gute Spannungsreferenz (außer du machst ratiomtrische Wandlung)
- Masse-Guard-Ring um die Eingänge
- Spannungsversorgung separat führen und per LC filtern
- mechanische Belastung vermeiden - Keramik-Cs erzeugen wunderschöne
Spannungen... Die Frequenz ist aber nicht mehr stastisch verteilt.
- Temperaturschwankungen vermeiden (Thermospannungen von weningen µV
machen sich bei 5V Messbereich bereits in mehreren LSB bemerkbar)
- wenn im Frontend Dioden im MELF-Gehäuse drin sind, nicht bei
Neonröhrenlicht messen. Die 100Hz erzeugen im PN-Übergang ebenfalls
Störspannungen. Dioden also mit Plastik-Gehäuse verwenden oder die
Glasgehäuse abschatten.
- Eingangsschutz mit Z-Dioden ist nicht drin. Die Rauschen zu stark.
ansonsten: viel Erfolg und besorge dir schon mal ein Multimeter mit 6
1/2 Stellen....
tschuessle
Bernhard
Der LTC2400 ist hoffnungslos überaltert. Es gibt sehr viel bessere
Wandler.
Als Fehlerquelle nur das Rauschen zu betrachten, macht keinen Sinn, da
es noch sehr viel weitere Faktoren gibt (Offset Error/Drift, Integral
Nonlinearity etc....)
Wenn man alle diese Fehler aufaddiert, so sind weniger als 16 Bit
effektive Genauigkeit möglich.
Mal ne andere Frage: Wozu soll das gut sein? Wo benötige ich einen
Dynamikbereich von 1 : 16 Millionen, den ich nicht besser und mit
weniger sekundären Problemen durch umschaltbare Vorverstärkung erreichen
kann?
Ich frage mich, wie man dann z.B. die 32 Bit AD-Wandler von TI einsetzen
will .. da muss das Rauschen ja schon den halben Chip unbrauchbar machen
:D
Aber mal ne generelle Frage: aktuelle Chips sollten doch bei nicht ganz
so kritischem Layout schon nutzbare 18-20 Bit liefern oder?
@Martin
>Der LTC2400 ist hoffnungslos überaltert. Es gibt sehr viel bessere>Wandler.
Der LTC2400 fliegt bei mir schon mehrere Jahre rum und ich wollte das
Projekt mal wieder beleben.
Welche AD- Wandler sind denn heute zu empfehlen?
>Als Fehlerquelle nur das Rauschen zu betrachten, macht keinen Sinn, da>es noch sehr viel weitere Faktoren gibt (Offset Error/Drift, Integral>Nonlinearity etc....)
Richtig, deshalb meine Eingangsfrage, ob man evtl. die letzten 4 Bit
gleich unter den Tisch fallen lassen sollte oder ob die max. Auflösung
doch unter bestimmten Voraussetzungen nutzbar ist.
@B_Spitzer
Ja, genau so hatte ich mir die Antwort gewünscht. Danke
Einiges habe ich schon so oder ähnlich gemacht und werde nach einem
Kurzurlaub einige Hinweise mal testen.
Als erstes wird mal der X7R-G0805 am Eingang rausfliegen, den ich schon
in Verdacht hatte.
Wie verhalten sich Elkos und Styroflexkondensatoren bzw. welcher Typ ist
zu empfehlen?
@Sven
>Wozu soll das gut sein?
Da gibt es schon einige sinnvolle Anwendungen aber wahrscheinlich nicht
gleich für den Bastler.
2 Beispiele aus der Chemie: Wägetechnik oder Thermoanalyse. Bei der
Thermoanalyse will man kleinste Änderungen der Temperatur beim Erwärmen
eines Stoffes im Vergleich zu einem indifferenten Material erkennen.
MfG
Wolfgang
naja, ihr dürft Euch nicht von der Vorstellung verrückt machen lassen,
daß das Rauschen jede Messung zunichte machen würde. Stichwort ist hier
ganz einfach Bandbreitenreduktion im/nach dem ADC - egal, wie (z.B. eben
die Wertemittelung). Hier gehts also um niedrige Frequenzen bzw.
Bandbreiten, wo eben das Rauschen je nach Bandbreite im Endeffekt sehr
niedrig ausfallen kann.
Wo man das brauchen kann, ist natürlich eine andere Frage - nutzbar ist
die Bittiefe jedenfalls von der Machbarkeit her gesehen.
Wägetechnik: Falls Du an DMS denkst, Analysewaagen arbeiten nach wie vor
mit magnetischer Kompensation, weil DMS viel zu temperaturempfindlich
sind.
Thermoanalyse: Wenn es eine differenzielle Messung ist, muss ich nicht
24 Bit auflösen, ich brauche nur einen cleveren Aufbau, der mir ein
Differenzsignal ausgibt.
Jaja, es wird gerade im Labor schon Anwendungen geben, umsonst bauen TI
und Co nicht solche Wandler. Aber der unbedarfte Physikstudent, der
glaubt, er kann jetzt mit einem 24-bit-Wandler alles erschlagen, weil
der ist ja so gut, wird wohl damit auf die Nase fallen.
24 bit bei 5V Messbereich sind => 0.3 µV
Mikrovolt! MIKROVOLT!!! Hat jemand eine Vorstellung, was das bedeuted?
Eine Referenz von 5V mit 10ppm / K Temperaturgang hat 50 µV pro K. Man
müßte also die Temperatur der Referenz auf 0.006 K konstant halten. ???
Ein Kupfer-Zinn-Übergang hat 3.3µV / K Thermospannung. Man müßte die
Schaltung konstant auf 0.1 K gleichmäßig warm halten. ???
Und unterschiedlicher Alterung von Widerständen in Spannungsteilern,
Temperaturgang der Widerstände... und weitere Dreckeffekte kommen noch
dazu.
Sven,
du hast sicher recht mit deiner Aufstellung.
Aber nimm mal ein Beispiel aus der Praxis (zufälligerweise meine
Anwendung):
Es soll eine Verwiegung gemacht werden bis 15.000 kg mit einer Auflösung
von 0,5 kg. Da es sich um Differenzverwiegung handelt, geht es NICHT um
die Genauigkeit, sondern "nur" um die Auflösung.
Geforderte Auflösung ist also 15Bit, da die letzte Stelle ohnehin
schlabbert, sind wir bei 16Bit. Das kann mir aber kein 16Bit-ADC
garantieren, also nehm ich 20 oder 24Bit.
Das thermische Rauschen krieg ich mit Mittelung gut in den Griff, nicht
aber das 1/f-Rauschen- und davon hatte der erste gewählte ADC von AD
reichlich. Damals gab's noch nicht viel besseres, also half nur ein
vorgeschalteter Chopper, damit der ADC ein Signal bekam ausserhalb
seines Eigenrauschen.
Vermutlich sind moderne ADCs deutlich besser, das werd ich in Kürze
wissen, da eine Neukonstruktion der Anlage fällig wird. Dabei ist dann
allerdings die geforderte Auflösung 0,1 kg.
> Auflösung != Genauigkeit
Das hatt ich ja auch ausdrücklich betont in meinem Beispiel. Eine
Genauigkeit von 24Bit ist sicher mit normalen Mitteln nicht erreichbar.
> Und vergiss den Temperatursensor am DMS nicht, so es denn ein DMS ist
(was ich mal vermute).
Auch der ist im Beispiel nicht notwendig- es sei denn die Temperatur
ändert sich schlagartig um mehrere Grad....
