Hallo zusammen,
Hat jemand Erfahrungen mit der Charge-Injection des LTC1043?
Ich habe die 2:1 Spannungsteiler-Schaltung aus dem Datenblatt Seite 8
Figure A01 (mit nachgeschaltetem Buffer LT1050 und WIMA MKS02)
aufgebaut.
http://cds.linear.com/docs/Datasheet/1043fa.pdf
Wenn ich jetzt am 24-Bit A/D-Wandlereingang die heruntergeteilte
Referenzspannung (5V / 2) des ADCs (ratiometrisch) anlege erhalte ich
statt der erwarteten 2.500000V lediglich 2.499975V obwohl ich den
INL-Fehler des ADCs bereits herauskalibriert habe. Nach Abzug des
Offsets vom LT1050 habe ich immer noch 15-20uV zu wenig Spannung am ADC.
Die Schaltung ist mit 1ppm Genauigkeit (5uV ?) angegeben so daß ich mich
frage ob da nicht ein paar Pins "vertauscht" sind, die die Charge
Injection in die falsche Richtung lenken.
Hat das jemand schon mal untersucht?
Jim Williams kann ich leider nicht mehr fragen.
Gruß Anja
Ich habe das ganze jetzt mal nur Simuliert aber LTspice bestätigt deine
Werte. Am Ausgang des LTC1050 kommen 2,4999809 V raus. Am Eingang liegen
2,4999821V an. Hätte eigentlich eher auf den Input Bias Current getippt,
der ja auch Ladungen in den Kondensator schiebt bzw. aus ihn holt.
Aber selbst ohne OPV erreicht der LTC1043 in der Simulation nur eine
Ausgangsspannung von 2,4999768V. Komisch, wenn nicht einmal die
Simulation mit idealen Bauteilen die Werte aus dem Datenblatt bestätigen
kann.
Real habe ich noch nichts mit dem LTC1043 gemacht. Habe ihn aber hier,
da ich irgendwann in näherer Zukunft mal einen Dual Slope Wandler bauen
will und und ebenfalls mit dem Präzisionsteiler als ratiometrische
Messung die Wiederholgenauigkeit prüfen wollte.
Vielleicht hilft's ja ein bisschen weiter.
LG Christian
P.S.: Da ich's gerade noch im Datenblatt sehe. Die Charge Injection ist
ja stark Betriebs- und Eingangsspannung abhängig. Bei einer
Versorgungsspannung von 10V sollte sie bei einer Eingangsspannung von 5V
gegen null gehen.
Ändert sich die Abweichung bei dir denn mit Änderung der
Betriebsspannung?
LG Christian
Helmut S. schrieb:> Hast du die Abschirmfläche unter dem 1uF C (11-12) beachtet?
Guter Hinweis: Ich habe zwar die Guard-Rings um die Pins nicht jedoch
eine Fläche unter dem (liegenden als SMD bestückten) Kondensator. Und
MKS-02 hat als induktivitätsarmer (geschopter) Kondensator natürlich
auch keine ausgewiesene außenliegende Wicklung.
Schade Platz wäre auf der Leiterplatte an der Stelle noch gewesen. Da
werde ich wohl mit Kupferfolie nacharbeiten müssen.
Hast Du denn Meßwerte was das bringt?
Christian L. schrieb:> Ändert sich die Abweichung bei dir denn mit Änderung der> Betriebsspannung?
Ist nicht so einfach zu messen da sich auch der Offset des OPs wegen
mangelnder CMMR mit der (nicht symmetrischen) Versorgungsspannung ändert
habe ich das ganze Fix auf +9,35V/-1.25V stabilisiert. Aber den Test
wollte ich auch noch mal machen.
Gruß Anja
Christian L. schrieb:> Komisch, wenn nicht einmal die> Simulation mit idealen Bauteilen die Werte aus dem Datenblatt bestätigen> kann.
Tja mit was rechnet LTSpice denn: single oder double float?
Ich gehe mal davon aus daß man bei den Matrizenrechnungen ganz schnell
in numerische Ungenauigkeiten hineinläuft. Also unter 0.01% wird die
Simulation vermutlich nicht mehr stimmen.
Christian L. schrieb:> Habe ihn aber hier,> da ich irgendwann in näherer Zukunft mal einen Dual Slope Wandler bauen> will und und ebenfalls mit dem Präzisionsteiler als ratiometrische> Messung die Wiederholgenauigkeit prüfen wollte.
Dafür ist der LTC1043 prima geeignet. Das Spannungsteilerverhältnis
ändert sich über Temperatur 10-40 Grad weniger als 1ppm.
(Versorgungsspannung stabilisiert).
Gruß Anja
Im Anhang ist die Simulation die zeigt, dass eine Streukapazität am Pin
12 des LTC1043 nach Masse schädlich ist. Das ist die Stelle an der sie
einen Shield, der an Pin 10 angeschlossen wird, unter den Kondensator
und den Pin darunterlegen.
Mit
Plot Settings -> Reload Plot Settings
kann man nach jeder Simulation die Ploteinstellung zurückholen.
Könnte dielektrische Absorption der Caps nicht auch eine Rolle spielen?
Dann probiere doch mal MKP4-Caps aus.
Jim Williams hätte dir sicher geraten mit individuellen Abschirmungen zu
epxerimentieren. Helmuts Simulation zeigt, welchen Einfluß bereits nur
eine einzige angenommene Streukapazität hat. Da gibt es aber noch mehr
und vergiß nicht, daß da noch ein Oszillator im Chip sitzt!
Eine gute Möglichkeit den Einfluß von Streukapazitäten herauszufinden,
ist, den berühmten "Brummfinger" einzusetzen. Berühre Teile der
Schaltung (Kondensatorgehäuse, etc.) und schaue ob das
AD-Wandlungsergebnis abhaut. Wenn du kritische Bereiche entdeckt hast,
versuche sie konsequent zu schirmen.
Auch würde ich mal mit unterschiedlichen Taktfrequenzen experimentieren.
Verwende doch mal ein gut abgeschirmtes, externes Oszillatorsignal mit
schlappen Flanken, bei dem du langsam die Frequenz herunterdrehst. Ich
würde keinesfalls den internen Oszillator verwenden.
Wie sieht denn das Signal am anderen Kanal aus? Eventuell gegenläufiges
Verhalten???
Ina schrieb:> Könnte dielektrische Absorption der Caps nicht auch eine Rolle spielen?> Dann probiere doch mal MKP4-Caps aus.
Sollte sich nur auf die Einschwingzeit auswirken. Nach 3 oder 4 Minuten
sollte dies keine Rolle mehr spielen.
Die Schaltung sitzt in einem 25 zu 9 pol DSUB Adaptergehäuse. Ich habe
keine Ahnung wie man da 2*MKP4 mit 1uF hineinbringt.
mineo y. schrieb:> Muss man vielleicht auch den Wert vom Ron im Verhältnis zum Riso des> Kondensators berücksichtigen?
Klar kann man. Ich komme aber bei Raumtemperatur auf 0.3ppm Fehler.
(>3000s typ Entladezeitkonstante zu ca 1ms Periodendauer).
Ina schrieb:> Berühre Teile der Schaltung (Kondensatorgehäuse, etc.)
Ist das dann Thermischer Einfluß, Fettfinger oder Streukapazität?
Helmut S. schrieb:> Im Anhang ist die Simulation die zeigt, dass eine Streukapazität am Pin> 12 des LTC1043 nach Masse schädlich ist.
Das überzeugt mich.
Gruß Anja
>Ist das dann Thermischer Einfluß, Fettfinger...
Was hast denn du für Finger??
>...oder Streukapazität?
Jaaa. Der menschliche Körper ist mittelohmig und in der Lage, wie eine
Äquipotentialfläche den Abstand zwischen Schaltungsteilen zu
"verkürzen". Damit erhöht er die Streukapazität zwischen
Schaltungsteilen und von Schaltungsteilen zur Erde. Außerdem fängt er
elektrische Felder aus der Umgebung auf und kann sie an andere
Schaltungsteile weiterleiten (-> der berühmte "Brummfinger").
In deinem Fall kannst du verschiedene Schaltungsteile mit dem Finger
berühren und beobachten, wie sich das AD-Wandlungsergebnis ändert. Mit
etwas Übung lassen sich so schnell Schaltungsteile aufspüren, die von
einer elektrischen Abschirmung profitieren würden.
Helmut S. schrieb:> Im Anhang ist die Simulation die zeigt, dass eine Streukapazität am Pin> 12 des LTC1043 nach Masse schädlich ist.
Mhm die Praxis sieht wohl anders aus:
Ohne Folie habe ich so 2uV Änderung in 2 Minuten und in 2 Minuten wieder
zurück -> vermutlich thermisch
Mit Folie auf den 1. Blick keine Änderung der Ausgangsspannung. (Genaue
Messungen sind erst nach vollständiger Trocknung möglich).
Allerdings: wehe ich berühre die Folie. Dann driftet der Wert sofort.
Also brauche ich jetzt noch einen Masseschirm um die Guard-Folie.
Um jetzt noch mal auf die ursprüngliche Frage zurückzukommen.
Hat jemand mal Messungen zur charge injection gemacht bzw. die Pins
getauscht und mit welchem Ergebnis.
Gruß Anja
Hallo,
Also: auch auf den 2. Blick keine Änderung der Ausgangsspannung.
Die Änderung von 2499.9685 auf 2499.9681 mV (ohne Offsetkorrektur
-24.2uV) liegt unterhalb der Reproduzierbarkeitsgrenze. (und geht zudem
in die falsche Richtung).
Im Datenbuch steht zu allem Überfluß auch noch daß zwischen Guard und
Masse ebenfalls auf geringe Streukapazität geachtet werden soll da dies
indirekt ebenfalls das CMMR beeinflußt. Ich werde wohl beim nächsten
Layout die Kondensatoren weiter auseinandersetzen müssen. Da der
Ausgangskondensator Massebezug hat.
Gruß Anja
Anja schrieb:> Im Datenbuch steht zu allem Überfluß auch noch daß zwischen Guard und> Masse ebenfalls auf geringe Streukapazität geachtet werden soll da dies> indirekt ebenfalls das CMMR beeinflußt. Ich werde wohl beim nächsten> Layout die Kondensatoren weiter auseinandersetzen müssen. Da der> Ausgangskondensator Massebezug hat.
Taktfrequenz reduziert/verändert?
"Excessive external parasitic capacitance between the C–
pins and ground indirectly degrades CMRR; this becomes
visible especially when the LTC1043 is used with clock
frequencies above 2kHz. Because of this, if a shield is
used, the parasitic capacitance between the shield and
circuit ground should be minimized."
> Gruß Anja
Oktav Oschi schrieb:> Anja, hast du schon bei Linear Technology nachgefragt ? Die sind bei> technischen Fragen sehr hilfsbereit.
Guter Hinweis.
Arc Net schrieb:> Taktfrequenz reduziert/verändert?> especially when the LTC1043 is used with clock> frequencies above 2kHz.
Ich habe am Frequenzeingang den Standard 10nF Kondensator für "beste
Gleichtaktunterdrückung" drin. Die Frequenz liegt also irgendwo zwischen
400 und 1000 Hz.
Gruß Anja
Hallo Anja
bitte lese noch mal das Datenblatt durch.
Bei Charge Injection steht wohl was von Charge degrading bei halbem
Versorgungsspannungsbereich.
Viele Gruesse
Wolfgang
>bitte lese noch mal das Datenblatt durch.>Bei Charge Injection steht wohl was von Charge degrading bei halbem>Versorgungsspannungsbereich.
Anja dringt mit ihrer Anwendung in Bereiche vor, in denen wohl nur ganz
wenige vor ihr waren und in denen sie bis an die Grenzen der Physik
stößt. Wenn Anja wirklich das Optimum herausholen will, dann muß sie an
allen möglichen Parametern drehen und alle möglichen Layouts und
Abschirmvarianten durchspielen.
Die Charge Injection zu kompensieren, indem man auf dem Chip eine
weitere Schaltung aufbaut, in der die gleiche Charge Injection nochmals
auftritt, aber sich mit negativem Vorzeichen zum Gesamtergebnis addiert,
ist ein alter Hut. Diese Technik heißt "Charge Injection Cancellation"
und wird beispielsweise bei hochwertigen Analogschaltern eingesetzt,
oder Schaltungen die solche auf ihrem Chip haben. Der legendäre MX7-Chip
am CERN, ein ladungsempfindlicher Vorverstärker zur
Front-End-Verarbeitung von Signalen von Elementarteilchen-Detektoren war
beispielsweise auf niedrigste Charge Injection hin optimiert. Dies
gelingt aber immer nur in einem ganz kleinen Arbeitspunktbereich
optimal. Genau diesen muß Anja jetzt durch "Trial and Error" finden.
Es gibt aber noch ganz andere Mechansimen, die zu Anjas Abweichungen
führen könnten. Beispielsweise die Demodulation von unerkannten
HF-Signalen oder solchen Dingen wie ordinärem 50/100Hz Brumm. Auch
Herstellungstoleranzen oder Temperaturgradienten können Einfluß nehmen.
Es ist schön, daß Anja mit ihren hochinteressanten Beiträgen dieses
Forum immer wieder bereichert. Sie hebt sich damit wohltuend von den
vielen Threads ab, in denen faule Deppen nur ihre Kritikunfähigkeit und
Beratungsresistenz zur Schau stellen und dann am Ende auch noch pampig
werden.
Anja schrieb:> Ich habe am Frequenzeingang den Standard 10nF Kondensator für "beste> Gleichtaktunterdrückung" drin. Die Frequenz liegt also irgendwo zwischen> 400 und 1000 Hz.
Mit dieser niedrigen Frequenz wir zwar vielleicht die Gleichtaktunter-
drückung besser, dafür machen sich die Leckströme der Kondensatoren
bemerkbar. Da kommen schon ein paar µV zusammen. Wenn man dann noch die
Kriechströme auf der Platine, den Offset des Opamps, die Rons usw.
hinzurechnet, landet man schnell bei den fraglichen 15µV.
Ich sehe das ähnlich wie Ina: Es gibt viele kleine Ursachen für das
Problem, die alle gleichermaßen behandelt werden müssen.
Was mich am Rande noch interessieren würde:
Anja schrieb:> obwohl ich den INL-Fehler des ADCs bereits herauskalibriert habe.
Wie hast du die Kalibration gemacht, und welche obere Fehlergrenze
kannst du mit dieser Kalibration garantieren?
Yalu X. schrieb:> Anja schrieb:>> obwohl ich den INL-Fehler des ADCs bereits herauskalibriert habe.>> Wie hast du die Kalibration gemacht, und welche obere Fehlergrenze> kannst du mit dieser Kalibration garantieren?
Kann zwar die Frage nicht direkt beantworten, allerdings gibt's zu dem
Problem einige Paper u.a.:
Testing of High Resolution ADCs Using Lower Resolution DACs via
Iterative Transfer Function Estimation, S.Kook et.al, 2009,
doi:10.1109/ETS.2009.25
A deterministic dynamic element matching approach for testing
high-resolution ADCs with low-accuracy excitations, B. Oletta, 2006,
doi:10.1109/TIM.2006.873821
Methodology for testing high-performance data converters using
low-accuracy instruments, Le Jin, 2006
http://archives.ece.iastate.edu/archive/00000222/01/Dissertation_Le_Jin.pdf
SEIR Linearity Testing of Precision A/D Converters in Nonstationary
Environments With Center-Symmetric Interleaving, Le Jin et. al, 2007,
10.1109/TIM.2007.904491 (ist in der Dissertation enthalten)
Histogram measurement of ADC nonlinearities using sine waves, J. Blair,
1994, doi:10.1109/19.293454
Yalu X. schrieb:> Anja schrieb:>> obwohl ich den INL-Fehler des ADCs bereits herauskalibriert habe.>> Wie hast du die Kalibration gemacht, und welche obere Fehlergrenze> kannst du mit dieser Kalibration garantieren?
Siehe AN86 Appendix E:
http://cds.linear.com/docs/Application%20Note/an86f.pdf
Beim LTC2400 kann die INL in erster Näherung als Parabel approximiert
werden.
Den "genauen" Wert bestimme ich mit einem Widerstandsteiler an einer
temperaturstabilen potentialfreien gepufferten Referenz. Jeder
Spannungsteilerabgriff UOut ergibt ein Messwertepaar UOut - 0V und 5V -
UOut. Beide Messwerte eines Paares zusammen aufaddiert sollten (nach
Abzug des Offsets) die ebenfalls gemessenen 5V ergeben. Mit ein bischen
Arithmetik kann man mit den Meßwertepaaren und dem Fehler dann den
Koeffizienten der Fehler-Parabel berechnen.
Die Abweichung in Bereichsmitte liegen dann so typisch zwischen 7 und 9
ppm. (was genau den 8 ppm Korrektur als Default-Wert des Assembler
Programms aus AN86 ergibt). Der Datenblattwert von typ 4 ppm ist dann
wohl nach der "Boxing-Methode" angegeben. (Also Maximalabweichung +/-
zur Ausgleichsgeraden).
Ich reduziere die INL also von ca 8ppm auf vermutlich unter 1 ppm.
Nachmessen ist wegen des Rauschens meiner Meßmittel eher schwierig.
Gruß Anja
Um eine Idee einer Charge Injection zu bekommen :
Der ACF2101, ein geschalteter Integrator geht von 0.1pC aus.
Der DG401, ein CMS Schalter, geht von 60pC aus.
Der MAX4636, ein schneller LV Schalter, geht von 11pC aus.
Andere Fet-Schalter spezifizieren einen Leakage current.
Es scheint also eine Frage der Technologie zu sein.
In AN6 von LT steht, daß Mosfets das Problem der Charge Injection mit
fet gesteuerten kapazitivem Kondensatoren lösen. Keine Ahnung ob das
hilfreich
sein kann.
Anja schrieb:> Den "genauen" Wert bestimme ich mit einem Widerstandsteiler an einer> temperaturstabilen potentialfreien gepufferten Referenz. Jeder> Spannungsteilerabgriff UOut ergibt ein Messwertepaar UOut - 0V und 5V -> UOut. Beide Messwerte eines Paares zusammen aufaddiert sollten (nach> Abzug des Offsets) die ebenfalls gemessenen 5V ergeben. Mit ein bischen> Arithmetik kann man mit den Meßwertepaaren und dem Fehler dann den> Koeffizienten der Fehler-Parabel berechnen.
Das Teilerverhältnis spielt keine Rolle, sofern die Widerstände im
Zeitraum der Messung nicht wegdriften? - genial :O
Luk4s K. schrieb:> Das Teilerverhältnis spielt keine Rolle, sofern die Widerstände im> Zeitraum der Messung nicht wegdriften? - genial :O
Stimmt. Man muß nur überlegen wie das unsere Vorfahren die nur
Brückenschaltungen und Nullspannungsvoltmeter hatten lösen würden.
In der Praxis gibt es natürlich noch kleine Probleme mit
Thermospannungen. Um die Stecker an den Widerständen umzustecken
verwende ich Kunststoffpinzetten um die Einschwingzeiten erträglich zu
machen.
Gruß Anja
Die Höhe der Charge Injection ist ja lt. Bild 4 abhängig von der
Versorgungsspannung. Kann man hierüber vielleicht den Offset
wegkompensieren? Wobei wohl selbst wenn das funktioniert man sich gleich
wieder neue Drifteinflüsse ins Boot holt.
Da ich keine Möglichkeit sehe Anja ohne Registrierung zu kontaktieren
stelle ich mal hier die Frage:
Ich würde gerne den LTC1043 als bestmögliche Schaltungsvariante
verwenden statt in Fehler zu tappen (20µV fehlen) die andere vllt schon
gelöst haben, daher frage ich ob du deine ursprünglichen Probleme mit
dem LTC gelöst hast und wenn ja, wie du das schaltungstechnisch
geschafft hast.
Echo schrieb:> Ich würde gerne den LTC1043 als bestmögliche Schaltungsvariante> verwenden statt in Fehler zu tappen (20µV fehlen) die andere vllt schon> gelöst haben, daher frage ich ob du deine ursprünglichen Probleme mit> dem LTC gelöst hast und wenn ja, wie du das schaltungstechnisch> geschafft hast.
Hallo,
Nachdem einige Versuche nichts gebracht haben habe ich mich nicht weiter
mit dem Thema beschäftigt.
Ich habe also nach wie vor eine Abweichung.
Da ich sowieso Offset, Endwert (Gain) und INL abgleiche spielt das in
der Praxis keine Rolle.
Das einzige was mich stört ist daß ich den Effekt nicht berechnen kann.
Ich habe typisch 0.1-0.2 ppm Unterschied in der INL ohne und mit dem 2:1
Teiler. -> ich kalibriere einfach den Mittelwert. Der Hauptanteil liegt
also im Gain-Fehler (Summe LTC1043 und ADC) der als Faktor eingeht.
Die einzige Veränderung gegenüber damals ist ein 1nF Filterkondensator
den ich direkt zwischen LTC1043 Eingang und Masse schalte. Ansonsten
fange ich mir über die langen Leitungen zu den Referenzen EMV-Störungen
ein die sich dann als variabler Offset auswirken.
Bei kurzen Leitungen oder Pufferverstärker vor dem LTC1043 ist das
natürlich nicht nötig. Bei hochohmigen Quellen wird ein Pufferverstärker
sowieso benötigt.
Gruß Anja
