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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik ADC Ansteuerung / App-Notes


Autor: Christian H. (cavorca)
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Hallo,

Mal ne Frage zu der Ansteuerung von ADCs: Nehmen wir zum Beispiel den 
ads5237 von TI. Im Datasheet befindet sich ein Beispiel, wie man den mit 
einem Differentiellen OPAMP ansteuern kann. Es gibt auch ein EVM mit 
Schaltplan: http://www.ti.com/litv/pdf/sbau111b
Darin wird der ADC mit 3,3V versorgt, der differentielle OPAMP mit +-5V 
Versorgt. Und das finde ich irritierend. Ich meine, bei dieser 
Spannungsversorgung kann der OPAMP an den Ausgängen tiefere Spannungen 
als 0V erzeugen, was den ADC u.U. zerstören würde.
Warum ist der OPAMP also mit negativer Spannung versorgt? Ich meine die 
Designer werden sich sicher etwas dabei gedacht haben. Grade bei EVMs 
würde ich erwarten, dass die Schaltung ehr Idiotensicher ist und man 
auch mal 10V an den Eingang legen kann ohne das was passiert.
Hier meine Frage:
Gibt es eine Möglichkeit wie ich einen ADC vor Überspannung schützen 
kann? Ich meine jetzt nicht ESD sondern den Fall, dass man einfach eine 
zu große Spannung anlegt.
Klar kann man einen OPAMP davor schalten, der nur mit 3,3V versorgt 
wird, der dann den ADC schützt. Aber dann muss ich ja irgendwie den 
OPAMP schützen.
Ich kenne die Möglichkeit die Spannung mit Dioden abzuschneiden. 
Allerdings weiß ich aber nicht wie gut die Linearität dabei noch ist. 
Davon abgesehen steht in den meisten Datenblättern bei Maximum Ratings, 
dass am Eingang "nur"  +-VDD anliegen dürfen. Also ohne für 
Didoenschaltung benötigte 0,3V außerhalb der Versorgungsspannung.
Als andere Möglichkeit kenne ich den OPA353. Bei dem steht in den 
Absolute Maximum Ratings: "Input signals that can swing more than 0.3V 
beyond the supply rails should be current-limited to 10mA or less."
Nur ist der mit 22V/µs ein wenig langsam. Ich vermute mal, dass man 
andere Operationsverstärker ähnlich leicht schützen kann, nur konnte ich 
das bisher in keinem Datenblatt finden.
In den Appnotes von TI konnte ich bisher auch nichts in der Richtung 
finden. Suche ich vielleicht nach dem Falschen? Ich meine, das ist doch 
kein unwichtiges Thema.

Viele Grüße
Christian

Autor: Christian H. (cavorca)
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Nachtrag:

Es gibt ja auch Clamping-Amplifier. Z.B. AD8036 von Analog Devices. Mit 
dem kann man die Ausgangsspannung auf einen bestimmten Bereich 
begrenzen. Da bei dem allerdings in den Absolute Maximum Ratings die 
Differential-Input-Voltage 1,2V ist, ist auch mit so einem OPAMP das 
Problem nicht gelöst. Ich meine, dann kann die Spannung am Eingang in 
den meisten Fällen nicht mal +-VS sein.
Hier gibt es doch sicher Leute die auch schon mal was mit einem ADC 
gebaut haben. Wie habt ihr das Problem gelöst? Oder einfach ignoriert?

Viele Grüße
C

Autor: Michael (Gast)
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Ich hab bisher nur einmal mit nem ADC gearbeitet und hab bzgl. des 
Problems Überspannung einen Spannungsfolger davor gepackt damit mir der 
ADC nicht abgeschossen wird. So ein OPV ist doch wesentlich preiswerter 
als ein ADC ;)

Autor: Christian H. (cavorca)
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Hi,

Ja, OPV kommt auf jeden Fall vor den ADC, aber ich will den jetzt auch 
nicht alle paar Wochen auswechseln müssen...

Autor: SlashN /n (Gast)
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Ja, das Thema ist wichtig. Dabe sollte man gena im auge behalten, 
welchen Mess- und welchen zulaessigen Eingangsspannungsbereich der ADC 
hat, welchen Eingangs- und Ausgangsspannungsbereich der OpAmp hat. 
Railrail OpAmp haben nicht nur Vorteile.

Autor: Michael (Gast)
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Mal so ins Blaue überlegt:

Wenn man keinen Spannungsfolger davor packt sondern einen invertierenden 
Verstärker mit der Verstärkung 1 gefolgt von einem gleichartigen 
Verstärker dahinter könnte man ja Spannungen anlegen bis der Widerstand 
abraucht, der OPV (bzw. die OPVs) wären dann gegen Überspannung 
geschützt. So hab ich das mal bei einem 0815-Messverstärker gemacht um 
die nachfolgende Messeinrichtung gegen Überspannung zu schützen (die 
konnte nur 10 V). Je nachdem welche Genauigkeit gefordert ist, ist der 
Abgleich der OPVs natürlich eine mehr oder weniger große 
Herausforderung.

Autor: Christian H. (cavorca)
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SlashN /n wrote:
> Ja, das Thema ist wichtig. Dabe sollte man gena im auge behalten,
> welchen Mess- und welchen zulaessigen Eingangsspannungsbereich der ADC
> hat, welchen Eingangs- und Ausgangsspannungsbereich der OpAmp hat.
> Railrail OpAmp haben nicht nur Vorteile.

Wenn der OPAMP vor dem ADC mit +- Spannung versorgt wird ist es ja egal 
ob der Rail-Rail ist oder nicht. Negative Spannungen kann der dann ja 
auf jeden Fall erzeugen.

Michael wrote:
> Mal so ins Blaue überlegt:
>
> Wenn man keinen Spannungsfolger davor packt sondern einen invertierenden
> Verstärker mit der Verstärkung 1 gefolgt von einem gleichartigen
> Verstärker dahinter könnte man ja Spannungen anlegen bis der Widerstand
> abraucht, der OPV (bzw. die OPVs) wären dann gegen Überspannung
> geschützt. So hab ich das mal bei einem 0815-Messverstärker gemacht um
> die nachfolgende Messeinrichtung gegen Überspannung zu schützen (die
> konnte nur 10 V). Je nachdem welche Genauigkeit gefordert ist, ist der
> Abgleich der OPVs natürlich eine mehr oder weniger große
> Herausforderung.

Kannst du vielleicht einen Schaltplan dazu malen? Mir wird nicht klar, 
welcher Widerstand abrauchen soll (ich nehme mal an der erste in der 
Kette) und vor allem, warum nur der und nicht der OPAMP. Vielleicht habe 
ich deine Schaltung nicht richtig verstanden?

Autor: Christian H. (cavorca)
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Momentan tendiere ich dazu einfach nur Dioden zu nehmen. Aber das ist 
auch nicht so trivial.

Wenn ich das Signal das auf den ADC geht begrenzen möchte bräuchte ich 
ja eine Diode mit Max. 0,3V Spannungsabfall, also Schottky-Dioden. Aber 
bisher konnte ich kein Modell finden, dass auch 10V Sperrspannung 
verträgt.

Ich würde ja vermuten, dass es bei der meisten Elektronik ist wie beim 
OPA353, also dass es ausreicht den Strom zu begrenzen, falls die Signale 
doch außerhalb von Versorungsspannung +0,3V liegen, da dazu aber nichts 
in den Datasheets steht würde ich gerne von euch mal wissen wie ihr das 
seht.

Ob es jetzt geht oder nicht, da man sich durch die kapazität der Dioden 
und durch die Widerstände einen Tiefpass baut bin ich nicht ganz 
glücklich mit der Lösung.

Irgendwie muss das doch auch in teuren 5GHz Oszilloskopen gelöst sein. 
Die sind ja auch, in Grenzen, gesichert gegen gewisse Überspannungen. 
Oder etwa nicht?

Autor: Xenu (Gast)
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Ich verstehe Dein Problem nicht ganz. Wenn Du Deinen ADC nicht 
beschädigen willst, dann lege halt einfach keine Spannungen an, die ihn 
beschädigen können.

Eine Spannung entsteht ja nicht zufällig aus dem Nichts. Du hast 
irgendwelche Sensoren + Verstärker, und die schließt Du an Deinen ADC 
an. Und den Verstärker musst Du halt so designen, daß er passende 
Spannungen für den ADC liefert. Oder willst Du damit Spannungen messen, 
bei denen Du vorher nicht weißt, wie groß sie sind?

Wenn ich an meine AVR-Controller mehr als 0,5V über Vcc an einen Pin 
anlege, ist der auch im Arsch (zumindest ist das laut Datenblatt die 
maximale zulässige Spannung), deswegen baue ich aber nicht an jedem 
IO-Pin eine Schutzschaltung hin. Wieso auch? Ich weiß doch welche 
Spannung aus meinen externen ICs und Modulen rauskommt, und wenn die zu 
hoch ist, muss ich sie eben passend machen (Spannungsteiler, 
Level-Shifter-IC, ...).

Und zu Deiner Oszilloskop-Frage: Meins arbeitet bis 300 Volt, und wenn 
man drüberkommt, hat man Pech gehabt. Das schaltet sich nicht 
automatisch ab, wenn es eine zu hohe Spannung detektiert. Du darfst 
nicht vergessen, daß Schutzbeschaltungen immer die Eingangimpedanz 
ändern und Du damit das zu messende Signal zusätzlich verfälschst.

Autor: Christian H. (cavorca)
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Xenu wrote:
>  Oder willst Du damit Spannungen messen,
> bei denen Du vorher nicht weißt, wie groß sie sind?
Genau. Es soll eine möglichst allgemeine Messschaltung werden.
Dashalb finde ich auch dass man es nicht wirklich mit den AVR-Pins 
vergleichen kann. Da weiß man ja was einen erwartet, wenn man ein 
Digitales Signal anlegt.

> Und zu Deiner Oszilloskop-Frage: Meins arbeitet bis 300 Volt, und wenn
> man drüberkommt, hat man Pech gehabt. Das schaltet sich nicht
> automatisch ab, wenn es eine zu hohe Spannung detektiert. Du darfst
> nicht vergessen, daß Schutzbeschaltungen immer die Eingangimpedanz
> ändern und Du damit das zu messende Signal zusätzlich verfälschst.
Wenn man eine Empfindlichkeit von 1mV/Div eingestellt hat und 300V 
anlegen kann ohne das was kaputt geht würde ich das schon eine ziemlich 
gute Schutzschaltug nennen. Bis 30V würde mir ja schon absolut reichen.

Autor: Arc Net (arc)
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Üblich ist meist eine Kombination aus Widerstand und Diode (TVS 
(Transil, TransZorb, Schottky) z.B. BAT54.
Spezialisiertere Teile wären u.a. ADG465/467, MAX366/367, MAX4505/6/7
http://www.analog.com/static/imported-files/tech_a...

Autor: Christian H. (cavorca)
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Danke!
Genau sowas habe ich gesucht! Da habe ich jetzt ja erst mal was zum 
lesen. Jetzt, da ich weiß wo ich suchen muss finde ich vielleicht auch 
einen fertigen Chip mit ausreichend Bandbreite und ausreichend kleiner 
minimaler Versorgungsspannung.

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