Moin! Ich habe hier eine Meßbrücke, deren Ausgang verstärkt werden will (Drucksensor). Brückenspannung ist 5V, Ausgangsspannung von beiden Zweigen im "Ruhezustand" ca. 2,5V. Die maximale Differenzspannung wird etwa +/- 100mV. Das ganze soll jetzt verstärkt werden für einen A/D-Wandler. Problem: Ich habe definitiv nur eine unsymmetrische, aber sehr saubere Versorgungsspannung von 5V. Das ist auch gleichzeitig die Referenz und der Eingangsbereich vom A/D-Wandler. Mit anderen Worten: -100mV bis +100mV Differenzspannung abbilden auf 0..5V bei Gleichtaktspannung von 2,5V auf beiden Eingängen und Versorgungsspannung 5V. Dabei kommt es sehr auf geringe Drift und vor allem geringe Temperaturabhängigkeit an. Die Schaltung muß richtig gut werden. Hat da jemand einen heißen Kandidaten? Bei AD und TI habe ich mich schon durchgeklickt und nichts passendes gefunden außer dem AD623. Aber der kommt mit der Gleichtaktspannung nicht zurecht und ist auch nicht wirklich "rail-to-rail". Grüße der Gerhard.
AMP04 von Analog Devices ist recht ordentlich, wenn der Drucksensor was ganz Edles ist. Ansonsten reichen wohl auch einfache OPs + Widerstände.
Die Halbleiterindustrie produziert vornehmlich Dreck, ausser vielleicht einem Baustein, wo bei auch der nur halb taugt, interessant... Das Problem ist doch eher trivial. Mit Bandbreite gegen Null.
Du suchst etwas, was Du garnicht brauchst. Der Drucksensor ist so "ungenau" und driftet "deutlich" mit der Temperatur, daß ein einfacher OPV zur Verstärkung völlig ausreichend ist. RR-Ausgang ist ebenfalls eine fragliche Forderung. Man braucht immer Reserven für Übersteuerung, sodaß nur 2/3 des ADC-Bereiches für den vollen Meßbereich des Sensors sinnvoll sind. Prüfe doch auch, ob Dein ADC nicht schon mit +/-100mV klarkommt oder verwende einen entsprechenden (z.B. mit 12Bit).
Hallo Gerhard, > Ich habe hier eine Meßbrücke, deren Ausgang verstärkt werden will > (Drucksensor). Brückenspannung ist 5V, Ausgangsspannung von beiden > Zweigen im "Ruhezustand" ca. 2,5V. Die maximale Differenzspannung wird > etwa +/- 100mV. Das ganze soll jetzt verstärkt werden für einen > A/D-Wandler. +/-100 mV ist schon recht ordentlich. Das braucht man fast nicht mehr zu verstärken. Manche meinen ja auch, ein normaler OPAMP reicht schon aus. Das ist bei den Pegeln sicherlich überlegenswert. > -100mV bis +100mV Differenzspannung abbilden auf 0..5V bei > Gleichtaktspannung von 2,5V auf beiden Eingängen und Versorgungsspannung > 5V. Bei TI würde ich unter "Instrumentation" OPAMP schauen; die Bauteile heißen INA... Du kannst aber auch einen Zero Drift OPAMP nehmen wie den AD8638 und ihn als Differenzverstärker (bzw. Instrumentenverstärker) verschalten. > Dabei kommt es sehr auf geringe Drift und vor allem geringe > Temperaturabhängigkeit an. Die Schaltung muß richtig gut werden. Hast Du Dir schonmal überlegt, das Signal digital auszulesen? Z. B. mit einem ADS1232 von TI? Da das Bauteil eine ratiometrische Messung macht, kommt es auf die Stabilität der 5V nicht so an. > Hat da jemand einen heißen Kandidaten? Bei AD und TI habe ich mich schon > durchgeklickt und nichts passendes gefunden außer dem AD623. Aber der > kommt mit der Gleichtaktspannung nicht zurecht und ist auch nicht > wirklich "rail-to-rail". Das wundert mich aber schon. Gruß, Michael
Danke schonmal. Klar driftet der Sensor mehr als der Verstärker. Da aber der Sensor direkt auf dem Chip einen Temperatursensor hat, kann ich über diesen eine digitale Temperaturkompensation machen. Deshalb möchte ich natürlich, daß der Rest der Schaltung so wenig wie möglich driftet, um wirklich nur den Einfluß der Sensortemperatur drinzuhaben. Ein paar Grad Unterschied zwischen Sensortemperatur und Rest der Schaltung sind da auf jeden Fall relevant. Der Sensor ist sauteuer und saugut. Bei meinen Experimenten bisher mit einem 24 bit A/D direkt angeschlossen hatte ich zu viel Rauschen drin, deshalb möchte ich jetzt erst verstärken. Rail-to-rail muß wirklich nicht sein, stimmt schon, aber bei einer unsymmetrischen 5V-Versorgung kommt man halt mit "normalen" OPs nicht mehr auf einen vernünftigen, linearen Bereich zwischen den Rails. Wie gesagt, AD623 schien mir geeignet, ist aber eigentlich "Murks", wenn man mal genauer ins Datenblatt schaut. Der schafft nämlich abhängig von der Gleichtakt-Eingangsspannung keinen vernünftigen Ausgangsbereich mehr. Kann man den AD8206 zweckentfremden, was meint ihr? Der ist eigentlich als Verstärker für einen Strom-Shunt gedacht, passt aber von den Parametern her ganz gut.
>..sauteuer und saugut. Grunz, grunz. Die Drucksensoren, die ich kenne und die schön teuer sind, liefern auch nur Werte mit +/-0,25% Gesamtgenauigkeit. Dafür reicht ein 10Bit ADC. Als einzelner OPV wäre der OPA340 schon voll ausreichend. Schöne Instrumentenverstärker wären der AD620 oder sein BB Gegenstück INA128. Diese sind aber erst für genaue Meßbrücken mit mV-Ausgangsspannung notwendig. Einfache ADCs mit 12Bit sind z.B. die MCP32xx.
Ok, wir reden hier aber über eine Gesamtgenauigkeit des Systems von 0,01% bezogen auf den Endwert im Temperaturbereich von -20 bis +50 Grad Celsius. Die Auflösung des A/D-Wandlers hat nichts mit der Genauigkeit des Sensors zu tun. Die Auflösung des Sensors selbst ist ja quasi beliebig. Mit einem hochauflösenden A/D-Wandler kann ich dann auf der digitalen Seite mit beliebig komplexen Korrekturfunktionen die (vorher auszumessenden) Fehler des Sensors rausrechnen. Anders kommt man nicht zu der geforderten Genauigkeit. Mit einem "24bit"-Wandler erreiche ich dann in der Praxis eine Auflösung von 18 bis 19 Bit.
0,01% FS sind ambitioniert. Da spielt schon die Nicht-Linearität von Verstärker und A/D-Wandler eine Rolle. Möglich ist es aber. Was ist denn die Anwendung? Am besten geeignet würde ich... AD8223, AD627, INA118 ...halten. Letzterer funktioniert bei einfacher +5V-Versorgung nicht mehr so toll. Der '8223 ist noch recht neu und nicht überall erhältlich. Mein Vorschlag daher: AD627. Eins muß dir aber klar sein: Mit einer symmetrischen Versorgung werden Offset und Offsetdrift besser, auch wenn Eingangs- und Ausgangssignal nie negativ werden. Wenn du eine Temperaturmessung im Sensor machst, brauchst du bei der Offsetdrift (AD627: 3µV/°C) nur die Temperaturdifferenz zwischen Instrumentenverstärker und Sensor berücksichtigen, also bestenfalls ein paar Grad. Das wird nicht dramatisch sein. Da du sicher vorhast, den REF-Eingang auf die halbe Betriebsspannung zu legen: Nicht über Spannungsteiler! Der Ref-Eingang muß niederohmigst sein, also einen Impedanzwandler davor setzen.
Hallo, > Bei meinen Experimenten bisher mit einem 24 bit A/D direkt angeschlossen > hatte ich zu viel Rauschen drin, deshalb möchte ich jetzt erst > verstärken. Bei 100mV Signalen vom Sensor liegt das Rauschproblem beim Sensor, nicht beim Verstärker. Oder Du machst grundlegende Dinge verkehrt, z. B. - fehlende Massefläche - unsaubere Spannungsversorgung (empfehlenswert: Linearregler mit 100nF/100µF an Ein- und Ausgang, 100nF an jedem Baustein) - Trennung von Analog- und Digitalteil vergessen (Empfehlenswert: Masseflächen von Analog- und Digitalteil an einem einzigen Punkt verbinden, analoge und digitale Versorgungsspannung mit einer Ferritperle 1000 Ohm HF-mäßig entkoppeln). Und dann solltest Du Dir trotzdem den ADS1232 nochmal anschauen, auch wenn Du meinst, daß TI und Analog nichts Geeignetes im Programm haben und daß AD-Wandler schlecht sind. Ich denke nämlich, Du hast bloß nicht sorgfältig genug geschaut. Es gibt Dutzende Spezialbausteine für Meßbrücken. Der ADS1232 ist m. E. einer der besten. Gruß, Michael
kann mich nur für eine lösung mit 24adc anschliessen. CS5534, AD7794. da hast du alles in einem ic. bessere ergebnisse holst du nicht raus. sind eigentlich für genau deinen zweck konzipiert. kannst softwaremässig rumspielen wie du willst.
>Ok, wir reden hier aber über eine Gesamtgenauigkeit des Systems von >0,01% bezogen auf den Endwert im Temperaturbereich von -20 bis +50 Grad >Celsius. Wenn jemand zuvor so schwammige Forderungen wie "super-gut" formuliert, glaube ich, daß obige Ansprüche an das Gesamtsystem eher einer unerfüllbaren Wunschvorstellung entsprechen. Dafür ist selbstverständlich ein ADC mit Differenzeingängen die beste Lösung und kein Instrumentenverstärker mit 10kHz BW bei 1000facher Verstärkung. Und wenn tatsächlich obige Forderungen ein Muß darstellen, ist jeder Aufwand gerechtfertigt, der zum Ziel führt; und wenn es drei "saubere" Versorgungsspannungen sein müssen, weil es sonst nicht anders ginge. Mich würde die Alterung vom Sensor in dem genannten Temperaturbereich interessieren. Vielleicht soll ja auch täglich neu kalibriert werden.
Bei 24Bit will man differentiell arbeiten. Und zwar komplett. Auch sind dedizierte Versorgungslagen für GND und Vcc ein Muss. Bei Deinen Genauigkeitsanforderungen gibt es keine geeigneten Widerstände mehr. Die sind nämlich nur bis 0.1% bezahlbar. Also musst Du Dir eine Kalibrierschaltung ausdenken. Mit der kannst Du dann gleich den Offset der Verstärker herausrechnen. Eine entsprechend genaue Referenz brauchst Du auch - selbst wenn Du ratiometrisch misst. Gibt es aber nicht von der Stange - also gegen ein entsprechendes Normal kalibrieren. Weil es aber immer noch eine Temperaturabhängigkeit gibt am Besten einen Ofen um die Schaltung bauen der sie auf konstanter Temperatur hält. Das Rauschen wird damit aber höher - wird aber nicht so sehr viel mehr werden. Aber weil Dein Wert sowieso verrauscht ist wirst Du nachher noch Oversampling und anschließende Filterung betreiben müssen. Hier auch auf entsprechend präziese Datentypen achten. Ich denke das ganze wird nicht mehr im vierstelligen Eurobereich zu entwickeln und bauen zu sein... (Ich habe gerade eine ähnliche Platine für Magnetfeldmessung vor mir liegen ...) Ich habe als Verstärker einen differentiellen ADC Treiber vergewaltigt der eigentlich für SDR Anwendungen gedacht ist. Hat den Vorteil, dass er bei so niedrigen Frequenzen sehr linear ist und genug Leistung am Ausgang liefert. Denn das Problem der Ladung der Samplingkondensatoren im ADC möchte auch bedacht werden. Viele Grüße, Martin L.
Martin Laabs wrote: > Bei 24Bit will man differentiell arbeiten. Und zwar komplett. Auch sind > dedizierte Versorgungslagen für GND und Vcc ein Muss. Zwei Lagen davon eine (so weit es geht alleine für) GND reichen bei den vorgeschlagenen ADCs und einem entsprechenden Layout. > Bei Deinen Genauigkeitsanforderungen gibt es keine geeigneten > Widerstände mehr. Die > sind nämlich nur bis 0.1% bezahlbar. Was heißt bezahlbar: 0.01% von z.B. Vishay, Caddock, Precision Resistor, RCD, SPC/multicomp(Newark) etc. gibt's z.T. für weniger als 1$ in Einzelstückzahlen, die Vishay VSMP 0.01%, 0.2 ppm/K gibt's ab 10 € in Einzelstückzahlen. Von Microbridge gibt es Widerstände bei denen der Widerstand und der TC eingestellt/programmiert werden können. Der Fehler bei den günstigen liegt bei 0.01% + 25 ppm/K * (50 - -20) ~ 0.012%. Wenn der initiale Fehler bekannt ist, entsprechend weniger. > Also musst Du Dir eine > Kalibrierschaltung ausdenken. Mit der kannst Du dann gleich den Offset > der Verstärker herausrechnen. Eine entsprechend genaue Referenz brauchst > Du auch - selbst wenn Du ratiometrisch misst. Einen Widerstand > Gibt es aber nicht von der > Stange - also gegen ein entsprechendes Normal kalibrieren. Weil es aber > immer noch eine Temperaturabhängigkeit gibt am Besten einen Ofen um die > Schaltung bauen der sie auf konstanter Temperatur hält. Der Ofen ist hier sinnlos siehe VSMP von Vishay oder Microbridge Rejustor oder man misst die Temperaturdrift der gesamten Schaltung im Klimaschrank und gleicht das nachher per Software aus... > Denn das Problem der Ladung der Samplingkondensatoren im ADC möchte auch > bedacht werden. siehe oben: das spielt bei den vorgeschlagenen ADCs (hier) keine Rolle. > Viele Grüße, > Martin L.
Hallo Martin, niemand hat von wirklichen 24 Bit Auflösung gesprochen. Es ging um eine maximale Ungenauigkeit von 0.01%. Die hat aber anscheinend sein "super-guter" Sensor schon nicht, sonst würde das 100mV-Signal nicht so fürchterlich rauschen, daß er von einfachen OPV wegkommen wollte. Und wer weiß, welche systematischen Fehler dieser super-gute Sensor hat. Daß er teuer ist, glaube ich ja sofort, aber deshalb muß er noch lange nicht gut sein. Aber er kann natürlich einen 24-Bit-Wandler nehmen. Dann wackeln eben die letzten paar Bit. Gruß, Michael
Danke für eure vielen Hinweise. Die Sensoren kosten schon alleine ein paar hundert Euro, sind aber von Hause aus selbstverständlich nicht genau genug. Sie haben einen Wahnsinns-Offset, eine Wahnsinns-Temperaturabhängigkeit und der Scale-Fehler beträgt von Hause aus locker 0,5% FS. Die geforderte Gesamtgenauigkeit kann man nur mit einer nachträglichen Kompensation dieser Fehler erreichen. Der Vorteil des Sensors ist allerdings, daß er einen Temperatursensor direkt auf dem Chip hat und die "nicht kontrollierbaren" Fehler wie die Lageabhängigkeit oder die Alterung im Vergleich zu anderen Sensoren relativ gering sind. Deshalb brauche ich auch keine 0,01%-Widerstände in meiner Schaltung oder hochgenaue Referenzen. Was ich brauche, ist eine Schaltung, die bei Änderung der Umgebungseinflüsse stabil ist. Die Widerstände mit mehr Toleranz, aber sehr geringen Temperaturkoeffizienten sind da schon interessanter. Wie gesagt, wahrscheinlich wird die Gesamtschaltung ungefähr die gleiche Temperatur haben wie der Sensor, aber "ungefähr" ist in diesem Falle nicht genug. Die "unkontrollierbare" (weil unbekannt) Temperaturdrift von Schaltung und A/D-Wandler muß so gering wie möglich sein. Die Temperatur vom Sensor ist bekannt. Selbstverständlich wird gegen ein Normal kalibriert. Und zwar in Form eines automatischen Kalibrators, der die entsprechende Genauigkeit hat und die Drücke auch selbst anfahren kann. Das ganze sieht dann so aus, daß man mit der Schaltung in den Klimaschrank geht, und für viele Temperaturpunkte zwischen -20 und +50°C jeweils den gesamten Druckbereich durchkalibriert. Was rausfällt, ist eine zweidimensionale Matrix, die als Eingangswerte den gemessenen rohen Temperaturwert und den gemessenen rohen Druckwert von meiner Schaltung in einen kalibrierten Druck umwandelt. Zwischen den Punkten in der Tabelle kann dann auf geeignete Weise interpoliert werden, dazu muß ich noch ein bisschen forschen. Also gut, wenn ihr meint, ohne negative Betriebsspannung läuft nichts, dann muß eben eine her. Allerdings verträgt der Sensor keine 10V Brückenspannung. Aber die Lösung, direkt auf den A/D-Wandler zu gehen, hat in der Praxis nicht so gut funktioniert. Es handelte sich übrigens um einen LTC2412. Es gibt Sensoren mit 0,01% Genauigkeit von der Stange zu kaufen. Natürlich kosten die im fünfstelligen Bereich, aber sie sind klein und leicht und funktionieren auch mit piezoresistiven Sensoren und einer nachträglichen Korrektur auf der digitalen Seite. Also muß es irgendwie gehen.
Gerhard wrote: > Also gut, wenn ihr meint, ohne negative Betriebsspannung läuft nichts, > dann muß eben eine her. Allerdings verträgt der Sensor keine 10V > Brückenspannung. Aber die Lösung, direkt auf den A/D-Wandler zu gehen, > hat in der Praxis nicht so gut funktioniert. Es handelte sich übrigens > um einen LTC2412. Peak-To-Peak-Noise beim LTC2412 sind irgendetwas um 5-6 uV (ohne die restlichen Rauschquellen...) Die genannten ADS1232 und AD7794 liegen da um eine Größenordnung niedriger. Beide brauchen keine negative Betriebsspannung. Beim AD7794 mit passender/m Referenz/Referenzwiderstand kann man sich eine aufwendige externe Kalibrierung (größtenteils) sparen, da die interne Offset/Gain-Kalibrierung diese Fehler automatisch ausgleichen kann (der Fehler liegt dann jeweils in der Größenordnung des Rauschens bei der gewählten Wandlungsrate).
Thread beobachten
Seitenaufteilung abschaltenBitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.