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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Welche Auflöung beim ADC macht noch Sinn?


Autor: Ernst Lustig (Gast)
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Mal eine allgemeine Frage:

Ab welcher Auflösung ist ein ADC überdimensioniert?

Z.B. um einen DMS auszulesen? Der liefert ja nur ein paar mV - die 
verstärkt man dann und will ja auch gut was sehen :)

Aber es gibt ja so viele verschiedene. 16Bit, 20Bit, 24Bit...wo hört 
sinnvoll auf und fängt übertrieben an?


Was wird denn beispielsweise in der Industrie eingesetzt?


Danke für jeden Kommentar!

Autor: hansi (Gast)
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>> Ab welcher Auflösung ist ein ADC überdimensioniert?

mmh. Gute Frage.

Das hängt von der Anwendung und den Anforderungen selbiger ab. Pauschal 
kann man diese Frage nicht beantworten, würde ich sagen.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Die Frage kann man so nicht beantworten. Ein 20 Bit Wandler macht mit 
Sicherheit auch Sinn. Allerdings ist der fachgerechte Aufbau für einen 
solchen Wandler, sodass man so kleine Spannungsdifferenzen noch messen 
kann, ziemlich schwer.

Autor: René F. (ren_f)
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wenn man alles andere vernachlässigt und nur die Stufenzahl betrachtet 
hat man bei einem ADC mit 1V Vollaussteuerung 2^24 Stufen das ergibt 
eine Sufenbreite von 59nV. Da machen sich schon Thermospannungen 
bemerkbar vielleicht kann man auch das Erdmagnetfeld messen wenn man die 
Sensorzuleitung bewegt. Auch wirst Du keinen so guten rauscharmen 
Verstärker finden. EMV Maßnahmen mal ganz aussen vor.
Industrie heißt billig da sind es 10-12 bit effektiv.

Autor: Ernst Lustig (Gast)
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René F. schrieb:
> Industrie heißt billig da sind es 10-12 bit effektiv.

Tatsächlich? Also ich dachte so an irgendwelche Messgeräte für 
Temperatur oder Druck - 10-12 ist ja echt nicht viel, die hat ja jeder 
Controller intern eingebaut - dachte, die hauen da für genaue Messungen 
nn richtig guten ADC rein.

Autor: Peter (Gast)
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Ernst Lustig schrieb:
> Tatsächlich? Also ich dachte so an irgendwelche Messgeräte für
> Temperatur

was willst du denn mit mehr als 12Bit messen? die Temperatur der sonne 
auf ein halbes Grad genau?

Autor: hansi (Gast)
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12 bit reichen für viele Anwendungen nicht aus.

Autor: Ernst Lustig (Gast)
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hansi schrieb:
> 12 bit reichen für viele Anwendungen nicht aus.

Ja dann nehmen wir halt einen Druckmessumformer, der sollte ja schon 
genau den Druck messen.

Ich kann mir auch nicht vorstellen, dass 12Bit da industriell reichen, 
aber ich lass mich gern eines besseren belehren.

Autor: El Jefe (bastihh)
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Ernst Lustig schrieb:
> hansi schrieb:
>> 12 bit reichen für viele Anwendungen nicht aus.
>
> Ja dann nehmen wir halt einen Druckmessumformer, der sollte ja schon
> genau den Druck messen.
>
> Ich kann mir auch nicht vorstellen, dass 12Bit da industriell reichen,
> aber ich lass mich gern eines besseren belehren.

Es kommt nicht nur auf die Auflösung an, sondern ebenfalls auf die 
Genauigkeit der ermittelten Werte.

Autor: G_G (Gast)
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Ernst Lustig schrieb:
> Z.B. um einen DMS auszulesen? Der liefert ja nur ein paar mV - die
> verstärkt man dann und will ja auch gut was sehen :)

kann ich dir konkret sagen, bei uns sinds 20mV auf 18bit.
Da gehört aber schon einiges an Aufwand dazu.
Bei höheren Messspanungen die man nicht (oder wenigeer)verstärken muss, 
wird das dann auch wieder einfacher.

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Die Datenblaetter der Wandler geben ja an unter welchen Umstaenden, dh 
Samplerate usw, welche Genauigkeiten erreicht werden. Ich zB mess mit 
einem 24bit Wandler direkt Thermoelemente, Platin, NTC usw. Die Wandler 
sind das und sind zahlbar auch fuer Serienprodukte.

Autor: AKKS (Gast)
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Also ich habs erst auch nicht verstanden warum man z.B. bei einem 150V 
Messkanal 24Bit benutzt.

Aber wenn ich jetzt +-150V Messe, habe ich schon 300V.
Messe ich nun auf 1mV genau(weil die Anwender es so gewohnt sind) 
brauche ich rechnerisch schon 19Bit.
Ein bisschen was zum Abgleichen dazu und wir haben 20Bit.

Und dann noch 4Bit für den Verkäufer, der freut sich ja schließlich auch 
wenn er größere Zahlen anpreisen kann.

  19
 + 1
 + 4
------
  24

Autor: Pedro (Gast)
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Für mich sind ab 16bit die ADC's nur Spielereien. Bei einer 
Referenzspannung von 3.3V (typisch) kann ein 24bit etwa 100nV auflösen 
(1/2 LSB). Die thermische Rauschspannung bei einem 10MOhm Widerstand 
beträgt auch etwa 100nV.....

Solche ADC's sind zwar technische Meisterwerke, jedoch je nach Rauschen 
das vorhanden ist überdimensioniert.

Zu beachten ist, dass thermisches Rauschen nicht die einzige 
Rauschquelle sein muss...

Autor: René F. (ren_f)
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es gilt immer noch, dass das schwächste Glied der Kette die Genauigkeit 
bestimmt. Ein richtig hochwertiger 24bit braucht also auch eine extrem 
hochwertige Zuleitung der Signale.

Ja 24bit klingt schick, aber die unteren 4 bit kann man ganz sicher 
wegschmeißen.

Autor: Ernst Lustig (Gast)
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René F. schrieb:
> Ja 24bit klingt schick, aber die unteren 4 bit kann man ganz sicher
> wegschmeißen.

Ja, nur kann man von einem 20Bit-ADC ebenfalls die unteren wegschmeißen? 
Ich mein, dann sind es ja auch noch weniger...

Autor: Eddy Current (chrisi)
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> Z.B. um einen DMS auszulesen? Der liefert ja nur ein paar mV - die
> verstärkt man dann und will ja auch gut was sehen :)

Mit der Größe der Eingangsspannung hat die Auflösung des ADC zunächst 
nichts zu tun.

Eine Möglichkeit, der Auflösung auf die Spur zu kommen, ist die 
Anforderung an das, was Du da entwickeln willst. Wenn es eine Waage 
werden soll, die maximal 1kg wiegen soll und das mit 1g Auflösung, dann 
brauchst Du einen 10-Bit-Wandler. Wenn der Herr gerne 1mg auflösen 
möchte, dann muss es halt ein 20-Bit-Wandler sein. Der Aufwand, auch ein 
1mg Genauigkeit zu erzielen, steigert den Aufwand aber enorm. Schau Dir 
die Preise von Laborwaagen an, dann bekommst Du ein Gefühl für das, was 
an Aufwand für die geforderte Genauigkeit notwendig ist.

Autor: Ernst Lustig (Gast)
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Ich würde halt auch gerne einen Druck messen mit einer Messzelle, welche 
auf Basis eines DMS arbeitet.

Und der hat eine Messspanne von ca. 80mV.

Autor: Ernst Lustig (Gast)
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Referenzspannung wären 3,3V.

Muss ich die Referenzsspannung eigentlich trennen von der 
Versorgungsspannung?

Also ich habe eine Referenzspannungsquelle, welche mit 3,3V liefert - 
diese kann ich nun ebenfalls für den ADC benutzen, oder muss der eine 
eigene haben?

Oder mit LC-Filter trennen?

Autor: Ulrich (Gast)
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Bei den hochauflösenden Sigma-Delta Wandlern ist Preislich oft nicht 
viel Unterschied ob man nun einen 18 Bit, 20 Bit oder 24 Bit Wandler 
hat. Es stört auch nicht einen Wandler mit etwas höherer Auflösung zu 
haben, man kann dann wenigstens das Quatisierungsrauschen 
vernachlässigen.  Duch die Gefallenen Preise verschiebt sich die 
Auslegung von früher Systemfehler = Quatisierungsrauschen  zu heute 
Quatisierungsrauschen << Systemfehler.

Die Auflösung ist auch nicht alles.  Bei den 24 Bit Sigma-Delta Wandlern 
sind teils nur etwa 22 Bits über dem Eigenrauchen, und die 24 Bits sind 
etwa das Limit für no missing codes, d.h. die DNL ist nahe bei 1 LSB.

Die älteren Dual Slope Wandler hatten oft eine DNL von unter 0.1 LSB. Um 
also einen ähnlichen DNL Wert wie bei einem alten 12 Bit Dual-slope 
Wandler zu erreichen, muß man beim Typischen Sigmaldelta Wandler schon 
bei den 16 Bit-18 Bit Typen suchen.

Autor: Eddy Current (chrisi)
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Ernst Lustig schrieb:
> Ich würde halt auch gerne einen Druck messen mit einer Messzelle, welche
> auf Basis eines DMS arbeitet.

Fein. Und wie hoch ist der zu messende Maximaldruck? Und welche 
Auflösung benötigst Du?

Edit: Du könntest jetzt z.B. 1bar Maximaldruck und 1mbar Auflösung 
sagen.

Autor: U.R. Schmitt (Gast)
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Die Frage ist in etwa so sinnvoll wie:
Welches Auto macht Sinn?

Leute, das ist abhängig von dem was Ihr macht.
Wenn Ihr ein Auto braucht um im Wald Holz zu schlagen, dann ist das 
bestimmt ein anderes als eines um mit 1000 Watt und 20% Klirrfaktor an 
der Disko den Obermotz zu spielen.
Und wenn Ihr 4 Kinder habt, dann braucht ihr wieder ein anderes Gefährt.
Genauso sinnlos ist die pauschale Frage nach dem AD Wandler.
Dann nehmt mal den 24 Bit Wandler um damit ein Ditalscope mit 2 GSamples 
zu bauen.
Oder den ultraschnellen 8 Bit Wandler um damit High End Hifi zu sampeln.
Kopfschüttel...

Autor: Ernst Lustig (Gast)
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Ich würde gerne 0-1bar relativ mit möglichst hoher Genauigkeit auflösen. 
Also so 0,1 mbar.

Wie gesagt, der DMS liefert ca. 80mV Spanne und fängt bei ca. -15mV an. 
aher muss ich ja eh schon differentiell messen.

Autor: Ernst Lustig (Gast)
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Oder gibt es eine andere Möglichkeit ohne differentiell aber mit einer 
Spannungsversorgung von 3,3V?

Autor: Michael Roek (mexman) Benutzerseite
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Ernst Lustig schrieb:
> Ich würde gerne 0-1bar relativ mit möglichst hoher Genauigkeit auflösen.
> Also so 0,1 mbar.
>
> Wie gesagt, der DMS liefert ca. 80mV Spanne und fängt bei ca. -15mV an.
> aher muss ich ja eh schon differentiell messen.

Damit gehst Du natuerlich nicht auf einen ADC dessen Referenzspannung 
auf 80mV eingestellt ist, sondern auf einen Messverstaerker mit 
Differenziellem EIngang der sas Signal von 80mV auf 3.3V oder 5V 
verstaerkt und dann auf einen ADC oder uC mit ADC-Eingang!

Gruss

Michael

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Mit diesen 80mV kann man durchaus auf einen ADC, dessen Referenz bei 
2.5V oder so liegt. Die Kosten eines Versterkers mit hineichend kleinem 
Offset und Drift, plus das Layout sind nicht Null. Eine Frage der 
Stueckzahlen.

Autor: Reinhard Kern (Gast)
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Hallo,

die Definition des Volts geht zurück auf das magnetische Flussquantum, 
un dessen derzeit bekannter Wert ist 2,067833667 +- 0,000000052, d.h. 
man kann eine Spannung im Prinzip auf etwa 8 Stellen ~ 24 bit messen. 
Messgeräte mit 6 Stellen ~ 20 bit kann man kaufen.

Wenn man allerdings die 3,3V-Versorgung als Referenz nimmt, erübrigt 
sich die Diskussion um solche Auflösungen.

Gruss Reinhard

Autor: Ernst Lustig (Gast)
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Michael Roek-ramirez schrieb:
> Damit gehst Du natuerlich nicht auf einen ADC dessen Referenzspannung
> auf 80mV eingestellt ist, sondern auf einen Messverstaerker mit
> Differenziellem EIngang der sas Signal von 80mV auf 3.3V oder 5V
> verstaerkt und dann auf einen ADC oder uC mit ADC-Eingang!

Ja, aber wie bekomme ich den negativen Offset weg? Oder besser nicht 
weg, sondern ins positive.

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Eine Bruecke gibt ja keine negative Spannung raus. Nur die differenz ist 
negativ. Wenn man die Bruecke mit der Referenzspannung des 
dfferentiellen ADC speist ist alles gut.

>derzeit bekannter Wert ist 2,067833667 +- 0,000000052

Eine Messung kann absolut sein, oder relativ ... dasselbe wie absolute 
Genauigkeit zu Stabilitaet.

Autor: Andreas Schweigstill (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite
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Ich schließe mich den anderen Ausführungen an, in denen es für sinnvoll 
erachtet wird, bei einer Messspannung von 80mV direkt auf einen ADC zu 
gehen. Gerade hochwertige externe ADC haben ja auch schon geeignete 
differentielle Eingangsstufen.

Das, was man aber auf keinen Fall vergessen sollte, ist die 
Referenzspannung. Die Messbrücke und der ADC sollten dieselbe 
Spannungsquelle verwenden, damit eine Drift auf beide Komponenten 
gleichmäßig wirkt und sich so kompensiert. Die Spannungszuführung zur 
Messbrücke sollte unbedingt in Mehrleitertechnik erfolgen, insbesondere 
wenn sich Steckverbinder dazwischen befinden. Schon leichtes Wackeln am 
Stecker bewirkt bei DMS-Brücken auf Grund der vergleichsweise hohen 
Querströme doch ziemlich starke Gleichtaktstörungen. Diese sollten zwar 
durch den Differenzverstärker herausgerechnet werden, aber für 
hochaufgelöste Messungen mag da dann auch die CMMR entscheidend sein. 
Zudem sorgt ja der Spannungsabfall an Zuleitung und Steckverbindern für 
eine reduzierte Empfindlichkeit der Messbrücke.

Statt aber nun eine echte Vierleiter-Spannungsregelung der 
Brückenversorgung umzusetzen, kann man auch einfach die Referenzspannung 
für den ADC aus der gemessenen BrückenSPEISEspannung erzeugen. Vorsicht 
ist jedoch bei offenen Eingängen geboten; zudem funktioniert das nur 
dann problemlos, wenn man eine einzige Messbrücke hat.

Autor: Florian Völzke (Gast)
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Auch eine praktikable Methode ist die Verwendung von ADCs mit 
integriertem Verstärker. Delta-Sigma Wandler wie der ADS1216 haben einen 
internen programmierbaren Verstärker und dazu noch eine recht flexible 
Eingangsstufe. Je nach Anwendung kann man dann ganz ohne eigene 
Messverstärker etc auskommen.

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