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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Optimale OPV und ADC Versorgung


Autor: Andre R. (ryan87)
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Hallo zusammen,

ich habe in letzter Zeit einige ADCs und OPVs (als Vorverstärker) 
eingesetzt. Das Ergebnis war natürlich wie zu erwarten nicht perfekt und 
so Frage ich mich was denn noch besser geht.
Mein Auge ist nun auf die Versorgung von ADC und OPV gefallen. Ich 
stelle hier mal ein paar Möglichkeiten auf und würde um eure Meinung 
bitten, was ist besser, schlechter, günstiger, braucht weniger Platz 
etc.

1. Mein ADC hat getrennte Versorgungsanschlüsse für Analog und 
Digitalteil. Analogversorgung ist gleichzeitig Referenzspannung. Für 
Analogversorgung habe ich jetzt eine Referenzquelle mit Zenerdiode 
(LM4040) + 100n kerko + 1u tantal elko und davor ein 1K Widerstand 
geplant.
Für den Digitalteil den obligatorischen 100n kerko. Hier stellt sich mir 
noch die Frage ob und was ein davor liegender Widerstand bewirkt/nützt 
(RC-Filter).

2. Als OPV Versorgung (+5V, rail-to-rail typ) benutze ich ganz normal 
meine 5V Versorgungsspannung. Auch hier ist ein 100n kerko zur Stelle 
(sinnvoll?). Oder ist es hier evtl. auch besser ein RC-Glied davor zu 
bauen?

3. Ist es noch besser auch hier für die Versorgung eine Referenzquelle 
aufzubauen (Z-Diode... s.o.). Ich hab mal mit Spice rumprobiert und 
gesehen das so eine Quelle die Störungen der Versorgung ganz gut 
glättet.

4. Könnte ich für diese Versorgung direkt die Referenzquelle des ADCs 
benutzen? (spart platz). Oder könnte es dann passieren das der 
AD-Wandler da Spitzen drauf erzeugt (wenn ja, woher kommen die?).

Meine Versorgungsspannung von 5V wird mit einem Schaltregler (ca. 
300kHz) aus 15V erzeugt.

Mir ist bewusst, dass das Layout auch immer eine entscheidende Rolle 
spielt, das soll jedoch nicht Thema dieses Beitrags sein.


Ich bitte um eure Meinung oder Erfahrung!

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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>Analogversorgung ist gleichzeitig Referenzspannung

zu vermeiden fuer erhoehte Anforderungen.

Welcher Typ ADC soll den zum Einsatz kommen ? Bei welcher 
Geschwindigkeit ?

Autor: Andre R. (ryan87)
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ADC78H89, 12-bit SAR, hat keine getrennten Anschlüsse für 
Analogversorgung und Referenz.
Optimalerweise bei maximaler Geschwindigkeit (500kSps).

Autor: X- Rocka (x-rocka)
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Was könnte denn dein Signal versauen?
Wie wär's mit Aliasing?
Und PSRR nimmt mit zunehmender Frequenz ab.

=> IMMER wenn möglich RC-Glied.
Kuck dir die Versorgungsströme des ADC und des OPV an, wie hoch du den R 
wählen kannst.

100n? Hallo? es gibt 10uF/6,3V/X5R in 0603, da sollte man gerade beim 
Analogteil nicht mit 100n rumspielen.


Und bau ein vernünftiges Analogfilter vor den ADC.

Autor: Andre R. (ryan87)
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Mein Messsignal könnte von einem Flyback-Converter in der Nähe versaut 
werden und die Versorgungsspannung kommt von einem Schaltregler, ist 
also von Natur aus nicht perfekt "glatt". Diverse Digital-ICs könnten 
die Versorgung zusätzlich "verunreinigen".

Was meinst du mit Aliasing? Eine geringere Sample-Rate?

Hab grad noch mit LTSpice gespielt und gesehen das ein RC-Filter in der 
Versorgung eine erhebliche Verbesserung bringt.

Meinst du mit vernünftigen Analogfilter auch ein RC-Filter vor den 
AD-Eingängen?

Autor: Mine Fields (Gast)
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In der Regel benötigst du ein C direkt am Eingang des ADC, da das 
S/H-Glied auch eine gewisse Kapazität darstellt und dein Signal 
verfälschen kann. Der Wert sollte daher auch wesentlich größer als die 
Eingangskapazität des ADC sein. Ein kleines R davor schadet dann auch 
nicht, OP mögen keine rein kapazitive Lasten. Das Aliasingfilter würde 
ich aber eher in die Verstärkerschaltung integrieren, da viele 
Operationsverstärker auch empfindlich auf hohe Frequenzen reagieren.

Als Versorgungsspannung würde ich einen echten Längsregler aufbauen. Die 
5V jeweils für Digital- und Analogteil würde ich über über Ferritperlen 
entkoppeln. 100n sind, wie oben schon erwähnt wurde, vielleicht etwas 
wenig. Für den Analogteil kann man schon auf die 10u gehen, beim 
Digitalteil lieber mehrere C in verschiedenen Größen verwenden.

Autor: X- Rocka (x-rocka)
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Ein Flyback-Regler neben dem ADC, wie schön! ;-)
Layout des Reglers überprüfen, wenn geht räumlich mehr trennen. 
Masseführung beachten.
Schaltfrequenz des Flyback?

Wie schon erwähnt:
- evtl. zusätzlich LDO verwenden
- RC-Glied an ADC-Eingang
- Filtern mit Verstärker (zB C in Gegenkopplung, oder besser inklusive 
aktivem Filter 2. Ordnung)

Man kann mit einem OPV den Verstärker, Filter 2. Ordnung und Anpassung 
an den ADC-Eingang realisieren. Trotzdem noch direkt am ADC RC-Glied.

Aliasing:
da erhöht man eher die Abtastrate. Google hilft.

Autor: Andre R. (ryan87)
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Flyback schaltet etwa mit 50kHz.

Ob ich einen LDO oder die Z-Diode nehme macht platztechnisch fast keinen 
Unterschied. Leider habe ich keinen LDO finden können mit 4,096 V 
Ausgangsspannung, sprich ich müsste eine ADJ variante nehmen und 
passende Widerstände.
Wo liegen die Vor- und Nachteile bei LDO vs. Z-Diode?

RC-Glied am ADC-Eingang hört sich gut an.

Für den aktiven Tiefpass brauche ich eine symmetrische Versorgung 
(zumindest hats in Spice sonst nicht funktioniert). Das bedeutet dann 
wieder mehr Bauteile. Momentan habe ich einen passiven Tiefpass vor dem 
OPV und benutze selbigen nur zum verstärken.

Autor: X- Rocka (x-rocka)
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Äh, wozu die Z-Diode?
4.096V klingt eher nach einer REFERENZspannung, einen LDO nimmt man 
Versorgungsspannung (okay, es gibt auch 1% LDOs...).

Und man braucht keine symmetrische Versorgungsspannung für einen Filter!

Lernen, üben!
;-)

Autor: Andre R. (ryan87)
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Wie gesagt, bei meinem ADC ist Analogversorgung = Referenz.

Mit dem Filter hast du recht, ich hatte in Spice den erstbesten OP 
genommen. Bei einer passenden rail-to-rail variante gehts auch mit 0 bis 
5V :)

Was spricht z.B. bei einem OP gegen eine Z-Dioden Spannung?

Autor: Mine Fields (Gast)
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Ich habe nie von einem LDO geredet, sondern von einem Längsregler. Das 
kann man ganz gut mit einer Referenzdiode selbst zusammenbauen.

Ob das ganze Vorteile bringt ist ohne Kenntnisse der Rahmenbedingungen 
schwierig, aber gefühlsmäßig würde ich sagen, dass die Stabilität höher 
ist (besonders bei Pulsbelastungen) und der Strom durch die 
Referenzdiode wesentlich geringer sein darf.

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo Andre,

> ich habe in letzter Zeit einige ADCs und OPVs (als Vorverstärker)
> eingesetzt. Das Ergebnis war natürlich wie zu erwarten nicht perfekt und
> so Frage ich mich was denn noch besser geht.
> Mein Auge ist nun auf die Versorgung von ADC und OPV gefallen. Ich
> stelle hier mal ein paar Möglichkeiten auf und würde um eure Meinung
> bitten, was ist besser, schlechter, günstiger, braucht weniger Platz
> etc.
Grundsätzlich würde ich bei der Entwicklung des Prototypen mit einer 
technisch vielversprechenden (meinetwegen auch mit "der besten") Lösung 
anfangen und dann Schritt für Schritt im Hinblick auf die weiteren 
Rahmenbedingungen (Platinenplatz, Preis) abrüsten.

> 1. Mein ADC hat getrennte Versorgungsanschlüsse für Analog und
> Digitalteil. Analogversorgung ist gleichzeitig Referenzspannung. Für
> Analogversorgung habe ich jetzt eine Referenzquelle mit Zenerdiode
> (LM4040) + 100n kerko + 1u tantal elko und davor ein 1K Widerstand
> geplant.
> Für den Digitalteil den obligatorischen 100n kerko. Hier stellt sich mir
> noch die Frage ob und was ein davor liegender Widerstand bewirkt/nützt
> (RC-Filter).
Ein Linearregler (gerne auch die uralten 7805/7905, eingangs- und 
ausgangsseitig je 100nF Keramik 0805 parallel 47µF Elko) getrennt für 
Analog- und Digitalteil, von der Analogspannung abgeleitet die 
Referenzspannung.
- Bei Problemen mit Masseschleifen eignen sich zur 
Gleichtaktunterdrückung zusätzlich Common Mode Filter.
- Bei HF-Störungen kannst Du an Ferritperlen und RC-Filter an den Ein- 
und Ausgängen denken.


Gruß,
  Michael

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo Andre,

> Ob ich einen LDO oder die Z-Diode nehme macht platztechnisch fast keinen
> Unterschied. Leider habe ich keinen LDO finden können mit 4,096 V
> Ausgangsspannung, sprich ich müsste eine ADJ variante nehmen und
> passende Widerstände.
> Wo liegen die Vor- und Nachteile bei LDO vs. Z-Diode?
Die Ausgangsspannung einer einfachen Z-Diode ist sowohl stark last- als 
auch temperaturabhängig.

> RC-Glied am ADC-Eingang hört sich gut an.
Aha, Du probierst gerade Deine ersten Schaltungen aus.
Dann fang erstmal mit einem Linearregler an und vergiß die Z-Diode als 
Spannungsquelle. Die Z-Diode wird an den Unis zwar standardmäßig als 
Spannungsquelle vorgestellt. In praktischen Schaltungen verwendet man 
aber typischerweise Linearregler oder Schaltregler.

Für Selbstgebasteltes sind die Linearregler am unkompliziertesten. Eine 
Diode nimmt man wirklich nur, wenn sicher ist, daß sie ausreicht und man 
am letzten Cent sparen muß. Solche Fragestellungen stellen sich aber 
eigentlich nur für die Serienproduktion.

Um Gleichtaktunterdrückung und Ferrite brauchst Du Dir bei den 
Lernschaltungen erstmal keine Gedanken zu machen.

Wenn Du im Audio-Frequenzbereich arbeitest, kannst Du beispielsweise den 
TL072-Operationsverstärker verwenden. Der ist recht gutmütig 
(kompensiert für v=1 und relativ rauscharm), ist aber nicht 
Rail-to-Rail. Bei Interesse poste ich Dir das Spice-Modell und erkläre, 
wie Du es in LT-Spice einbinden kannst.


Gruß,
  Michael

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