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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik 16Bit A/D Wandler mit OP als Puffer


Autor: Martin L. (loxagon)
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Hallo,

vielleicht hat sich jemand schonmal damit beschäftigt. Undzwar möchte 
ich für ein Projekt ein 16Bit ADC, MAX1177, verwenden. Um die analoge 
Quelle zu entlasten schalte ich einen OP als Impedanzwandler davor. 
Dieser OP, MAX9642, versorge ich mit einer Spannung von +12V und GND. 
Allerdings hat das 12V Netzteil Ripple in Höhe von 100mV Vpp. Können 
diese Ripple mein analoges Signal, 0-10V, beeinflussen? Da der OP eine 
PSRR in Höhe von 125dB denke ich nicht dass das was ausmacht aber ich 
gehe lieber auf nummer sicher. Kennt sich da jemand aus?

Vielen dank im voraus

Gruß

loxagon

Autor: abc (Gast)
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also, wenn 1 lsb 152µV sind und deine referenz +-100 mV wackelt.......

Autor: Martin L. (loxagon)
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abc schrieb:
> also, wenn 1 lsb 152µV sind und deine referenz +-100 mV wackelt.......

...trotz PSRR???

Autor: Flo (Gast)
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Wenn du den ADC direkt aus den rippeligen 12V versorgst - dann ja.
Die Frage ist - tutst du das überhaupt?

Autor: Martin L. (loxagon)
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Flo schrieb:
> Wenn du den ADC direkt aus den rippeligen 12V versorgst - dann ja.
> Die Frage ist - tutst du das überhaupt?

Oh, das habe ich vergessen dazu zu schreiben.
Nein. Der ADC wird extra mit einem Linearregler, glaube 7805 wenn mich 
nicht alles täuscht,mit 5V versorgt.(Ja, mit diesem ADC kann ich trotz 
5V versorgung 0-10V analog draufgeben ;) )

Mit diesen 12V wird NUR der OP versorgt. Und dieser OP gibt das Signal 
direkt an den ADC weiter.

Autor: Anja (Gast)
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Martin L. schrieb:
> Da der OP eine
> PSRR in Höhe von 125dB denke ich nicht dass das was ausmacht aber ich
> gehe lieber auf nummer sicher. Kennt sich da jemand aus?

Bei Welcher Frequenz hat Dein OP 125dB?
Und welche Frequenz steckt in den Flanken deines Ripples?
Welche Gleichtaktstörungen werden zusätzlich produziert?

Ich habe hier Referenzspannungsquellen die um bis zu 4 mV vom Normalwert 
abweichen wenn das "falsche" Steckernetzteil dran hängt. Je nach 
parasitären Kapazitäten der Schaltung.

Ist natürlich ganz praktisch beim Abgleichen: man braucht nur an der 
richtigen Stelle die "Hand auflegen".

Gruß Anja

Autor: loxagon (Gast)
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Anja schrieb:
> Bei Welcher Frequenz hat Dein OP 125dB?
> Und welche Frequenz steckt in den Flanken deines Ripples?
> Welche Gleichtaktstörungen werden zusätzlich produziert?

Ich denke die PSRR von min 125dB geht nur bis 10Hz oder so. Ganz 
ersichtlich ist das nicht in dem Datenblatt. Aber soweit ich weiß, 
gelten die ja immer nur für sehr niedrige Frequenzen.
Welche Frequenz in den Flanken steckt weiß ich auch nicht, da das 
Netzteil nicht vorliegt kann ich es nicht messen. Ich wollte es 
bestellen. Undzwar geht es um das MeanWell MWS2512. Der OP kriegt nur 
das Signal von dem Sensor, sonst nichts. Also werden keine zusätzlichen 
Gleichtaktsignale produziert.

Autor: Wilhelm F. (ferkes-willem)
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Martin L. schrieb:

>Da der OP eine PSRR in Höhe von 125dB denke ich
>nicht dass das was ausmacht aber ich gehe lieber
>auf nummer sicher. Kennt sich da jemand aus?

Es sollte doch aber kein Problem sein, Ripple aus einem Netzteil zu 
unterdrücken? Entweder schaltet man hinter das Netzteil noch mal z.B. 
einen Low-Drop-Festspannungsregler, die einfachen Typen haben da nochmal 
eine Line-Unterdrückung um die 60..80dB, oder man nimmt ein PI-Glied aus 
2 Kondensatoren und Widerstand (oder besser Spule), wie es auch früher 
schon z.B. in Telefonnetzteilen gemacht wurde, um im Sprechkreis keinen 
Brumm mehr zu hören.

Oder bist du gezwungen, jedes Bauteil einzusparen?

Autor: Anja (Gast)
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Wilhelm Ferkes schrieb:
> Es sollte doch aber kein Problem sein, Ripple aus einem Netzteil zu
> unterdrücken?

Bei Gleichtaktstörungen kommt der Ripple auch über die Masseleitung und 
wird dann an den Eingangsschutzdioden des OPs gleichgerichtet (wirkt 
sich dann wie ein variabler Offset aus). Die (kapazitive) Abstrahlung 
des Ripples geht über die Eingangsleitungen.

Induktivitäten bringen oft nur Faktor 3 Unterdrückung von 
Gleichtaktstörungen. (Verhältnis Resonanzimpedanz z.B. 1000 Ohm zu 
Wellenwiderstand der Luft = 377 Ohm).

Es hat schon einen Grund warum in hochwertigen Meßgeräten (>20 Bit) oft 
lineare Trafos mit Schirmwicklungen eingesetzt werden.
Bei 16 Bit kommt es auf einen Versuch an.

loxagon schrieb:
> Also werden keine zusätzlichen
> Gleichtaktsignale produziert.

Nur die, die das Schaltnetzteil produziert. Und das sind je nach Aufbau 
(unterschiedliche parasitäre Kapazitäten im Aufbau z.B. Schalttransistor 
am Kühlkörper) nicht wenige.

Gruß Anja

Autor: loxagon (Gast)
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Ok, also können wir diese Rippel dooch tatsächlich die Messung 
versauen?! Das hätte ich nicht gedacht!

Ich verstehe aber immernoch nicht ganz warum das so ist. Wieso wirkt 
sich das auf mein Signal (0-10V) aus, wenn ich den mit +12V versorge. 
Mit den Rippel habe ich dann entweder 12,1V oder 11,9V. Wenn ich den OP 
jetzt bis 12 V nutzen wollte,könnte ich das ja verstehen aber so nicht.
Kann mir das bitte nochmal erklärt werden?

Danke und Gruße

loxagon

Autor: Anja (Gast)
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loxagon schrieb:
> Wenn ich den OP
> jetzt bis 12 V nutzen wollte,könnte ich das ja verstehen aber so nicht.

Dem OP ist es egal ob du +12V zur Spannung sagst oder -12V. Die + und - 
Leitungen sind beide "verseucht". Entscheident ist wie der Störstrom 
über die Luft (parasitäre Kapazität) wieder zurück zum Netzteil fließt.

Gruß Anja

Autor: loxagon (Gast)
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Anja schrieb:
> loxagon schrieb:
>> Wenn ich den OP
>> jetzt bis 12 V nutzen wollte,könnte ich das ja verstehen aber so nicht.
>
> Dem OP ist es egal ob du +12V zur Spannung sagst oder -12V. Die + und -
> Leitungen sind beide "verseucht". Entscheident ist wie der Störstrom
> über die Luft (parasitäre Kapazität) wieder zurück zum Netzteil fließt.
>
> Gruß Anja


Sorry, aber diese Antwort hat mir nicht geholfen :(
Was meinst du damit?

Das es dem OP recht schnuppe ist, ob er jetzt mit +12V oder mit -12V 
versorgt wird, ist mir klar. Das ist auch nicht das Problem, sondern ob 
das mein Signal vom Sensor beeinflusst, bzw. das mein Signal verfälschen 
kann, wenn in der Versorgungsspannung Rippel in Höhe von 100mV Vpp 
auftreten.

Autor: Kevin K. (nemon) Benutzerseite
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nennt sich im Datenblatt PowerSupply Ripple Reduction (PSRR)

Autor: loxagon (Gast)
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Kevin K. schrieb:
> nennt sich im Datenblatt PowerSupply Ripple Reduction (PSRR)

Soweit waren wir schon, s.o.

Autor: Bastler2 (Gast)
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Ich nehme an, das von den 16 Bit mindestens 14 übrig bleiben sollen, 
sonst ist so ein Wandler Geldverschwendung.
Wenn es um messen und nicht um schätzen geht, gilt:
Störungen verbannen wo immer möglich!
Empfehlung meinerseites:
Hinter das Netzteil einen niederohmigen LC-Tiefpass (fg mindstens Faktor 
10 kleiner als Rippelfrequenz), damit einen low-noise-Linearregler 
speisen. Wenn es richtig gut werden soll noch ein PI-Filter direkt an 
die Versorgungspins des OPs.
Und vorallem: Keine Störquellen, wie Rechteckoszillatoren o.ä. aus der 
selben Versorgung speissen.
Normale Digitalbausteine sind ok., sofern die gut gepuffert sind und ein 
Pi-Filter davor sitzt (das verhindert nicht nur Abstrahlung zum 
Baustein, sondern auch von ihm weg).
Aber das alleine ist noch keine Garantie, dass es gut funktioniert:
Das Layout genauso wichtig. Wenn du eine einseitige Platine machst, lass 
den LC-TP und das PI-Filter weg und ersetzt den Low-noise-Regler durch 
einen 78xx, Aufwand und Kosten zahlen sich dann nicht aus.

Ich will nicht den Eindruck erwecken, dass das eine Kunst ist. Sofern 
man den höheren Aufwand in Kauf nimmt und sich um das Layout Gedanken 
macht ist das kein Voodoo, sondern nur Erfahrung, die man sammeln muss.

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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>Ich will nicht den Eindruck erwecken, dass das eine Kunst ist.

16bit sollte man mit einem einlagigen Layout vergessen. Selbst bei einem 
zweilagigen Design sind sie sportlich. Ich wuerd den OpAmp seinlassen 
und einen ADC  mit eingebautem Verstaerker verwenden. Der OpAmp muss 
dann eben auch noch 16bit tauglich sein und ein eingebauter ist das eben 
schon.

Autor: Bastler2 (Gast)
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>16bit sollte man mit einem einlagigen Layout vergessen.
Wenn du meinen Beitrag aufmerksam gelesen hättest, wäre die aufgefallen, 
dass ich genau das ausgesagt habe.

>Selbst bei einem zweilagigen Design sind sie sportlich.
Sportlich vieleicht, aber möglich.

>Der OpAmp muss dann eben auch noch 16bit tauglich
Definiere "16bit tauglich" doch bitte einmal...

Autor: loxagon (Gast)
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Warum sollte man damit kein einlagiges Layout anfertigen?

Autor: Wilhelm F. (ferkes-willem)
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Anja schrieb:

>Induktivitäten bringen oft nur Faktor 3 Unterdrückung von
>Gleichtaktstörungen. (Verhältnis Resonanzimpedanz z.B.
>1000 Ohm zu Wellenwiderstand der Luft = 377 Ohm).

Nein, ich sprach nicht von einer Resonanztransformation, sondern vom 
Störfilter. Das ist exakt das Gegenteil.

Da ich gelegentlich auch schon mal mit messtechnischen Anwendungen zu 
tun hatte, wobei z.B. ein frei schwingender Oszillator keinesfalls wegen 
Störungen an der Versorgungsspannung jittern durfte: Da wurden Pi- 
(C-L-C) bzw. T-Filter (L-C-L) eingesetzt, wobei man die Resonanz sehr 
weit weg von Störfrequenzen wählt. Die T-Filter hauptsächlich, um 
einzelne Funktionsinseln auf der Platine störfrequenzmäßig voneinander 
zu entkoppeln. Vom Aufwand her war sowas auch nichts weltbewegendes, nur 
3 kleine SMD-Bauteile. Zum Design gibt es gelegentlich Application 
Notes, wo sowas auch exakt beschrieben ist.

Diese Pi- und T-Filter kann man sogar wunderbar simulieren, und 
beobachten, wie sie nach dem Einschalten erst mal mit der Eigenresonanz 
abklingen...

Dann habe ich hier etwas Literatur für den praktischen Umgang mit OPs 
herum liegen. Ganz gleich der PSRR und anderer Parameter, es wird dort 
immer die sauberste Speisespannung betont.

Andererseits gibt es z.B. schöne 24-bit-ADC, wobei der OP 
(Instrumentationsverstärker) dort integriert ist, lasergetrimmt, und per 
µC-Schnittstelle einstellbare Verstärkungen hat. In der Regel kann man 
da 19-20 bit von 24 bit verwenden. Ich hatte mit so einem Teil mal 
experimentiert, hatte auch einstellbare Notch-Filter für deutsche und 
amerikanische Netzfrequenz und deren Harmonischen. Da muß man nochmal 
was drauf legen für eine anständige Referenzspannung. Aber Spaß machte 
das schon. Schön, allerdings auch teuer.

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Ein 16bit tauglicher OpAmp hat eine hinreichend hohe Openloop 
Verstaerkung um auch die passende Ripple Rejection und einen genuegend 
kleinen Restfehler zu bringen. Manche Hersteller nennen diese OpAmps 
"Precision Amplifier". Ein LM324 ist nicht 16bit tauglich.

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