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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Kurze Frage an ADC Profis


Autor: Digitalniete (Gast)
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Hey

Ich habe ein Signal welches langsam ansteigt und dann plötzlich 
schnell.Das Signal ist bereits auf einen Bereich von 5V angepasst und 
hat etwa folgende Charakteristik:

Langsame Steigung: 11mV / us
Schnelle Steigung: 1400mV/ us

Der Knick kommt immer zu einem anderen Zeitpunkt und wird mit einem 
Differentierer detektiert. Der zugehörige Spannungswert soll dann 
gewandelt werden.
Bsp: Knick nach 250us : ADC soll 2750mV messen. Das Resultat sollte auf 
etwa 50mV genau gemessen werden.

Kann mir jemand sagen ob das mit guten ADC's möglich ist oder ob ich mir 
von vornherein etwas anderes einfallen lassen sollte.

Danke

Autor: Michael H. (michael_h45)
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Digitalniete schrieb:
> Kann mir jemand sagen ob das mit guten ADC's möglich ist oder ob ich mir
> von vornherein etwas anderes einfallen lassen sollte.
50mV sind bei 1400mV/us nach 35ns vorbei. Das ist schon anspruchsvoll.
Du brauchst also eine schnelle Sample&Hold-Stufe.

Wie hoch ist der Spannungs-Fehler, den die Differenzierer-Stufe bereits 
macht?

Autor: Sven P. (haku) Benutzerseite
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Digitalniete schrieb:
> Langsame Steigung: 11mV / us
> Schnelle Steigung: 1400mV/ us
>
> Der Knick kommt immer zu einem anderen Zeitpunkt und wird mit einem
> Differentierer detektiert. Der zugehörige Spannungswert soll dann
> gewandelt werden.
> Bsp: Knick nach 250us : ADC soll 2750mV messen. Das Resultat sollte auf
> etwa 50mV genau gemessen werden.
Eine andere Idee, ich kenne deine Rahmenbedingungen ja nicht:
Mess die Zeit bis zum Knick. Damit steht doch die Spannung schon fest -- 
ganz ohne rumpelnden AD-Umsetzer und solche Spielereien.

Autor: Digitalniete (Gast)
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Michael H. schrieb:

> 50mV sind bei 1400mV/us nach 35ns vorbei. Das ist schon anspruchsvoll.
> Du brauchst also eine schnelle Sample&Hold-Stufe.
>
> Wie hoch ist der Spannungs-Fehler, den die Differenzierer-Stufe bereits
> macht?

Wurde noch nicht dimensioniert, dachte mir die AD Wandlung wird eher zum 
Engpass.

Sven P. schrieb:
> Eine andere Idee, ich kenne deine Rahmenbedingungen ja nicht:
> Mess die Zeit bis zum Knick. Damit steht doch die Spannung schon fest --
> ganz ohne rumpelnden AD-Umsetzer und solche Spielereien.

Das wollte ich zuerst, muss ich aber ausschliessen. Die "langsame" 
Steigung hängt zu stark von der Temperatur ab. Ich brauche einfach die 
Spannung, welche für den Knick nötig ist (um dann in den Strom 
umzurechnen)

Autor: Jens Martin (jens-martin)
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Digitalniete schrieb:
> Langsame Steigung: 11mV / us
> Schnelle Steigung: 1400mV/ us
>
> Der Knick kommt immer zu einem anderen Zeitpunkt und wird mit einem
> Differentierer detektiert. Der zugehörige Spannungswert soll dann
> gewandelt werden.

So wie ich das lese willst du den  Wert messen der anliegt wenn der 
Differenzierer auslöst.

Entweder einen ADC wo der Sample and Hold extern gesteuert werden kann 
oder du speicherst den Wert mit einem schnellen Schalter / Kondensator.

Der Differenzierer löst dann gleichzeitig die Messung aus.

Autor: Digitalniete (Gast)
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Jens Martin schrieb:

> So wie ich das lese willst du den  Wert messen der anliegt wenn der
> Differenzierer auslöst.
>
> Entweder einen ADC wo der Sample and Hold extern gesteuert werden kann
> oder du speicherst den Wert mit einem schnellen Schalter / Kondensator.
>
> Der Differenzierer löst dann gleichzeitig die Messung aus.

Richtig, ich wollte mit dem Differenzierer direkt den Befehl zum wandeln 
geben.
Du würdest einfach mit dem Differenzierer den Schalter schliessen und 
damit eine kleine Kapazität laden? Genau das macht doch jeder ADC schon 
intern?

Autor: Jens Martin (jens-martin)
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Digitalniete schrieb:
> Du würdest einfach mit dem Differenzierer den Schalter schliessen und
> damit eine kleine Kapazität laden? Genau das macht doch jeder ADC schon
> intern?

Ja, du kannst du dir einen raussuchen der einen externen Sync. oder 
Trigger Eingang hat.

Autor: Nachtaktiver (Gast)
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Eine Sache habe ich nicht verstanden:
Liege ich da richtig das der ADC immer 2750mV messen soll?

Dann wäre die bis jetzt schon angesprochene Zeitmessung doch ein 
optimaler
Weg. Ein Externer Interrupt welcher gestartet wird einen Zähler startet, 
und bei der nächsten Bedingung die Zeit ausrechnet. Mit der Zeit kann 
man sich dann ausrechnen ob es die schnelle oder langsame Flanke war.

Und zur Temperaturabhängigkeit:
Das ist doch irgendwie quatsch. Zwischen der langsamen/schnellen 
Anstiegszeit liegt der Faktor 100.(Du willst mir doch nicht sagen das 
dein Signal (mit der langsamen Anstiegsrate) einen Temperaturgang von 
+10.000% im Arbeitsbereich hat?)

Oder völlig anders gesagt:
Was soll das ganze wirklich machen?

Autor: Digitalniete (Gast)
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Nachtaktiver schrieb:
> Eine Sache habe ich nicht verstanden:
> Liege ich da richtig das der ADC immer 2750mV messen soll?
>
> Dann wäre die bis jetzt schon angesprochene Zeitmessung doch ein
> optimaler
> Weg. Ein Externer Interrupt welcher gestartet wird einen Zähler startet,
> und bei der nächsten Bedingung die Zeit ausrechnet. Mit der Zeit kann
> man sich dann ausrechnen ob es die schnelle oder langsame Flanke war.
> Oder völlig anders gesagt:
> Was soll das ganze wirklich machen?

Der ADC misst die Spannung beim Knick, der Knick kann aber zu einem 
beliebigen Zeitpunkt eintreffen. Die langsame Steigung ist durch das 
mu_r meines Ferromagneten bestimmt, bei der grossen Steigung ist 
praktisch mu_0. mu_r ist aber bis um einen Faktor 2 temperaturabhängig. 
Ich will Strom über einen grossen Temperaturbereich damit messen, 
deshalb brauch ich die Spannung beim Knick.

Autor: (Gast) (Gast)
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Die 2750mV waren nur ein Beispiel; bei 11mv/µs und Knick bei 2750mV 
dauerte das 250us.

Es geht darum, dass man aus der Zeit bis zum Knick nicht genau die 
Spannung am Knick berechnen kann, weil die 11mV/µs zu ungenau sind.

Wie wärs damit: Lade während der langsamen Flanke eine kleine Kapazität 
mit auf. Wenn der Knick detektiert wird, öffne den Kontakt zu diesem 
Kondensator, so dass er nicht weiter lädt. Dann hat der µC anschließend 
genug Zeit, die Spannung des Kondensators zu messen.
Der Kondensator muss einerseits eine größere Kapazität haben als der 
interne Sample/Hold, aber größere Kapazitäten könnten andereseits 
natürlich das Signal verschleifen, musst halt schauen, wie stark Du das 
Signal kapazitiv belasten kannst.
Ansonsten externer ADC, wie oben schon genannt.

Autor: Digitalniete (Gast)
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Jens Martin schrieb:

> Entweder einen ADC wo der Sample and Hold extern gesteuert werden kann
> oder du speicherst den Wert mit einem schnellen Schalter / Kondensator.
>
> Der Differenzierer löst dann gleichzeitig die Messung aus.

Wieso denn Sample and Hold extern? Ich habe hier Datenblätter von ADC's 
wo Sample & hold integriert ist?! Hat man extern einfach mehr zur 
Auswahl oder was ist genau genau das Problem?

Autor: (Gast) (Gast)
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Die extrem schnelle Ansteuerung. Der ADC hat nur 35ns Zeit, um 
rechtzeitig zu reagieren, das ist sehr wenig (siehe post#2) - zu wenig 
für den µC. Bis der startet, ist die Spannung schon weggerannt.

Autor: Maik Fox (sabuty) Benutzerseite
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(Gast) schrieb:
> Die extrem schnelle Ansteuerung. Der ADC hat nur 35ns Zeit, um
> rechtzeitig zu reagieren, das ist sehr wenig (siehe post#2) - zu wenig
> für den µC. Bis der startet, ist die Spannung schon weggerannt.

Man sollte nicht vergessen, dass auch der Differenzierer nicht in 0fs 
schaltet.

Wenns nur ein Einzelstück und richtig gut werden soll, würde ich das 
Digital lösen und einen ausreichend schnellen, dauerlaufenden ADC 
verwenden, der seine Ergebnisse in einen FIFO packt.  Ein FPGA würde 
sich dann anbieten, alternativ Zähler + Triggerschaltung, die die 
Aufzeichnung stoppt.

Ich glaube, einer der Logikanalysatoren hier im Forum, der mit 
Zähler+SRAM aufgebaut ist, konnte auch mit einem ADC zusammenarbeiten. 
Triggerschaltung drangebastelt und so angepasst, dass er mit der 
Aufzeichnung stoppt, wenn der Trigger auslöst. Danach darf dann der 
Mikrocontroller die letzen x Werte differenzieren und sich den passenden 
raussuchen.

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