Start-Störungen bei DA-Converter

[Bo G. (boge-ro)]

Hallo Forum,

Ich nutze die Schaltung im Anhang 1 (DAC-Teil.pdf) zur Erzeugung dreier 
Analogspannungen. Die Verbauten DA-Converter sind vom Typ LTC1257, die 
Optokoppler HCPL2631 und die 10V-Referenz AD581.

Angesteuert wird das ganze durch einen ATMega644P mit Bascom, Ausschnitt 
siehe Anhang 7 (DAC.bas).


Die Bilder in den Anhängen 2 bis 6 zeigen nun den Ausgang des oberen 
DA-Wandlers.

In den ersten ca. 15 Minuten nach Start des Gerätes nach einer längeren 
Aus-Phase (über nacht) springt die Ausgangsspannung während stets 
wiederholend der selbe Digitalwert an den DA-Converter gesendet wird.
Ein einmalig gesendeter und ins analoge gewandelter Wert würde gehalten 
werden.
Der wahre auszugebene Spannungswert sind ca. 3.65 V.
In Anhang 4 (M6-Bild.png) erhöhe ich manuell die Ausgangsspannung - 
erkennbar sind die sporadischen fehlerhaften Ausgabewerte um den wahren 
Wert.

Diese fehlerhaften Sprünge vermindern sich nach ca. 15 Minuten Betrieb 
und ich erreiche stets stabile und korrekte Analogausgangswerte.
(Bild M7 und M8)


Meine Versuche dem entgegenzuwirken waren bisher:

- setzen des LSB jedes Digitalwertes auf 0 (Verringerung von 12 auf 
11-Bit
=> meiner Meinung nach eine kleine Verbesserung der Situation

- Verringerung der Refreshrate der Analogausgabe (Ausgabepause ca. 25 
ms)
=> klare Verbesserung, aber nur dadurch, da die Fehler ja nur bei 
Aktualisierung der DA-Wandler-Latche auftreten und diese Aktualisierung 
nun seltener vorgenommen wird.
In Anhang 5 (M7 - Bild) ist die Auswirkung der beschnittenen Refreshrate 
erkennbar

- Variation der Delays im Shiftout-Befehl
=> keine Veränderung

Umgebungsbedingungen
Das System steht in trockener Umgebung bei niedrigen, bis normalen 
Innenraumtemperaturen



Wer hat eine Idee, wodurch diese Störungen auftreten?
Wie könnte ich denen noch entgegenwirken?


Vielen Dank im Vorraus

Bo Ge

[Michael D. (etzen_michi)]

Was passiert wenn du ein wenig auf das IC klopfst?

[Bo G. (boge-ro)]

Michael D. schrieb:
> Was passiert wenn du ein wenig auf das IC klopfst?

hmmm, für heute sind die 15 min Störungen überstanden und die wirkliche 
Funktion erreicht. Somit muss ich mir das klopfen für morgen aufheben.

auf welches IC soll ich denn klopfen? auf die DA-Wandler? die 
Optokoppler?

[Dietrich L. (dietrichl)]

Die Schaltung kann man so schlecht lesen :-( Daher die Fragen:
- Wie sieht es mit Stützkondensatoren aus?
- wie/wo sind die GNDs verbunden? HF-mäßig solide verdrahtet?

Gruß Dietrich

[friedrich (Gast)]

Hallo BoGe,

ich vermute dass nicht fehlende Stützkondensatoren oder HF-Probleme für 
derart große Sprünge verantwortlich sind. Die Länge der Sprünge sieht 
mir danach aus, dass bei der Übertragung etwas schiefgeht da anscheinend 
der (falsche) Wert in den Wandler geschrieben wird und dann ausgegeben 
wird. Versuche Dir mal die Übertragung (HW) genau anzusehen (Zeitablauf 
Daten, Clock, Latch), speziell was am Wandler ankommt. Ich vermute da 
Unsauberkeiten hinsichtlich Setup/Hold-Zeiten.

Grüße

[Meine Güte (Gast)]

Der DAC hat eine interne Referenz die aber von aussen "überschrieben" 
werden kann.
Deine externe Referenz hat 10V, die du auf diesen Ref-Pin gibst.
Kann es sein, dass du damit den DAC vergewaltigst?

[Bo G. (boge-ro)]

Meine Güte schrieb:
> Der DAC hat eine interne Referenz die aber von aussen "überschrieben"
> werden kann.
> Deine externe Referenz hat 10V, die du auf diesen Ref-Pin gibst.
> Kann es sein, dass du damit den DAC vergewaltigst?

im Datenblatt vom LTC1257 steht:
An external reference can be used to override the internal reference and 
extend the output voltage range to 12V

und in den Maximum Voltage Ratings:
REF ................................................ – 0.5V to VCC + 
0.5V

Die verwendete VCC beträgt 15V - ich denke damit liege ich in den 
wichtigen Schranken.



friedrich schrieb:
> Autor:
>
>         friedrich (Gast)
>       Datum: 08.11.2011 11:48
>
>       Hallo BoGe,
>
> ich vermute dass nicht fehlende Stützkondensatoren oder HF-Probleme für
> derart große Sprünge verantwortlich sind.

Hallo Friedrich,

an Optokoplern und DA-Wandlern habe ich tatsächlich keine 
Stützkondensatoren. Der ATMega selber ist wie (hoffentlich) wie vom 
Datenblatt gewünscht verschaltet:
- 100nF von VCC nach GND
- 100nF von AVCC nach GND und 10 mH von AVCC nach VCC
- 100nF von AREF nach GND
- 20kOhm Pullup am RESET

friedrich schrieb:
> Die Länge der Sprünge sieht
> mir danach aus, dass bei der Übertragung etwas schiefgeht da anscheinend
> der (falsche) Wert in den Wandler geschrieben wird und dann ausgegeben
> wird

Mich wundert ja ebenfalls, das die Amplitude der Sprünge stets bestimmte 
identische Level erreicht - da diese Level auch stets ein ganzes Ende 
vom wahren Wert entfernt waren, deutete dies für mich auf Fehler in 
höherwertigen Bits hin.
Bloß Testausgaben und sonstige veränderte Ansteuerungen funktionieren ja 
problemlos nach den jeweils ersten 15 min - daher denke ich, dass das 
grundsätzliche Timing wie auch die Hardware stimmen muss.



Dietrich L. schrieb:
> Die Schaltung kann man so schlecht lesen :-( Daher die Fragen:
> - Wie sieht es mit Stützkondensatoren aus?
> - wie/wo sind die GNDs verbunden? HF-mäßig solide verdrahtet?
>
> Gruß Dietrich

Zu den verbundenen GNDs: mit dem GND des Mikrocontrollers ist lediglich 
die Sendediode der Optokoppler verbunden. Der gesamte rechte Teil des 
Schaltplans wird durch einen 3W-DC/DC-Wandler gespeist, welcher aber 
hinter dem 5V SNT für den Mikrocontroller hängt.
Mein Ziel war es, die Analogwerte potentialgetrennt von der Logik zu 
haben.

Hmm, ob die Verdrahtung HF-mäßig solide ist, kann ich leider nicht 
beurteilen.


Was mir die Fehlersuche schwer macht ist der Umstand, dass alles nach 
ca. 15 min Betrieb (für mich) perfekt funktioniert. Die ganze Zeit, ion 
der alles ordentlich funktioniert lässt mich stets glauben, es kann 
eigentlich nur Hardware sein und da eigentlich auch nur die 
Chip-Interna.

[Purzel H. (hacky)]

Schau mal die Signale aus dem Optokoppler mit dem Scope an. Dann koennte 
es eine thermische Geschichte sein. Also mit Warmluft und Kaeltespray 
drauf.

[Dietrich L. (dietrichl)]

Bo Ge schrieb:
> Zu den verbundenen GNDs
Die Trennung zwischen µC und DAC über Optokoppler ist ja schon gut. 
Diese beiden GNDs meinte ich auch nicht, sondern alle GNDs auf der 
DAC-Seite.

Bo Ge schrieb:
> es kann
> eigentlich nur Hardware sein und da eigentlich auch nur die
> Chip-Interna.
Wenn das Timing knapp ist oder die Pegel (wegen Spikes/GND-Problemen), 
kann das durchaus eine Zeit gut gehen. Mit Erwärmung driften alle Werte 
etwas.

Bo Ge schrieb:
> an Optokoplern und DA-Wandlern habe ich tatsächlich keine
> Stützkondensatoren.
Ohne Cs ist das schon gar nichts! Bau da zuerst mal ein paar Cs ein und 
mach den GND zwischen DC/DC-Wandler, Optokoppler und DAC solide (Draht 
so um die 1mm Durchmesser).

Gruß Dietrich

[friedrich (Gast)]

Hallo BoGe,

>Mich wundert ja ebenfalls, das die Amplitude der Sprünge stets bestimmte
>identische Level erreicht - da diese Level auch stets ein ganzes Ende
>vom wahren Wert entfernt waren, deutete dies für mich auf Fehler in
>höherwertigen Bits hin.

Das deutet nach menier Vermutung auf eine Timingfehler bei der 
Datenübertragung hin.

>Bloß Testausgaben und sonstige veränderte Ansteuerungen funktionieren ja
>problemlos nach den jeweils ersten 15 min - daher denke ich, dass das
>grundsätzliche Timing wie auch die Hardware stimmen muss.

Ein GRUNDSÄTZLICHES Timing gibt es nicht. Das Timing anhand des 
Datenblattes des DACs ist sicherzustellen, inclusive Setup und 
Holdzeiten speziell auch bei solch analogen Übertragern wie den 
Optokopplern. Stelle bitte erst sicher dass die Daten sicher in den ADC 
geschrieben werden - also Takt, Daten und LOAD/Latch prüfen.