Hallo, Ich möchte ein Voltmeter aufbauen mit Hilfe eines externen ADC. Ist die Eingangsbeschaltung für bis zu 50V so in Ordnung? Was könnte ich daran verbessern? Zum Abgleich der Spannungsteiler werde ich zusätzlich Spindeltrimmer benutzen. Außerdem werde ich eine Software Kalibrierung machen. Erreiche ich so eine gute Genauigkeit bei 14-16 bit Auflösung? D1 und D10 werden vermutlich 5,1V Z-Dioden werden. Über Verbesserungen wäre ich dankbar.
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Beachte die Input Impedance des ADC. Die wird dein Meßergebnis erheblich verfälschen, wenn du so große Widerstandswerte in den Spannungsteilern verwendest. Generell wird die dein Meßergebnis immer verfälschen, wenn du nicht einen hochohmige OP-Amps vor die Eingänge schaltest. Die bringen allerdings wiederum den Nachteil mit, dass sie rauschen. Rauschen könnte man aber wiederum per Software heraus rechnen (mittelwert bilden). Statt Spindeltrimmer könnte man die Fein-Justierung auch per Software machen. Dort wirst du warscheinlich sowieso mit irgendeinem Faktor multiplizieren, um den Messwert anzuzeigen. Mache den Faktor einfach konfigurierbar.
Wenn den Eingang (die Messung) bis zu 50V gehen soll, darf der Spannungsteiler nicht 1/10 haben, denn die Z-Diode wird schon vorher ein bischen leitfähig und hat auch eine Toleranz. Und mit der Vcc bzw. Referenzspannung des ADC muss man auch sehen. Also Vorteiler auf 1/12 oder 1/15 setzen, sowas. Kleines C an den AD Eingängen macht auch Sinn, siehe mal hier http://open.e-voron.dp.ua/ch-c3200/?lang=en
Michael N. schrieb: > D1 und D10 werden vermutlich 5,1V Z-Dioden werden. Lass sie einfach weg und ersetze sie durch kleine Cs 1-10nF.
Ich hab mir gerade noch das Datenblatt angeschaut. Die Common Mode Input Impedance liegt bei 25M Ohm und die Differential Input Impedance liegt bei 2,25M Ohm / Gain. Da ich ja differentiell messen möchte, wird für mich wohl die Differential Input Impedance wichtig sein. Da siehts dann ja wirklich nicht gut aus wenn ich davor gut 1M Ohm im Spannungsteiler habe. Gibts da ne andere Lösung? Ansonsten werde ich OPs benutzen und den Fehler bestmöglich rausrechen. Wegen den Spindeltrimmern könnte ich gut nen offset Wert nehmen der mit einberechnet wird. Wie sieht es mit der Zuverlässigkeit aus, wenn ich die Z-Dioden weglasse und dan doch mal mehr als 50V "erwische"? Sollte nicht passieren, da ich immer unter 50V mit meinem Experimenten bin, aber es soll bei einem Fehler nicht gleich alles zerschießen. Die Schaltung schau ich mir mal genauer an, danke.
Michael N. schrieb: > Ist die > Eingangsbeschaltung für bis zu 50V so in Ordnung? Dir ist aber schon klar daß der ADC bis maximal 2.048V Eingangsspannung messen kann. Du brauchst also einen Eingangsspannungsteiler ca 1:25 Michael N. schrieb: > Was könnte ich daran > verbessern? Was für Widerstände willst Du denn verwenden um die Eigenschaften des A/D-Wandlers nicht zu verschlechtern? Die beiden Spannungsteiler gegen Masse erfordern einen extremen Gleichlauf der Widerstände ansonsten gibt es Gleichtaktfehler die einen zusätzlichen Offset generieren. Michael N. schrieb: > Zum Abgleich der Spannungsteiler werde ich zusätzlich Spindeltrimmer > benutzen. Deine Referenzspannung hat 15ppm/K Temperaturdrift. Ein guter Spindeltrimmer ca 100-200ppm/K Gruß Anja
Anja schrieb: > Dir ist aber schon klar daß der ADC bis maximal 2.048V Eingangsspannung > messen kann. > > Du brauchst also einen Eingangsspannungsteiler ca 1:25 Hm guter Hinweis, verstehe dann aber nicht warum ich eine differentielle Eingangsspannung von 5V (VDD 5V vorausgesetzt) anlegen kann. Aber gut, den Spannungsteiler anzupassen sollte ja nicht das Problem sein. Anja schrieb: > Was für Widerstände willst Du denn verwenden um die Eigenschaften des > A/D-Wandlers nicht zu verschlechtern? > Die beiden Spannungsteiler gegen Masse erfordern einen extremen > Gleichlauf der Widerstände ansonsten gibt es Gleichtaktfehler die einen > zusätzlichen Offset generieren. Wollte wissen ob es eine bessere Alternative zu diesem Spannungsteiler gibt. Ich muss ja nunmal von 50V auf 5V respektive 2,048V runter. Anja schrieb: > Deine Referenzspannung hat 15ppm/K Temperaturdrift. Ein guter > Spindeltrimmer ca 100-200ppm/K Das ist ein Argument, das hab ich bisher nicht bedacht mit der Temperaturdrift. Dann ist es besser einen Offset Abgleich per Software zu machen. Gruß Michael
Michael N. schrieb: > Wollte wissen ob es eine bessere Alternative zu diesem Spannungsteiler > gibt. Operationsverstärker verwenden, z.B. zwei invertierende Verstärker hintereinander schalten mit einer Gesamtverstärkung von z.B. 0,1
Michael N. schrieb: > verstehe dann aber nicht warum ich eine differentielle > Eingangsspannung von 5V (VDD 5V vorausgesetzt) anlegen kann. Das heißt nur daß der ADC nicht zerstört wird solange die Eingangsspannung nicht kleiner als 0V und nicht größer als die Versorgungsspannung ist. Michael N. schrieb: > Wollte wissen ob es eine bessere Alternative zu diesem Spannungsteiler > gibt. Ich muss ja nunmal von 50V auf 5V respektive 2,048V runter. Wenn Du wirklich +/- 50V messen willst mußt du dafür sorgen daß der -Eingang etwa auf halber Versorgungsspannung (rauscharm) liegt. Dieses Potential wäre dann dein Massebezug für die Eingangsspannung. Schade daß die Referenzspannung nicht herausgeführt ist .... Michael N. schrieb: > und die Differential Input Impedance liegt > bei 2,25M Ohm / Gain. Das ist nur ein Mittelwert mit dem du den mittleren Eingangsstrom berechnen kannst. Die Wahrheit ist daß der ADC (wie alle ungepufferten Sigma Delta ADCs) oberhalb weniger hundert Ohm extrem nichtlinear wird. Und du wahrscheinlich einen Pufferverstärker brauchst: Kapitel 4.6 im Datenblatt: Ideally, the input source impedance should be zero. This can be achievable by using an operational amplifier with a closed-loop output impedance of tens of ohms. Ich würde einen einfachen Spannungsteiler mit 0.1% 15ppm/K Widerständen auf einen Chopper Op-Amp als Spannungspuffer geben. (Massebezug siehe oben). Gruß Anja
Michael Köhler schrieb: > Operationsverstärker verwenden, z.B. zwei invertierende Verstärker > hintereinander schalten mit einer Gesamtverstärkung von z.B. 0,1 Wie sieht denn die Beschaltung für einen OP aus, der eine Gesamtverstärkung von -0.1 hat? Der "-"-Eingang hängt an einem 1:10 Spannungsteiler zwischen Eingangssignal und OP-Ausgang. Michael N. schrieb: > Da siehts dann ja wirklich nicht gut aus wenn ich davor gut 1M Ohm im > Spannungsteiler habe. Da wäre das Stichwort "Instrumentenverstärker" angebracht, d.h. jeweils ein OP in Elektrometerschaltung am Eingang. Stefan Frings schrieb: > Die bringen allerdings wiederum den Nachteil mit, dass sie rauschen. > Rauschen könnte man aber wiederum per Software heraus rechnen > (mittelwert bilden). Gegen Rauschen hilft erstmal ein C in der Gegenkopplung des OPs, um durch einen Tiefpaß die Rauschleistung insgesamt zu verringern. Dann kann man immer noch per SW einen weiteren TP nachschalten.
Michael N. schrieb: > Erreiche > ich so eine gute Genauigkeit bei 14-16 bit Auflösung? Da ich von einem AVR-ADC ausgegangen war, sind mir auch die gewünschten 14-16 Bit zuerst nicht aufgefallen. Daher sind OPVs an den Eingängen zur Signalaufbereitung unbedingt nötig. Aber es könnte auch schon ein OPA2340 reichen, anstatt gleich Chopper einzusetzen. Anja schrieb: > Deine Referenzspannung hat 15ppm/K Temperaturdrift. Ein guter > Spindeltrimmer ca 100-200ppm/K Wenn der Spindeltrimmer nur 1% Widerstände auf Sollwert bringen muß, reduziert sich auch dessen Beitrag zur Drift auf ein Minimum. Per Software abzugleichen ist aber allemal besser.
An alle die mir Tipps gegeben haben: Danke schonmal für die Tipps, so komme ich ein Stück weiter. Ich merke, dass ich mich mehr mit der Thematik ADC beschäftigen muss. Meine einfachen Experimente mit dem AVR ADC sind ja damit nicht vergleichbar. Aber auf dem Steckbrett sollte ich so schonmal weiterkommen. Ich werd ein bisschen herum probieren, bis ich ein gutes Setup gefunden habe. Zusätzlich arbeite ich mich in die Thematik weiter ein. Zum einen werde ich den Spannungsteiler anpassen auf 2,048V und dann zusätzlich OPs vor die Eingänge. Ich denke mal die Z-Dioden spare ich mir dann auch. Gruß und ein schönes Osterfest Micha
So ich habe jetzt die Schaltung wie in meinem ersten Posting aufgebaut um die I2C Verbindung zu testen. Die Schaltung funktioniert jetzt auch. Ich habe alledings die Z-Dioden weggelassen und messe noch nicht differentiell. Für diese einfache Verschaltung bin ich mit dem Ergebniss schon recht zufrieden, Ausgabe schwingt so um 1-10 mV. Jetzt kommt der zweite Schritt, dazu schwanke ich zwischen OPs und Instrumentenverstärker. Bei den OPs liebäugle ich mit den OPA2340 wie von Willi vorgeschlagen und beim Instrumentenverstärker sieht der INA333 sehr nett aus. Was würdet ihr empfehlen? Aufbau mit OPs als Spannungspuffer oder doch einen Instrumentenverstärker? Gruß Michael
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