Hallo!
Ich spiele mit dem Gedanken einen true LogAmp (LOG101 von BurrBrown)
einzusetzen. Dieser soll die Dynamik eines Sensorsignales verkleinern,
damit ich es besser (Ausnützung der Full Scale Range) mit einem 24-Bit
Sigma-Delta ADC für einen DSP digitalisieren kann. Die Log Funktion soll
anschliessend im DSP wieder zurück gerechnet werden und das Signal
"normal" verarbeitet werden.
Theoretisch sollte das ganze eigentlich sehr gut funktionieren. Jedoch
habe ich keinerlei Erfahrung was den praktischen Einsatz solcher Amps
angeht. Unglücklicherweise habe ich im Netz auch nicht viel zu diesem
Thema gefunden. Man findet tonnenweise Material über optische
Absortionsmessungen, wofür diese Amps wohl häufig eingesetzt werden.
Ich sehe das hauptproblem in der passenden Beschaltung und der
Genauigkeit dieser Amps. Die meisten haben Stromeingänge von 1nA bis 1mA
o.ä. D.h. ich müsste mein Messsignal (Spannungssignal) in einen
entsprechenden kleinen Strom wandeln. Hier habe ich so meine Zweifel ob
das klug ist. Verlagere ich mein Messsignal in so einen tiefen
Strombereich bin ich doch dann extrem empfindlich auf eingekoppelte
Störströme bzw. schon vorhandene Rauschsströme. Das erscheint mir als
gewichtiger Nachteil. Der recht grosse Fehler dieser LogAmps kommt noch
dazu.
Bin ich total auf dem Holzweg oder macht es tatsächlich Sinn solche
LogAmps vor einem ADC einzusetzen? Bzw. wird das tatsächlich heute noch
gemacht?
Villeicht noch zum Hauptproblem: Ich habe ein Sensorsignal, welches bei
einer bestimmten Frequenz (tief, z.b. typish 33 Hz, max. 250 Hz)) einen
Anteil aufweist, der interessiert. Nun hat das Signal aber auch noch
Komponentne mit Amplituden die z.B. 10 fach so gross sind (Störungen
eines FU bei 680 Hz). Das Nutzsignal soll nun mit einem digitalen
Bandpasss vom Rest getrennt werden. Dieser Teil ist nicht das Problem.
Das Problem ist jedoch, dass ich das Sensorsignal nicht ausreichend
verstärken kann, um den Nutzanteil ausreichend genau aufzulösen, da dann
der Störanteil den Verstärker in die begrenzung treibt. Möglichkeiten
sind nun, entweder den Störanteil durch ein analoges Filter entfernen
(eher unerwünscht) oder eben das Signal entsprechneden komprimieren,
digitialisieren, expandieren, filtern et voilä.
Ich hoffe das war verständlich und es findet sich jemand, der einwenig
Erfahrung mit diesen LogAmps hat.
Vielen Dank!
Es gibt drei Gründe die gegen den LogAmp sprechen.
1. Du hast schon einen hoch auflösenden 24bit-ADC
2. Du hast kein Strom- sondern ein Spannungssignal.
3. Die Bandbreite des LogAmps ist indiskutabel lausig bei kleinen
Strömen.
Zusammenfassung:
Ich finde keinen Grund der in deiner Anwendung für den Einsatz eines
LogAmp spricht. Ehrlich gesagt sind die LogAmps so etwas wie die
Dinosaurier der Elektronik. Sie sind hoch spezialisiert auf ganz wenige
Anwendungen. In 99,999% der Anwendungen bringen sie mehr Nachteile als
Vorteile. Da spendiert man heutzutage das Geld besser in einen sehr
guten ADC.
Vielen Dank für deine Antwort.
In diesem Falle würdest du die andere Lösungsvariante vorschlagen?
Steiles analoges Filter, dass alles ausserhalb des Nutzfrequenzbereiches
(5Hz - 250Hz) abtrennt?
Der hochauflösende ADC bringt mir ja insofern nichts, da die
Störamplitude einiges grösser (5-10 fache amplitude) ist als das
Nutzssignal und ich somit nur wenig verstärken kann, bis der Verstärker
an die Rails kommt. Was dann wiederum dazu führt, dass ich die FSR des
ADC fast gar nicht ausnützen kann.
Die Grundidee der DSP Lösung war es ja gerade, die Anforderung an
analoge Filter zu minimieren bzw. diese ganz wegzulassen. Es scheint
jedoch, dass dies anscheinend doch nicht möglich ist.
ADC schrieb:> Villeicht noch zum Hauptproblem: Ich habe ein Sensorsignal, welches bei> einer bestimmten Frequenz (tief, z.b. typish 33 Hz, max. 250 Hz)) einen> Anteil aufweist, der interessiert. Nun hat das Signal aber auch noch> Komponentne mit Amplituden die z.B. 10 fach so gross sind (Störungen> eines FU bei 680 Hz). Das Nutzsignal soll nun mit einem digitalen> Bandpasss vom Rest getrennt werden.
Ich würde ich analog filtern bzw. vorfiltern.
Der log Amp hat nur begrenzte Genauigkeit. Da sind die Fehler und das
Rauschen größer als wenn das Signal direkt an den 24 Bit AD geht - auch
wenn da die Amplitude des Nutzsignal nur sehr klein ist. Gerade wenn das
Störsignal so groß ist, gibt der log.Amp Probleme, denn dann bestimmt
das Störsignal die Skalierung. Dazu kommt noch das Problem mit negativen
Werten. Ein Logamp wäre ggf. richtig wenn das Nutzsignal selber eine
sehr große Dynamik hat, etwa bei Leckstömen, die irgendwo zwischen ein
paar fA und µA liegen, je nach Temperatur. Dann aber auch eher mit einem
12 Bit AD dahinter.
Ein analoger Filter kann helfen muss aber nicht besonders steil sein -
kleine Veränderungen des Nutzsignal kann der DSP ggf. kompensieren. Wenn
die Störfrequenz relativ fest liegt, hilft ggf. eine Bandsperre für die
eine Frequenz mehr als ein Bandpass für das Nutzsignal. So lange das
Störsignal nur 10 mal größer ist, geht es auch noch ohne großen analogen
Filter gehen - den braucht man ggf. wenn das Störsignal mehr als 1000
mal größer ist.
Wie wäre es denn das zu messende Signal mit einem Synchrondemodulator zu
demodulieren und nur noch die eigentliche Messgröße zu verstärken und zu
erfassen?
Es macht doch keinen Sinn die in der Amplitude wesentlich größere
Störung, die ja eh keinen Beitrag zur Messgröße liefert, mit zu messen
und dann einen ADC mit übertrieben großem Dynamikbereich zu verwenden?
Vielleicht kommst du so ja auch mit einem 8-12bit ADC aus?
branadic
Ein höher auflösender AD und dann ein DSP zur digitalen Filterung ist
schon keine so schlechte Lösung. Auch die moderneren Lockin-verstärker
machen das so - zumindest in dem Frequenzbereich.
Ulrich schrieb:> Ein höher auflösender AD und dann ein DSP zur digitalen Filterung ist> schon keine so schlechte Lösung.
Bevor ich ein 24bit-ADC-System realisieren würde, würde ich mir
überlegen, ob es nicht sinnigere Altertiven gibt. Synchrondemodulation
ist bspw. eine solche. Lockin-Verstärker wären auch eine, wenngleich ich
die Anfrage so verstanden habe, dass das Signal noch deutlich auf dem
Träger zu sehen ist.
Mit einem 24bit ADC allein ist es längst nicht getan und man reißt eine
riesen Baustelle auf (Referenz, Spannungsversorgung, Schaltungskonzept,
Layout/Leiterplattendesign, Schirmung/Gehäusedesign,
Temperaturstabilität), die wahrscheinlich gar nicht nötig wäre. Ich
persönlich würde einen weg beschreiten, mit dem ich mir diesen Aufwand
nicht geben müsste.
Aber lass dich nicht aufhalten, die Gefahr auf die Nase zu fallen ist
aber bitte nicht zu verschweigen.
branadic
ADC schrieb:> Der hochauflösende ADC bringt mir ja insofern nichts, da die> Störamplitude einiges grösser (5-10 fache amplitude) ist als das> Nutzssignal und ich somit nur wenig verstärken kann
Bei einem 24-bit ADC bleiben dir noch 20,6 .. 21,6 Bit für dein
Nutzsignal. Wie sauber ist denn dein Nutzsignal überhaupt?
So ein LogAmp dient der Dynamikkompression.
Es geht bei den dazu passenden Anwendungsfällen darum, über
einen weiten Amplitudenbereich, ohne Sprünge durch
Bereichsumschaltungen, QUALITATIVE (!) Aussagen zu bekommen.
Bei Spektrum-Analysatoren will man z.B. wissen, wie gut
mögliche Störprodukte etc. unterdrückt werden.
Man will sehen, ob ihr Pegel 1/100, 1/2000, oder 1/1000000
des Nutzsignals ist. Es ist wurscht, ob sie 491,75-fach,
oder 491,76-fach kleiner sind, wenn 1/500 gefordert ist.
Was aus einem LogAmp herauskommt, ist für einen 10 Bit-ADC
angemessen.
LOG101
LOG CONFORMITY ERROR: (5 decades) 0.01...0.2%
