Forum: FPGA, VHDL & Co. FPGA Spannungsteiler


von Nico G. (coone)


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Hallo zusammen,

ich bin seit einiger zeit hier leser im forum. nun hätte ich da aber 
auch mal ein frage.
dieses thema wurde hier schon mal ein paar mal erwähnt aber ich bin 
immer noch nicht ganz schlau draus geworden, bzw. es war nicht das 
passende dabei.

ich habe hier eine NI PXIe-7962R
http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/de/nid/208166
und analoge drucksensoren die mir ein 5V signal liefern.
also muss ich durch einen spannungsteiler,pegelwandler,etc. das singal 
auf max 3,3V bringen. abgreifen kann ich aber erst vor meinem bnc auf 
smb kabel.

das ganze gilt für 20 kanäle die mit unter 1µs abgetastet werden sollen.
was die sache nicht leichter macht.


ich steh grad ziemlich auf der leitung wie ich das am besten mache.
daher hoffe ich das ihr mir durch eure fachkompetenz weiterhelfen könnt.
vielen dank im vorraus!

von user (Gast)


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Also wenn du analoge Drucksensoren an die Karte anbinden willst, dann 
brauchst du wohl noch AD-Wandler, weil so wie ich das sehe, hat die 
Karte nur Logic-IOs.

von Johannes E. (cpt_nemo)


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Was genau ist denn dein Problem? Ein Spannugnsteiler von 5 V auf 3,3 V 
ist ja nicht so schwer zu berechnen.

Allerdings ist ein FPGA ein digitaler Baustein, um Analogsignale 
einzulesen brauchst du einen A/D-Wandler.

Bitte versuch, deine Frage etwas präziser zu stellen, sonst werden kaum 
sinnvolle Antworten kommen.

von Tachen (Gast)


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Entweder du brauchst ADCs oder pro Kanal 2xdiff In und 1xOut !

von Gustl B. (-gb-)


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Tachen schrieb:
> Entweder du brauchst ADCs oder pro Kanal 2xdiff In und 1xOut !

Das habe ich schon öfters gelesen, aber wir funktioniert das? Also ohne 
ADC? Ich würde nämlich gerne etwas mit analogen Signalen spielen, mal 
ein Voltmeter bauen oder so, und dafür einfach nur den FPGA verwenden.
Geht das mit den Spartan3 oder können das erst Virtexe?

Vielen Dank!

-gb-

von Tachen (Gast)


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Ich habe das auch nur mal auf Elektronik Praxis gelesen.
Der Titel war irgendwie "Rechnen mit halben Bits bei ADCs" o.ä.
Im Prinzip haben sie da an einem Ausgang eines FPGAs ein normales 
RC-Filter dran hängen und geben eine PWM o.ä. aus. Dann legen sie einen 
Pin eines diff-IN am Ausgang des Filters hin und den anderen Pin des 
diff-IN als "ADC-Eingang". Jetzt werden sie wahrscheinlich die PWM so 
lange erhöhen bis der Komparator kippt und können dann über das 
Tastverhältnis die Spannung berechnen!?

Ohne Gewähr dass das wirklich so war.

von Tachen (Gast)


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Tachen schrieb:
> Ohne Gewähr dass das wirklich so war.

Naja, fast. Hab den Artikel doch noch gefunden:
http://www.elektronikpraxis.vogel.de/hardwareentwicklung/pld-und-asic/articles/387206/

von user (Gast)


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Ja das ist dann ein selbstgebauter delta-sigma-DA-Wandler

von user (Gast)


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Wobei das ganze dann eher ein "Schätzeisen" wird

von Nico G. (coone)


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Johannes E. schrieb:
> Was genau ist denn dein Problem? Ein Spannugnsteiler von 5 V auf 3,3 V
> ist ja nicht so schwer zu berechnen.
>

also ad-wandler etc. die sachen hab ich alle.

es geht mir drum ob ich einfach nur en spannungsteiler davor schalten 
kann oder ob ich noch andere sachen beachten muss, bezüglich der 
abtastrate, galvanische trennung und so. "der diodenstrom von 3mA 
(Beispiel Xilinx)" darf auch nicht überschritten werden.

ich bezieh mich da auf folgenden artikel:
http://www.mikrocontroller.net/articles/Pegelwandler#5V_-.3E_3.3V

ein einfacher spannungsteiler mit z.B. 10k und 6,6k kommt mir als lösung 
zu einfach vor. aber lass mich gern eines besseren belehren.

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Nico G. schrieb:
> also ad-wandler etc. die sachen hab ich alle.
Und welchen Ad-Wandler hast du?
Und welche Spannungspegel meinst du anpassen zu müssen?
Die analogen zwischen Sensor und AD-Wandler oder die digitalen zwischen 
AD-Wandler und der PXI-Karte?

Nico G. schrieb:
> das ganze gilt für 20 kanäle die mit unter 1µs abgetastet werden sollen.
Mit welcher Auflösung und mit welcher Genauigkeit soll da 
abgestastet werden?

> ein einfacher spannungsteiler mit z.B. 10k und 6,6k kommt mir
> als lösung zu einfach vor.
Das kommt auf die Ausgangsimpedanz der Sensoren, die 
Eingangsimpedanz des AD-Wandlers, die gewünschte Genauigkeit und die 
verlangte Geschwindigkeit an.
Überschlägig kannst du sagen: wenn du eine Messkarte für >5k€ 
brauchst, dann ist ein Spannungsteiler für <50m€ als Eingangs- 
beschaltung zu wenig...

> was die sache nicht leichter macht.
Offenbar nicht...
Dir fehlt augenscheinlich ein wenig der Überblick über das 
Gesamtsystem und die entstehenden Datenraten. Zeichne einfach mal ein 
Bild mit den Komponenten, gib den beteiligten Elementen Namen, trag ein, 
was wo wie schnell gemessen/übertragen werden soll und poste das hier. 
Dann weiß jeder, worüber diskutiert wird.

von Johannes E. (cpt_nemo)


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Nico G. schrieb:
> es geht mir drum ob ich einfach nur en spannungsteiler davor schalten
> kann oder ob ich noch andere sachen beachten muss, bezüglich der
> abtastrate, galvanische trennung und so.

Wie soll das jemand beantworten können, wenn du keine Angaben zum 
verwendeten A/D-Wandler, Sensor, zum Aufbau und anderen Randbedingungen 
gibst.

Ob eine galvanische Trennung notwendig ist, hängt von vielen Faktoren 
ab.

> "der diodenstrom von 3mA
> (Beispiel Xilinx)" darf auch nicht überschritten werden.

Welche Diodenstrom? Wenn der Spannungsteiler vor dem A/D-Wandler sitzt, 
wie soll dann ein Diodenstrom im Xilinx damit zusammenhängen.

> ich bezieh mich da auf folgenden artikel:

Dieser Artikel wurde für digitale Signale geschrieben. Möchtest du das 
Analogsignal (0..5V) auf den Eingangsbereich des A/D-Wandlers anpassen 
oder das digitale Ausgangssignal das A/D-Wandlers an die Pegel des 
FPGAs?

von Michael F. (mfuhrmann)


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user schrieb:
> Wobei das ganze dann eher ein "Schätzeisen" wird

Nicht unbedingt...

Zitat:
Key Features
• SNR 60 dB (compares to 10 bits effective resolution)
• Sample-rate up to 500 k samples per second
• Input range 0 to 3.3 V with high linearity
• Cost-efficient for multi-channel-systems
• Resources < 200 LEs for Altera Cyclone-IV

Quelle: 
http://www.missinglinkelectronics.com/files/papers/MLE-TB20110419.pdf

Meines Wissens nach wurden die FPGAs von Altera auch entsprechend 
qualifiziert.

Und Herr Flügel schreibt im verlinkten Artikel ja selbst, dass die 
Genauigkeit nicht schlecht ist, bzw. der Fehler hauptsächlich an der 
ungenauen Referenzspannung des Eval-Boards (die eigentlich keine 
Referenz ist) liegt.

von Johannes E. (cpt_nemo)


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Michael Fuhrmann schrieb:
> Input range 0 to 3.3 V with high linearity

wobei "high linearity" ein relativer Begriff ist.

Aus dem Diagramm auf Seite 8 lese ich ca. 1,5% Linearitätsfehler 
(maximale Abweichung bezogen auf Messbereich) ab.

Bei "normalen" A/D-Wandlern liegt der Linearitätsfehler so in der 
Größenordnung von 1 LSB oder besser, selbst ein billiger 8-Bit Wandler 
erreicht da 0,4 %.

Was ich in dem PDF auch nicht verstehe sind die Angaben zu SFDR und SNR:
Bei 1 kHz ist SNR mit 56 dB angegeben, SFDR mit 39 dB. Eigentlich hätte 
ich für SNR einen kleineren Wert als für SFDR erwartet.

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