Bestauflösender Atmel ADC

Anfänger schrieb:
> Hallo,
> mich quält schon länger eine kleine Frage,
>
> in welchem Atmel Controller, 16 oder auch 32 Bit, ist der bestauflösende
> ADC integriert? (es geht nicht um den Messtakt) Der Mikrocontroller
> sollte möglichst noch in einer "Basterfreundlichen Bauform" zur
> Verfügung stehen. DAC wird nicht benötigt, Preis spielt ebenfalls keine
> Rolle, auch die sonstigen Anforderungen sind nur als gering anzusehen.
>
> Wäre schön wenn das Jemand klären könnte.
>
> Danke

Soweit ich weiß gibts es keine 16 bit Controller von Atmel. Alle 32 bit 
Controller (Avr32/ARM) gibt es nur in SMD Packages. Ob das für dich 
bastelfreundlich ist oder nicht verräts du leider nicht.
Wie du einen möglichst hoch Auflösenden (wahrscheinlich meinst du eher 
die Genauigkeit) ADC brauchst kommst du um einen externen nicht 
drumherum. Allerdings muss man für genau Messungen dann noch eine ganze 
Menge mehr beachten als die Auswahl des ADC.

Huch,
danebengegriffen, war mir nicht mehr bewusst dass die beiden Parteien 
8-Bit und 32-Bit sind.

32-Bit nur in SMD, schade dann fällt das im Kern raus, SMD ist nicht das 
was ich im Basteleck gerne benutzen will.

Es geht nicht um höchste absolute ADC-Genauigket, auch nicht um 
zuverlässige Langzeitstabilität, es geht nur um verfügbare 
Kurzzeitzuverlässigkeit (relative Genauigkeit, niederfrequente Messung), 
was ich etwa mit best verfügbarer ADC-Auflösung verbunden mit guter 
Wiederholgenauigkeit im Zeitfenster weniger Minuten übersetzen würde. 
Deswegen denke ich dass hier der vereinfachte Ansatz, "doppelte 
Auflösung = doppelt gut", im Kern herhalten wird.


Die Frage wäre damit reduziert auf,
was gibt es im 8-Bit Atmel-Contollerfeld an ADC-Auflösungen oberhalb von 
1024 und in welchen Chips sind die verbaut?

Ich ahne schon leicht vor, die Antwort könnte lauten, es gibt nur 10-Bit 
ADCs im 8-Bit Controllerfeld, das wäre echt schade.

Danke

Anfänger schrieb:
> Die Frage wäre damit reduziert auf,
> was gibt es im 8-Bit Atmel-Contollerfeld an ADC-Auflösungen oberhalb von
> 1024 und in welchen Chips sind die verbaut?

Parametrische Suche des Hersteller bemühen. Gibt sogar 2 Einträge bzgl. 
der ADCs in den FAQs:
"I am looking for an AVR8 with a 12-bit ADC, what are my options?"
http://support.atmel.com/bin/customer.exe?=&action=viewKbEntry&id=1441
"I'm using the ATMega but would like an ADC with more resolution..."
http://support.atmel.com/bin/customer.exe?=&action=viewKbEntry&id=1246

> Ich ahne schon leicht vor, die Antwort könnte lauten, es gibt nur 10-Bit
> ADCs im 8-Bit Controllerfeld, das wäre echt schade.

Warum scheust Du wie der Teufel das Weihwasser einen externen ADC? Bei 
Controllern ist meistens ein brauchbarer Allround-ADC integriert, aber 
wenn man eben Sonderwünsche hat, dann muß man eben ein zusätzliches IC 
dranflanschen. Dier Hersteller der Controller sind ja nicht so dumm und 
un bauen das Beste was machbar ist in die Controller ein, denn >95% der 
Kunden bräuchten die Funktionalität gar nicht und der Chip wäre 
exorbitant teuer.
Das Zeugs würde also sowiso keiner kaufen, weil wenn jemand einen 
speziellen ADC braucht, dann kauft er den eben als externes Bauteil. 
Also wozu integrieren wenn's eh keiner kaufen würde?

Was nicht verkauft werden kann wird auch nicht produziert.

> mich quält schon länger eine kleine Frage,

Warum beantwortest du sie dir nicht auf der Atmel-HJomage ?

Product Selektor, 8 bit CPU anklcihen, 8 unsd 10 bit ADC wegklicken, und 
anzeigen passen:


http://www.atmel.com/v2PFResults.aspx#(actives:!(8238,8394,8362,8282,8431,8300,8358,8392,8378,8445,8236,8449,8474,8248,8264,8447,8256,8254,8286,8462,8429,8458,8466,8400,8302,8278),data:(area:'',category:'34864[33180]',pm:!((i:8238,v:!(1,16)),(i:8394,v:!(0,14)),(i:8362,v:!(1,18)),(i:8282,v:!(1)),(i:8431,v:!(1,32)),(i:8300,v:!(1,8)),(i:8358,v:!(1,59)),(i:8392,v:!(0,1)),(i:8378,v:!n),(i:8445,v:!(0,3,4,5,6,8)),(i:8236,v:!(0,20)),(i:8449,v:!(1,10)),(i:8474,v:!(0)),(i:8248,v:!(0,1)),(i:8264,v:!(1,5)),(i:8447,v:!(0,1)),(i:8256,v:!(2)),(i:8254,v:!(3,13)),(i:8286,v:!(0,3)),(i:8462,v:!(0,8)),(i:8429,v:!(1,10)),(i:8458,v:!(0,4)),(i:8466,v:!(1,2,4)),(i:8400,v:!(0,20)),(i:8302,v:!(1)),(i:8278,v:!(1,2))),view:list),sc:1)

Wenn man Gutes will, muß man dort gucken, wo die Leute Ahnung haben, 
z.B. Analog Devices

ADUC824 und ADUC845 bieten 24 bit, sind aber SMD, MSC1210 auch.

Anfänger schrieb:
> 32-Bit nur in SMD, schade dann fällt das im Kern raus, SMD ist nicht das
> was ich im Basteleck gerne benutzen will.

Was immer alle gegen SMD haben. Könnt ihr euch von dem dämlichen 
Löcherbohren nicht trennen?

Und den einzigen uC mit einem 16-bit Sigma Delta ADC im 
bastlerfreundlichem DIP Gehäuse hat TI im Programm.

Bastelstubenältester schrieb:
> Und den einzigen uC mit einem 16-bit Sigma Delta ADC im
> bastlerfreundlichem DIP Gehäuse hat TI im Programm.

Und den kann man sogar direkt aufs Launchpad stecken, vielleicht wäre 
das ja was für unseren suchenden.
Wer AVRs programmieren kann wird auch an den MSP430 nicht scheitern 
sondern sich eher freuen :)

Ich sags mal so, 10bit ist ein pragmatischer Ansatz. In deiner 
Bastelecke hast du wahrscheinlich auch keine 0.1%-Widerstände, die 
Spannungsversorgung (und wahrscheinlich deine Referenz) erledigt meist 
ein 5% Linearregler. Warum also mehr als 10bit für den Hobbybereich?

Wenn du kurzzeitig höhere Auflösung willst, kannst du dein Signal etwas 
verrauschen und oversamplen. Dann sind auch 12 Bit drin. Allerdings 
immer mit der Hintergedanken, dass das im Endeffekt geratene 2 
zusätzliche Bits sind.

> 32-Bit nur in SMD, schade dann fällt das im Kern raus, SMD ist nicht das
> was ich im Basteleck gerne benutzen will.

Es gibt hier auch Adapterplättchen von TQPF auf DIP bzw. 2.54 RM ...
Damit gehts dann ganz normal auf Lochraster weiter.

Jörg Wunsch schrieb:
> Hihaho schrieb:
>> Damit gehts dann ganz normal auf Lochraster weiter.
>
> Dann braucht man auch keinen hochauflösenden ADC mehr. ;-)

Ja klar, hab mich eher auf die 32-bitter im TQPF bezogen. 
Hochauflösender ADC und 5% Teile aus dem Bastelladen passen sowieso 
nicht zusammen, denke das war schon erwähnt ...
Bin aber eh eher digital, Spannung ein/aus uns so, nix ADC ... ;-)

Hihaho schrieb:
> Hochauflösender ADC und 5% Teile aus dem Bastelladen passen sowieso
> nicht zusammen

Da kann wieder eine Auflösung und Genauigkeit nicht auseinander halten 
;-)

Hihaho schrieb:
> Bin aber eh eher digital, Spannung ein/aus uns so, nix ADC ... ;-)
Klaro, das ist der 1-Bit-ADC!

Dieter

Anfänger schrieb:
> relative Genauigkeit, niederfrequente Messung

Wie niederfrequent? Im Sekundentakt kann man aus jedem AVR-ADC 16 Bits 
rausholen, wenn man zusieht, dass Referenz oder Messwert passend 
rauschen, und man genügend Messwerte mittelt.

http://en.wikipedia.org/wiki/Oversampling#Resolution

ansel schrieb:
> Im Sekundentakt kann man aus jedem AVR-ADC 16 Bits rausholen
Dann guck dir mal an, was passiert, wenn die differentielle 
Nichtlinearität des Wandler zu seiner Auflösung passt. Dann kannst du 
die zusätzlich geschnitzten Bits ganz gepflegt in der Pfeife rauchen ;-)

Michael A. schrieb:
> Dann guck dir mal an, was passiert, wenn die differentielle
> Nichtlinearität des Wandler zu seiner Auflösung passt.

Hrm, ist das denn ein Problem, wenn das Rauschen ein oder zwei Bit 
lauter ist, als das DNL des AVR? die µV-Messwerte, die ich bei 
2.56V-Referenz und Mittelung von 2^18 Werten bekomme, ändern sich 
jedenfalls ziemlich unverdächtig monoton und linear.

Anfänger schrieb:

> Es geht nicht um höchste absolute ADC-Genauigket, auch nicht um
> zuverlässige Langzeitstabilität, es geht nur um verfügbare
> Kurzzeitzuverlässigkeit (relative Genauigkeit, niederfrequente Messung),
> was ich etwa mit best verfügbarer ADC-Auflösung verbunden mit guter
> Wiederholgenauigkeit im Zeitfenster weniger Minuten übersetzen würde.
> Deswegen denke ich dass hier der vereinfachte Ansatz, "doppelte
> Auflösung = doppelt gut", im Kern herhalten wird.

Wenn du mit "niederfrequenter Messung" meinst, daß dir die Dauer einer 
Messung scheißegal ist und auch das zu messende Signal beliebig lange 
verfügbar ist, dann kannst du natürlich die 10 Bit Auflösung der 
eingebauten ADCs problemlos erhöhen.

Du addierst einfach mehrere Meßwerte. Nun ergibt zwar schon die Addition 
zweier 10Bit-Werte einen 11-Bit Wert, aber leider ist das letzte Bit 
nicht voll gültig. Bestenfalls, wenn du vier Werte addierst und das 
Ergebnis durch zwei teilst, hast du effektiv tatsächlich etwa 11 Bit 
Auflösung. Für effektiv etwa zwölf Bit mußt du schon mindestens 16 Werte 
addieren und entsprechend durch vier teilen usw.

Das nennt sich "angewandte Statistik". Die Idee dahinter ist, daß der 
gesuchte Wert über den Zeitraum der Messungen hinweg konstant ist (nur 
dann funktioniert die Sache überhaupt), der Meßfehler (insbesondere das 
unvermeidbare Quantisierungsrauschen) hingegen nach gewissen 
Gesetzmäßigkeiten zufällig verteilt ist. Die o.g. Rechenoperationen 
zielen nun darauf ab, die durch die tatsächliche Meßgröße erfolgte 
Beeinflussung dieser Zufallsverteilung als zusätzliche Auflösung für die 
Meßeinrichtung nutzbar zu machen.

Das "bestenfalls" von oben bezieht sich auf das SNR. D.h.: Wenn deine 
Einzelergebnisse von vornherein schon um mehr als das letzte Digit 
wackeln, brauchst du mit dem Verfahren erst garnicht anfangen, bzw. du 
mußt entsprechend mehr Werte aufaddieren, um überhaupt erstmal 
tatsächlich auf die bereits dargestellte Genauigkeit zu kommen.

Thomas schrieb:
> Hihaho schrieb:
>> Hochauflösender ADC und 5% Teile aus dem Bastelladen passen sowieso
>> nicht zusammen
>
> Da kann wieder eine Auflösung und Genauigkeit nicht auseinander halten
> ;-)

Sag ich doch ... ^^

ansel schrieb:
> Hrm, ist das denn ein Problem, wenn das Rauschen ein oder zwei Bit
> lauter ist, als das DNL des AVR? die µV-Messwerte, die ich bei
> 2.56V-Referenz und Mittelung von 2^18 Werten bekomme, ändern sich
> jedenfalls ziemlich unverdächtig monoton und linear.

Die DNL ist nichts anderes, als ein Maß für den lokalen Steigungsfehler 
der Kennlinie. Bei der Mittelung werden die unterschiedlich breiten 
Stufen zu unterschiedlichen Steigungen zwischen den Stufen. Bei ein Bit 
gleichverteiltem Rauschen sollte der Effekt deutlich zu sehen sein. Bei 
lauterem Rauschen verschwindet er wahrscheinlich in dem Maß, wie die 
DNL, gemittelt über die dabei erfaßten Stufen, gegen 0 geht.

c-hater schrieb:
> Das nennt sich "angewandte Statistik".

Langer Rede kurzer Sinn: Die Standardabweichung sinkt (etwa) mit der 
Wurzel aus der Anzahl der Stichproben.

c-hater schrieb:
> der Meßfehler (insbesondere das unvermeidbare Quantisierungsrauschen)
> hingegen nach gewissen Gesetzmäßigkeiten zufällig verteilt ist.

Wenn bei rauschfreiem Signal irgendetwas nicht zufällig verteilt ist, 
dann ist es das Quantisierungsrauschen, denn damit wird das Rauschen 
(Abweichung zwischen Analogsignal und Digitalsignal) bezeichnet, das 
sich durch die Stufigkeit der Wandlerkennlinie ergibt. Deterministischer 
geht es nicht.
Als Rauschen tritt es in Erscheinung, wenn man z.B. ein analoges 
Sinussignale digitalisiert. Die digitalisierten Samples vom Signal 
weichen wegen der Stufigkeit der Wandlerkennlinie natürlich vom Wert des 
Analogsignals ab. Diese Abweichungen sorgen im Spektrum für den als 
Quantisierungsrauschen bezeichneten Beitrag.

Michael A. schrieb:

> Wenn bei rauschfreiem Signal irgendetwas nicht zufällig verteilt ist,
> dann ist es das Quantisierungsrauschen

Eben. Genau diese Redundanz ist es, die man nutzbar machen kann, um ein 
Meßergebnis mit einer höheren Auflösung zu bekommen. Und zwar genau so, 
wie ich es beschrieben habe.

Und das Lustige daran ist: das funktioniert nur deshalb, weil eben immer 
auch Entropie, also echtes Rauschen im Spiel ist.

Denn wie du richtig erkannt hast, kann sich das Quantisierungsrauschen 
nur manifestieren, wenn es ein zu quantisierendes Signal gibt. Genau das 
liefert eben das Rauschen. Und genau die Differenz zwischen 
Erwartungswert der Rauschverteilung und der tatsächlich festgestellen 
stellt die gesuchte Information dar.

Anfänger schrieb:
> Es geht nicht um höchste absolute ADC-Genauigket, auch nicht um
> zuverlässige Langzeitstabilität, es geht nur um verfügbare
> Kurzzeitzuverlässigkeit (relative Genauigkeit, niederfrequente Messung),
> was ich etwa mit best verfügbarer ADC-Auflösung verbunden mit guter
> Wiederholgenauigkeit im Zeitfenster weniger Minuten übersetzen würde.
> Deswegen denke ich dass hier der vereinfachte Ansatz, "doppelte
> Auflösung = doppelt gut", im Kern herhalten wird.

Das Problem mit >12 bis 14 Bit ist, dass es da immer schwieriger wird 
den Spaß auch vernünftig zu betreiben. Klar kann man eine 24bit ADC 
verbauen. Aber ohne superbe Layoutkenntnisse kann man getrost die 
letzten 10 LSB wegwerfen. Bei 16bit sauber (!) gelayoutet ist 4 Lagen 
absolute Pflicht. Wer solche Layouts machen kann, der hat auch kein 
Problem mit SMD. Ein weiterer Grund ist die Induktivität der Pins die 
bei SMD nunmal geringer ist. Ist zwar nicht in jeder Anwendung kritisch 
aber schon aus diesem Grunde verbaut man sehr gerne SMD. Auf Lochraster 
oder schlechten selbstgeätzten Platinen geht sowas eben garnicht.

Hallo,
danke, super was ihr alles zusammengetragen habt.

Nun weiß ich wie ich selbst bei Atmel nachschlagen kann,

TI ein Teil im Dip-Gehäuse mit 16-Bit ADC hat,

es "SMD-Adapterplättchen von TQPF auf DIP bzw. 2.54 RM ..." gibt, das 
sollte die Xmega-Reihe mit 12-Bit ADC verfügbar machen,

diverse Möglichkeiten existieren zusätzliche Bits herauszukitzeln,
und vieles Andere mehr.



Da das Problem spezieller gelagert ist, sollte eine weitere noch 
wirkungsvollere Möglichkeit zur Verfügumg stehen, die mit geringem 
externen Aufwand die 10-Bit Auflösung auf 12-13 Bit erhöht (ohne ernste 
Abstriche am Ergebnis)

Überwacht werden soll zB ein Bereich zwischen 3V und 3,3V. Dazu wird der 
tote-Bereich gegen eine geeignete Spannungsreferenz (zB tl431?) 
ausgekoppelt, das Differenzsignal Atmel-intern geeignet verstärkt, 
möglichst auf den verfügbaren Messbereich passend, (ich meine dazu wäre 
was eingebaut) und dieses angepasste Signal wird dem ADC zugeführt. 
Selbst wenn die Verstärkung mit einem Schwankungsfehler von 10% arbeiten 
würde wäre das kein Problem, die sichere Auflösung wäre dennoch um etwa 
3-Bit (verglichen gegen den ADC am Vollbereich) erhöht.

Wegen der extrem niederfrequenten Messung sehe ich als Problem 
allenfalls ein mögliches Potentialzuführungsproblem beim Messignal, das 
über galvanische Trennung oder einen hin und herschaltbaren 
Lademesskondensator zu lösen sein sollte, sodass extern neben Referenz 
und Kondensator nichts weiter anfallen würde. Beim Einsatz eines X-Mega 
wären so problemlos zuverlässige 14-Bit drin.

Hab ich was übersehen, gibts massive Argumente dagegen?

Nochmals ausdrücklichen Dank an alle Mitwirkenden!


(warum ich externe Bauteile und viele Pins scheue, der Aufwand steigt 
mit dem Quadrat der aktiven verbauten Pins ...)