Wie verstärkt man ein mV Signal (kommt vin einem Shunt) um es dannach mit 20 Bit Genauigkeit in hoher Abtastrate (bis zu 1Mhz) zu messen?
Danke, vom Prinzip schon passend, aber ich befürchte die Genauigkeit reicht für 20 Bit nicht.
Mach die lieber mal Gedanken um die Platine, Routing usw, das wird mehr Fehler reinbringen bei 20bit, als der INA.
Du hast die Wahl. Außer 1 MHz mit hoher Präzision hast Du ja keine Angabe gemacht. Deshalb: Such Dir eines von den folgenden Eigenschaften aus, und dann kann man auch Tipps abgeben. 1. High Supply Voltage Amplifiers (>=+12V) 2. Low Input Bias Current Amplifiers (<100 pA) 3. Low Offset Voltage Amplifiers (Vos < 1mV) 4. Low Power Amplifiers (< 1mA/amp) 5. Low Supply Voltage Amplifiers (<6V) 6. Low Voltage Noise Amplifiers (≤ 10 nV/√Hz) 6. Precision Rail-to-Rail Amplifiers 7. Zero-Drift/Low TcVos Amplifiers
Was willst du erreichen? 20 Bit und 1Mhz wirst du so oder so nicht erreichen. Wahrscheinlich hat der Wandler schon einen absoluten Fehler der die letzten 3-4 Bits betrifft. Überlege dir alleine mal wie viel tau ein einfaches RC-Glied braucht um sich bis auf 99,9999 % aufzuladen. Genaus soviel ist nämlich nötig, daß du nur noch im 20. Bit einen Fehler hast. Das nächste ist der Temperaturfehler. Das 20 Bit ist im Bereich von 1 ppm!
Michael S1. schrieb: > Wie verstärkt man ein mV Signal (kommt vin einem Shunt) um es dannach > mit 20 Bit Genauigkeit in hoher Abtastrate (bis zu 1Mhz) zu messen? Hast du einen Wandler, der mit 1MHz tatsächlich 20 Bits messen kann? Welchen? Michael S1. schrieb: > aber ich befürchte die Genauigkeit reicht für 20 Bit nicht. Worauf basiert deine Furcht? Was ist denn dein eigentliches Problem? Welche Aufgabe willst du lösen? Dir ist schon klar, dass echte 20 Bit einen Rauschabstand von 120dB voraussetzen (sofern du nicht irgendwelche Oversamplingtricks probieren kannst)? Und dass 120dB einiges an Kenntnissen beim Schaltungsaufbau verlangen? Und dass man hinterher oft mit echten 16 Bit zufrieden ist...
20 Bit Genauigkeit bei 1MHz und bei einer Verstärkung im Bereich 100? Da hast du dir ja ein bescheidenes Ziel gesetzt. Ich kenne keinen Verstärker, der das annähernd könnte. Welchen ADC hast du dir denn ausgesucht? In dessen Datenblatt oder in den Application Notes findest du höchstwahrscheinlich Schaltungvorschläge, wie du den ADC-Eingang treiben solltest. Den Gain in der Gegend von 100 bekommst du damit aber nicht hin, deine Anforderung ist aus meiner Sicht einfach unrealistisch.
Wie viel Millivolt sinds denn für Vollausschlag und wue viel Nanovolt ist dann das letzte Bjt weft, und welchen 1Msps 20 bit A/D verwendest du denn?
Wenn ich mit 24 bit wandlern arbeite kommt kein Versaterker vornedran, denn die Aufloesung genuegt. zB sind 20Bit bei 2.5V gleich 2.5uV. Dann hat mein ADC noch einen zuschaltbaren Verstaerker. Das reichte fuer bisher alles.
Siebzehn mal Fuenfzehn schrieb: > Wenn ich mit 24 bit wandlern arbeite kommt kein Versaterker vornedran, > denn die Aufloesung genuegt. zB sind 20Bit bei 2.5V gleich 2.5uV. Dann > hat mein ADC noch einen zuschaltbaren Verstaerker. Das reichte fuer > bisher alles. Im Bereich bis zu ein paar kSps, ja. Die schnellen Delta-Sigma ADCs mit so einer hohen Auflösung wie der ADS1675 oder AD7760 definitiv nicht, auch der 1 MSps, 20-Bit SAR LTC2378-20 mit +-0.5 ppm INL und extrem niedriger Drift, nicht. Auflösung != Genauigkeit
Dann sollten wir vielleicht mal ueber die 20bit bei 1MHz sprechen ... was soll das denn ? Du hast eine Referenz, die das bringt? Aha, die Aufloesung genuengt, es muss nicht absolut genau sein. Die Signaluebertragung ist entsprechend den obigen Anforderungen, keine Reflexionen oder so? Die ganze Signalkette ist auch so gut?
>Wie verstärkt man ein mV Signal (kommt vin einem Shunt) um es dannach >mit 20 Bit Genauigkeit in hoher Abtastrate (bis zu 1Mhz) zu messen? Garnicht. 20bit-Genauigkeit heißt, daß alle Bauteile zusammen eine Drift von weniger als 1ppm aufweisen dürfen, was völlig illusorisch ist. Die Idee bei solchen Wandlern ist es ja gerade, auf einen zusätzlichen Verstärker zu verzichten. Dann bedarf es lediglich noch einer sehr stabilen Referenz. Allerdings sind 20bit Genauigkeit auch damit nicht erzielbar. Zusätzlich haben auch noch die obligatorischen Schutzelemente am Eingang des ADC einen gewissen Einfluß.
Es geht um eine Strommessung im Bereich 200nA bis 200mA. Ob es wirklich 1 MHz Verstärkerbandbreite Bedarf ist noch zu klären, aber unter 200Khz reicht auf keinen Fall. Ich denke momentan daran einen AD650 (Integrierender Spannungs- Frequenzwandler) einzusetzen. Es gibt zwar ADC mit 1 MS/s bei 20 Bit, aber das scheint mir zu aufwändig und mit mehr Hürden versehen als die integrierende AD650 Lösung.
Und statt 20 bit tun's nun 14 bit und statt 1MHz reichen nun 10kHz? Was soll diese Beliebigkeit ?
@MaWin: Natürlich nicht! Ich verstehe nicht wie Du zu dieser Aussage kommst.
MaWin schrieb: > Und statt 20 bit tun's nun 14 bit und statt 1MHz reichen nun 10kHz? Wie kommst Du auf 10kHz? Wenn 200mA 1MHz entsprechen, dann komme ich bei 200nA auf 1Hz Wandlerrate.
@Peter: Genau, so hab ich das bisher auch gesehen! Das beruhigt mich ja :)
Michael S1. schrieb: > @Peter: Genau, so hab ich das bisher auch gesehen! das: Peter Dannegger schrieb: > dann komme ich bei 200nA auf 1Hz > Wandlerrate. Ich dachte du brauchst mindestens 200 KHz Und wie MaWin auf die 14 Bit bzw. 10 KHz kommt. Schau mal ins Datenblatt deines AD650 0,07% Nonlinearity bei 1MHz, das sind keine 20 Bit mehr, sondern noch etwa 14 Bit. Nachtrag: Es gibt einen Grund, warum Messgeräte sowas wie eine Bereichsumschaltung haben.
Ich sprach von der Bandbreite des Verstärkers, nicht von Abtastrate. Der AD650 tastet ja nicht ab sondern integriert und gibt einen Impuls wenn das Energie-eimerchen voll ist. Ich verstehe die Nonlinearity auf die Ausgangsfrequenz bezogen. Mit dieser kleinen Ungenauigkeit könnte ich dann gut leben. Im Endeffekt will ich das Stromaufnahmeverhalten einer Schaltung ermitteln, wo der µC haupsächlich schläft und beim erwachen unterschiedlich Stromfressende Dinge für ganz kurze Momente tut. Ich glaube wenn der Verstärker "quasi" für 20 bit ausgelegt ist und die Signale schnell genug durchschleust (1MHz), dann funktioniert meine Messaufgabe mit dem AD650 genau genug. Sorry wenn ich da Missverständnisse erzeugt habe.
Michael S1. schrieb: > Sorry wenn ich da Missverständnisse erzeugt habe. da hättest du dich verständlicher ausdrücken sollen. Ich seh das bei vielen Beiträgen hier, daß die TO's sich so abstrakt wie nur möglich ausdrücken, weil sie offenbar glauben, damit die höchste Präzision in ihren Sätzen zu erzielen. Aber im Grund wird's nur unverständlich. Du willst also die Stromaufnahme eines µC erfassen und der soll die meiste Zeit schlafen und dabei nur ein µA oder weniger ziehen. Mach's analog: die generelle Stromaufnahme von ein paar µA kannst du mit nem hochohmigen Shunt parallel zu einem dicken Kondensator messen und die Stromspitzen über nen recht viel kleineren Shunt in Reihe mit dem ersteren. Bei beiden Messungen brauchst du keine riesige Auflösung, weil sie quasi frequenzmäßig voneinander getrennt sind. Allerdings solltest du dir nen Kurzschließer (FET) über deinen µA-Meßkanal bauen, der immer dann, wenn der Stom deutlich größer wird als der Meßbereich dieses Kanals, selbigen nullt. Ansonsten überleg dir mal: ein R rauscht so etwa mit -174dBm/sqrt(Hz) Nun rechne dir mal aus, was allein dein Shunt bei einer Bandbreite von 1 MHz rauscht und was bei 20 Bit darüber (Faktor 1 Mio etwa) an Leistung über den Shunt zwecks Vollausschlag deines ADC herauskommen müßte. Einen hohen Rauschabstand kriegt man nur mit kleiner Bandbreite und die LSB's der heutigen hochauflösenden ADC's stehen schon mitten im Rauschflur. Da hilft ein OpV auch bloß nicht weiter. W.S.
Handys lösen das Problem nicht durch messen, sondern durch Wissen. Sie wissen (in regelmässigen Intervallen) in welchem Zustand sie sind, und der Hersteller hat mal mit externem Messgerät gemessen was sie dabei verbrauchen, und so rechnet sich das Handy einfach aus, was es schluckt. Stimmt zwar auch nicht auf's Prozent genau, ist aber immer noch genauer als eine 1MHz 20bit Messung.
Ich habe eine gut funktionierende Lösung, die den mittleren Stromverbrauch in dem 200nA bis 200mA Bereich misst. Diese basiert auf einem Kondensator, der über eine Konstantstromquelle auf der Betriebsspannung des Prüflings gehalten wird. Vereinfacht gesagt ist die Nachladezeit proportional zum mittleren Stromverbrauch. Was ich nun möchte ist kontinuierliche Stromwerte zu messen, die mit Ereignissen im uC zeitlich korreliert und aufgezeichnet werden, z.B. um den Stromverbrauch zu optimieren. Von der AD650 Lösung verspreche ich mir, dass z.B. das von Dir angesprochene Rauschen weniger Probleme macht, weil der Integrationskondensator das ausnivelliert.
@ Michael S1. (msb) >Was ich nun möchte ist kontinuierliche Stromwerte zu messen, die mit >Ereignissen im uC zeitlich korreliert und aufgezeichnet werden, z.B. um >den Stromverbrauch zu optimieren. Du willst ein praktisches Problem möglichst unpraktisch lösen. Naja. Der Rest der Welt geht das deutlich pragmatischer an und unterteilt die Messung einfach in zwei oder mehrere Möglichkeiten. - uC schläft, Stromverbrauch im uA Bereich, Messung mit dem Multimeter - uC aktiv, Stromverbrauch im mA BEreich, Messung mit Multimeter oder Shunt und Oszilloskop. Fehlen nur noch die Zeiten der jeweiligen Zustände. Die kann man leicht mit ein paar Testpins und einem Oszi messen. Schwups, Problem gelöst, ohne nobelpreisverdächtiges 20 Bit Messystem. http://www.mikrocontroller.net/articles/Sleep_Mode#Ermittlung_des_Stromverbrauchs Aber warum einfach, wenn es auch umständlich geht.
Michael S1. schrieb: > Ich denke momentan daran einen AD650 (Integrierender Spannungs- > Frequenzwandler) einzusetzen. Und mit was für einem Jitter deiner Flanken rechnest du, um mal wieder auf die Genauigkeit zu kommen? Bei 1MHz Abtastrate und 20bit liegst du dann bei Pikosekunden.
Eine mögliche Alternative wäre vielleicht ein leckstromarmer Superkondensator. Der wird auf eine präzise Spannung aufgeladen und speist dann die Schaltung für eine bestimmte Zeit. In dieser Zeit muss der uC all seine typsichen Zustände mit Aktiv/Sleep etc. durchlaufen. Am Ende misst man die Spannung noch einmal. Aus der Differenz der Spannung kann man die Ladungsmenge und damit den mittleren Stromverbrauch berechnen. Und damit hat man keinerlei Probleme mit ultahohen Genauigkeiten und Abtastraten, die integrierende Wirkung des Kondensators löst das alles in Luft auf.
@Falk: Glaube mir ich bin Pragmatiker. So einfach wie Du es beschreibst ist es zumindest in meinem Fall nicht. Ich würde keinen so grossen Aufwand treiben wenn ich mir keine Vorteile verspräche. Ich habe sehr viele verschiedene Fälle, undeterministische Anteile durch einen RF Tranceiver und das ganze ist ein batteriebetriebenes System (12 Jahre Standzeit) was in sehr hohen Stückzahlen produziert wird. Da lohnt sich etwas Aufwand. Wie gesagt, eine funktionierende Kondensatorlösung für den Mittelwert habe ich, und die hat mir schon einige Fehler in der von Dir propagierten Oszilloskop gestützten Rechenmethode gezeigt. Klar so haben wir auch angefangen. @Wolfgang: Der AD650 tastet nicht ab. Es wird ein Kondensator aufgeladen und wenn der voll ist wird er entladen und ein Impuls erzeugt.
Ich erinnere mich an einen Thread hier bei dem etwas ähnliches gemacht wurde wie Falks Vorschlag mit dem Kondensator. Nur wurden da 2 Kondensatoren genommen und damit regelmäßig nachgeladen. Dadurch waren auch längere Messperioden und Kondensatoren mit niedrigerem/konstanterem Leckstrom möglich. Musst Du mal suchen.
Falk Brunner schrieb: > Aber warum einfach, wenn es auch umständlich geht. Weil wir hier im µC.net sind. Da werden die komplizierteren Lösungen immer bevorzugt. :-) Gruss Harald
@Gerd: Danke für den Tipp. Das könnte sogar mein Thread gewesen sein. Wie gesagt eine solche Lösung zur Messung der mittleren Ströme habe ich. @Harald: Ich verstehe nicht was solche kontraproduktiven Beiträge sollen? Zum einen ist da Null Hilfe zum Thema drin und zum anderen habe ich ja erklärt warum ich eine komplizierte Lösung brauche. Wenn Dir sachlich nichts einfällt, was ja nicht schlimm ist, dann spar Dir besser die Zeit. Das ist für alle besser! Ganz allgemein gefragt: Hat jemand Erfahrung mit dem AD650 und ggf. dem Vorverstärker? (oder sollte ich lieber einen neuen Thread anlegen?)
Michael S1. schrieb: > @Wolfgang: > Der AD650 tastet nicht ab. Es wird ein Kondensator aufgeladen und wenn > der voll ist wird er entladen und ein Impuls erzeugt. Und wie willst du damit die von dir geforderte Abtastrate von 1MHz erreichen?
Das mit den 1Mhz hatte ich ungeschickt ausgedrückt, was ich erreichen will ist auch Stromimpulse im us erfassen, also 1Mhz wenn man es mit einem normalen ADC machen würde. Ich brauche allerdings nicht so oft Einzelwerte. Der Impuls pro Energiequantum, der von AD650 kommt ist für meine Zwecke gut zu gebrauchen.
Michael S1. schrieb: > @Gerd: > Danke für den Tipp. Das könnte sogar mein Thread gewesen sein. Wie > gesagt eine solche Lösung zur Messung der mittleren Ströme habe ich. ;) Ja, mit Deinem Namen dazu hab ich den auch schnell wieder gefunden: Beitrag "Mittleren Stromverbrauch messen" Könnte man dieses Messprinzip nicht noch erweitern, in dem man nicht nur die Nachladeimpulse zählt, sondern auch kontinuierlich die abnehmende Spannung an den Kondensatoren sampelt und darüber die verbrauchte Ladung errechnet? Dazu wäre natürlich schon ein Wandler mit einigen Bits Genauigkeit nötig. Nen MHz wirst Du damit also nicht schaffen, aber wenn ich das richtig verstehe brauchst Du das ja gar nicht. Vorteil wäre, daß das alles in einem Gerät steckt, die Langzeit-Durchschnittsmessung und die Kurzzeitmessung. Also nur einmal anschließen und durchlaufen lassen und Du bekommst alle Messwerte in einem Durchgang.
Michael S1. schrieb: > @Harald: > Ich verstehe nicht was solche kontraproduktiven Beiträge sollen? Zum > einen ist da Null Hilfe zum Thema drin und zum anderen habe ich ja > erklärt warum ich eine komplizierte Lösung brauche. Wenn Dir sachlich > nichts einfällt, was ja nicht schlimm ist, dann spar Dir besser die > Zeit. Das ist für alle besser! Naja, es ist schon etwas ungewöhnlich, eine Schaltung zu bauen, wie sie typisch für 1000€ Präzisionsmessgeräte ist, nur um den Stromverbrauch eines µCs zu messen. Zumal man Dir ja alternative Lösungsmöglichkeiten genannt hat. Gruss Harald
@Gerd: Ja, das ist eine gute Idee, da muss ich mal tiefer drüber nachdenken. Dann müsste man wohl die genaue Kapazität des Kondensators kennen, aber das sollte in einem Kalibrierlauf möglich sein. Bisher kalibriere ich nur die Stromquelle und das Anschwingverhalten derselben. @Harald: Ausser dem letzten Vorschlag von Gerd habe ich keine mögliche Alternative gesehen. Das Messgerät wird deutlich teurer als 1000 EUR wenn man die Entwicklungskosten und die kleine Stückzahl bedenkt. Und das rechnet sich wenn man damit ein Serienprodukt (>1M Stück pro Jahr) optimiert und sicherstellt dass die Batterie wirklich 12 Jahre hält. So trivial wie Du das darstellst ist es halt nicht.
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