Hallo zusammen, in den ADC Artikeln, die ich hier gelesen habe, hiess es dass man am Eingang des ADC keinen Widerstand anlegen sollte, dessen Wert größer als 10 kOhm ist. Durch einige Forenbeiträge, habe ich dann auch begriffen, dass es mit der Kapazität der S&H-Schaltung zusammen hängt, die bei einem zu großen Widerstand nicht rechtzeitig umgeladen werden kann und dies zu Fehlern führt. Ich benutze den ATmega32u4 mit seinen internem ADC. Ich will einen Strom über den INA138 messen, sein Datenblatt ist unter folgendem Link zu finden: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ina138.pdf. Dabei brauche ich eine Verstärkung von 7, demnach muss ich laut Datenblatt ein R_L von 35 kOhm wählen. Wie wirkt sich das jetzt auf die Kapazität des S$H Gliedes? Wie lässt sich der Fehler, der dabei entsteht berechnen? Ich freue mich über jede Information, die ihr mir dazu geben könnt. PS: Würde es sehr viel Sinn machen zwischen INA und ADC-Eingang einen Impedanzwandler zu schalten?
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>PS: Würde es sehr viel Sinn machen zwischen INA und ADC-Eingang einen
Impedanzwandler zu schalten?
Das macht sogar sehr viel Sinn.
Bei dem Spannungsfolger beachtest Du bitte noch die Slew-Rate und den
Ausgangsstrom. Eine RC-Kombination in der Größenordnung 47R-1nF
nach dem Spannungsfolger ist ebenfalls nicht falsch.
Schau dir mal das Signal direkt vor dem ADC mit einem Scope an.
Mach, wie auf Seite 7 Bild 2 beschrieben einen Spannungsfolger (naja, ist nicht direkt ein Impedanzwandler, sondern ein Puffer). Das "Problem" von den ADCs ist, dass der Eingangswiderstand nicht konstant ist, sondern sich mit der Samplefrequenz ändern kann und auch exemplarabhängig ist. Da der Innenwiderstand des ADC zu R_L parallel liegt, hast Du keine definierten Verhältnisse. Also besser so einen Puffer aus einem OPV. Das macht die geringsten Probleme. edit: bin zu langsam :)
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Hallo, ich würde einen LT6101 statt des INA verwenden. -> der Ausgangswiderstand kann problemlos mit 3K9 dimensioniert werden. Gruß Anja
Detlef Kunz schrieb: > Mach, wie auf Seite 7 Bild 2 beschrieben einen Spannungsfolger (naja, > ist nicht direkt ein Impedanzwandler, sondern ein Puffer). > Das "Problem" von den ADCs ist, dass der Eingangswiderstand nicht > konstant ist, sondern sich mit der Samplefrequenz ändern kann und auch > exemplarabhängig ist. > Da der Innenwiderstand des ADC zu R_L parallel liegt, hast Du keine > definierten Verhältnisse. > Also besser so einen Puffer aus einem OPV. Das macht die geringsten > Probleme. > > edit: bin zu langsam :) Erst einmal Danke an alle für die hilfreichen Antworten. Nun hab ich noch eine Frage zu dem Zitat hier. In vielen Schaltplänen habe ich gesehen, dass viele Entwickler das Signal, ob nun vom Spannungsteiler oder Current Monitor, direkt auf dem ADC-Eingang legen ohne den Spannungsfolger dazwischen zu schalten. Wenn ich nun auch keinen Spannungsfolger haben will, aus welchen Gründen auch immer, welche Möglichkeiten gäbe es dann, Spannungsteiler/Monitor und ADC so zu kalibrieren, dass alles doch die gewünschte Funktion erfüllt? PS: Eine Beispielschaltung, die ich meine, ist unter diesem Link zu finden. http://www.mikrocontroller.net/attachment/55639/MPPT.png
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Da du einen INA138 benutzt, dürfte es sich um die Messung der Stromaufnahme einer Schaltung handeln. Meist ist dabei keine "schnelle" Erfassung notwendig, sondern es reicht zu wissen, welcher Strom z.B. in den letzten 10 ms geflossen ist. Für die Beobachtung der Stromaufnahme auf einem Display sind auch 100 ms mehr als ausreichend. WENN DAS SO IST, kannst du dir einen Impedanzwandler sparen: Sieh dir doch mal im Datenblatt des INA138 das Bild "FIGURE 3. Output Filter" an. Dann berechne mal, was für ein R_L du für 7-fache Verstärkung brauchst und (mit der dort angegebenen Formel) was für ein C_L du bei der für dein Vorhaben zulässigen Frequenz (f-3dB) erhältst. Wenn dabei CL größer als 15 nF sein darf, also 1024 mal die Kapazität der S&H-Schaltung (Datenblatt des ATmega32u4: 14 pF) haben darf, liegt der Fehler bei 1 LSB, während du mit den Offset-Fehlern eines Spannungsfolgers leicht deutlich größere Abweichungen erhältst. Erklärung: Vor der AD_Wandlung wird der interne S&H-Kondensator (ca. 14 pF) mit dem Eingang verbunden. Wird der interne S&H-Kondensator mit einem CL > 15 nF verbunden, wird von CL beim Ladungsausgleich nur < 1/1024 seiner Ladung abgezapft. Die Spannungsmessung wird also nur um < 1/1024 = 1 LSB verfälscht.
Bernie schrieb: > Erklärung: > Vor der AD_Wandlung wird der interne S&H-Kondensator (ca. 14 pF) > mit dem Eingang verbunden. Wird der interne S&H-Kondensator > mit einem CL > 15 nF verbunden, wird von CL beim Ladungsausgleich > nur < 1/1024 seiner Ladung abgezapft. Die Spannungsmessung > wird also nur um < 1/1024 = 1 LSB verfälscht. Das ist soweit richtig. Doch du musst aber auch darauf achten, dass in der Zeit bis zum nächsten Sample-Vorgang der jetzt 1000fach größere Kondensator auch wieder um die entnommene Ladung aufgefüllt wird. Sonst führt die beim nächsten Samplevorgang entnommene Ladung schon zu einem Fehler von max. 2 LSB usw., bis sich dann ein Gleichgewicht einstellt, dass dann auch viele LSBs weg vom richtigen Wert liegen kann (worst-case-Betrachtung). Das kann mit der schon erwähnten langsamen Erfassung oder eben einem entsprechend niederohmigen Quellwiderstand erreicht werden.
Bernie schrieb: > > Dann berechne mal, was für ein R_L du für 7-fache Verstärkung > brauchst und (mit der dort angegebenen Formel) was für ein C_L > du bei der für dein Vorhaben zulässigen Frequenz (f-3dB) > erhältst. > > Wenn dabei CL größer als 15 nF sein darf, also 1024 mal die > Kapazität der S&H-Schaltung (Datenblatt des ATmega32u4: 14 pF) > haben darf, liegt der Fehler bei 1 LSB, während du mit > den Offset-Fehlern eines Spannungsfolgers leicht deutlich > größere Abweichungen erhältst. Ok ich habe ein R_L von 35 kOhm und eine Schaltfrequenz von 100 kHz. Als Grenzfrequenz nehme ich dann mal 150 kHz und erhalte damit dann einen C_L = 30 pF. Dieser Wert ist deutlich unter den 15 nF, heißt es dann, dass der Fehler vernachlässigbar klein wird? Eine Frage hätte ich dann auch noch generell zu dieser Strommessung. Ich will den Eingangsstrom eines DC-DC Wandlers (SEPIC)messen, den ich mit einer Schaltfrequenz von 100 kHz betreibe. Der Eingangsstrom hat dadurch eine Dreiecksform, doch ich brauche zur weiteren verarbeitung den Effektivwert. Wie wird das dann gemacht? Lässt man den ADC das Dreieckssignal abtasten und bildet dann beim Programmieren des µC den Effektivwert?
Robert Malle schrieb: > Eine Frage hätte ich dann auch noch generell zu dieser Strommessung. Ich > will den Eingangsstrom eines DC-DC Wandlers (SEPIC)messen, den ich mit > einer Schaltfrequenz von 100 kHz betreibe. Der Eingangsstrom hat dadurch > eine Dreiecksform, doch ich brauche zur weiteren verarbeitung den > Effektivwert. Wie wird das dann gemacht? Lässt man den ADC das > Dreieckssignal abtasten und bildet dann beim Programmieren des µC den > Effektivwert? vergisst bitte diesen Beitrag, den hab ich verfasst bevor ich richtig nach gedacht habe. Ich habe mir laut Anja's Vorschlag mal den LTC6101 (http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/6101fh.pdf) angeschaut und er sagt mir im Großen und Ganzen eigentlich zu. Ein Manko ist jedoch, dass die Spannungs am Shunteingang mindestens 4 V betragen soll, ich jedoch aber auch eventuel kleinere Spannungen haben werde. Könnte der LTC6101 auch mit V_S=2 V funktionieren, die ich gleichzeitig auch als Versorgungsspannung benutze oder ist es eher unwahrscheinlich da der interne OP das nicht mit macht? Im Internet bin ich dann auf den MAX4173 gestossen, der mir einem Supply Range von 0 bis 28 V erlaubt. Jedoch hat er auch einen Ausgangswiderstand von 12 k und festeingestellte Verstärkungen, die sich auch nicht mehr verändern lässt. Kennt Jemand vielleicht noch einen anderen Strom Monitor mit kleinern Supply Range <= 2 V? Ansonsten muss ich wohl beim INA138 bleiben.
Robert Malle schrieb: > Kennt Jemand vielleicht noch einen anderen Strom Monitor mit kleinern > Supply Range <= 2 V? Ansonsten muss ich wohl beim INA138 bleiben. Dir ist aber schon klar daß bei 2V Versorgung keine 5V am ADC-Ausgang herauskommen können? Irgendwie scheint es noch an einem Gesamtkonzept zu fehlen. Gruß Anja
Anja schrieb: > Robert Malle schrieb: >> Kennt Jemand vielleicht noch einen anderen Strom Monitor mit kleinern >> Supply Range <= 2 V? Ansonsten muss ich wohl beim INA138 bleiben. > > Dir ist aber schon klar daß bei 2V Versorgung keine 5V am ADC-Ausgang > herauskommen können? > Irgendwie scheint es noch an einem Gesamtkonzept zu fehlen. > > Gruß Anja Hallo Anja, den internen OP werde ich schon mit 5 V versorgen können. Ich meinte was anderes. Vs -----Rshunt-----[Load] | | + - Mit Vs meinte ich das Potential, dass am Eingang des Shunt-Widerstandes anliegt. Das ist laut Datenblatt ja unabhängig von der Versorgungsspannung, und sollte im Bereich von -0.3 V bis 60 V liegen können. Wie soll sich das dann auf die Ausgangsspannung auswirken können?
Robert Malle schrieb: > Wie soll sich das dann auf die Ausgangsspannung auswirken > können? Siehe Seite 6 im Datenblatt: Whichever is lower. Gruß Anja
ja gut, aber der INA soll mir an seinem Ausgang nur 0.7-1 V bereitstellen, damit bin ich auch zufrieden.
Oweh, hier prasselt die Ahnungslosigkeit... @ HildeK (Gast) Meinst du wirklich, dass die Ladung des internen S&H-Kondensators während der A/D-Wandlung vom µC "aufgebraucht" wird? - Niedliche Vorstellung! @ Robert Malle (andro86) Und wozu brauchst du den Effektivwert mit einer zeitlichen Auflösung im µs-Bereich? - Auf einer Anzeige kannst du diese Werte nicht ablesen... - Für die Bewertung des Wirkungsgrads des Schaltreglers ist das auch nicht sehr hilfreich. - Für die Erfassung des Stromverlaufs unter verschiedenen Lastbedingungen ist ein Oszilloskop in der Entwicklungsphase deutlich hilfreicher, danach muss der Schaltregler einfach funktionieren! - Wenn nicht: Kauf dir einen! - Mach dir (und uns!) doch mal klar, was du eigentlich zu welchem Zweck messtechnisch erfassen willst... - Bei deinem offensichtlichen Kenntnisstand ist es sowieso wahrscheinlich, dass du (durch den Messaufbau) auch mit den allerbesten Chips keine brauchbaren Messwerte im µs-Bereich erhalten wirst.
Bernie schrieb: > Meinst du wirklich, dass die Ladung des internen S&H-Kondensators > während der A/D-Wandlung vom µC "aufgebraucht" wird? > - Niedliche Vorstellung! Dann lies doch mal die entsprechende Literatur zum A/D-Wandler bzw. im Datenblatt. Bernie schrieb: > Oweh, hier prasselt die Ahnungslosigkeit... Ist nur die Frage bei wem? Was noch nicht erwähnt wurde sind die Eingangsleckströme des Pins. Bei hohen Temperaturen kann dies bis ca 1uA werden. Was an 35kOhm bis zu 35mV Fehlspannung ergibt. Gruß Anja
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