Hallo, Ich wollte hier nach einem Rat fragen. Bei der Besprechung eines Projektes, es ging darum wie man am besten die Spannungsversorgung auf einer Platine bewerkstelligt, welche einen AD7634, einen FPGA und einen AT32UC3A zur zusätzlichen Steurung beinhaltet. Die Schwierigkeit ist dabei, dass wenn die Spannungsversorgung nicht perfekt entworfen wurde, dann wuerde diese die hohe Auflösung von 18 Bit des AD7634 versauen. Nach der Besprechung ist eine Alternative Idee gekommen. Bei dem Projekt werden 18Bit Genauigkeit gefordert. Die Idee ist, dass man auf diese Auflösung kommen kann, indem man das Signal mit einem 10-12Bit ADC massiv überabtastet. Die erste Frage wäre ob Oversampling auch mit den Sukzessive Approximation Wandlern funktioniert. (Mir ist uerbigens durchaus bewusst, dass man mit Oversampling nicht aus einem 12Bit Wandler einen 16 oder 18 Bit Wandler machen kann). Gefiltert wird dann digital.
M. V. schrieb: > Bei dem Projekt > werden 18Bit Genauigkeit gefordert. Die Idee ist, dass man auf diese > Auflösung kommen kann, indem man das Signal mit einem 10-12Bit ADC > massiv überabtastet. Kennst Du den Unterschied zwischen Auflösung und Genauigkeit?
John schrieb: > M. V. schrieb: >> Bei dem Projekt >> werden 18Bit Genauigkeit gefordert. Die Idee ist, dass man auf diese >> Auflösung kommen kann, indem man das Signal mit einem 10-12Bit ADC >> massiv überabtastet. > > Kennst Du den Unterschied zwischen Auflösung und Genauigkeit? Uuuups, sorry, meinte natuerlich Auflösung, immer Auflösung.
M. V. schrieb: > Bei dem Projekt > werden 18Bit Genauigkeit gefordert. Die Idee ist, dass man auf diese > Auflösung kommen kann, indem man das Signal mit einem 10-12Bit ADC > massiv überabtastet. Wenn der Trick funktionieren würde, hätten die Hersteller des 18Bit-ADC ihn längst selber angewendet. Man kann einen ADC immer nur schlechter machen (schlechtes Layout, schlechte Schaltung), aber nie besser. Kein Hersteller ist so blöd, einen ADC nur als 12Bit zu bewerben, wenn er auch 13Bit könnte. Bei vielen integrierenden ADCs kann man einstellen, will man eine kurze Meßzeit oder eine hohe Auflöung. Aber beim vom Hersteller angegebenen Maximalwert ist Schluß, da helfen auch keine Tricks. M. V. schrieb: > Die erste Frage wäre ob Oversampling auch mit den Sukzessive > Approximation Wandlern funktioniert. Nein. Die Genauigkeit des SAR-Wandlers hängt (fast) ausschließlich vom verwendeten DAC ab. Ist der DAC nur auf 12Bit linear, kannst Du ein 13.Bit auch per Zufallszahl erzeugen, das macht keinen Unterschied.
M. V. schrieb: > Die Schwierigkeit ist dabei, dass wenn die Spannungsversorgung nicht > perfekt entworfen wurde, dann wuerde diese die hohe Auflösung von 18 Bit > des AD7634 versauen. > Nach der Besprechung ist eine Alternative Idee gekommen. Bei dem Projekt > werden 18Bit Genauigkeit gefordert. Die Idee ist, dass man auf diese > Auflösung kommen kann, indem man das Signal mit einem 10-12Bit ADC > massiv überabtastet. Der Lösungsansatz schein etwas merkwürdig. Ich habe ein Problem mit der Spannungsversorgung also verringere ich die Auflösung des ADC und versuche dann durch Zahlenspielerei die Auflösung zu stecken? Wäre es nicht sinnvoller bei dem 18-Bit ADC zu bleiben und mit dem ein Oversampling zu machen?
Diese Diskussionen erinnern mich immer an die Filme, wo das Bild aus der Überwachungskamera so weit vergrößert wird, daß man die Zeitung lesen kann, die eine Person in der Hand hält, die im Originalbild nur wie ein Stecknadelkopf groß war.
Karl schrieb: > Der Lösungsansatz schein etwas merkwürdig. Ich habe ein Problem mit der > Spannungsversorgung also verringere ich die Auflösung des ADC und > versuche dann durch Zahlenspielerei die Auflösung zu stecken? > Wäre es nicht sinnvoller bei dem 18-Bit ADC zu bleiben und mit dem ein > Oversampling zu machen? Die Spannungsversorgung für einen 10-12V Bit Wandler wäre einfacher zu realisieren als für eine 18Bit Wandler. Das ursprüngliche Problem ist folgendes: Ich habe mehrere Spannungen zu erzeugen: als erstes die ADC Versorgungsspannung, für den 18Bit Wandler sind es 15V als dual supply. Zweitens 5V für FPGA. Drittens dann 3.3V für den µC. Die erste Idee war, ich geh einfach mit 18V auf die Platine drauf. Regle diese runter auf 15V, schalte einen Single to Differantial Converter dahin, geh mit den erzeugten 15V und -15V an den ADC. Parallel dazu, muss ich dann aus 18 bzw. aus 15V diese auf 5V runterregeln und den FPGA versorgen. Dann kommt noch ein dritter Spannungsregler um aus 5V 3.3V zu basteln. Jeder Spannungsregler bringt Störungen mit sich, mal ganz davon abgesehen dass, das zu rooten ziemlicher Voodoo wird.
Peter Dannegger schrieb: > Nein. > Die Genauigkeit des SAR-Wandlers hängt (fast) ausschließlich vom > verwendeten DAC ab. Ist der DAC nur auf 12Bit linear, kannst Du ein > 13.Bit auch per Zufallszahl erzeugen, das macht keinen Unterschied. Doch. Voraussetzung ist allerdings, dass du ein gewisses Rauschen hast. Erklärt ist dies z. B. hier: http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc8003.pdf
Davis schrieb: > Peter Dannegger schrieb: > >> Nein. >> Die Genauigkeit des SAR-Wandlers hängt (fast) ausschließlich vom >> verwendeten DAC ab. Ist der DAC nur auf 12Bit linear, kannst Du ein >> 13.Bit auch per Zufallszahl erzeugen, das macht keinen Unterschied. > > Doch. > > Voraussetzung ist allerdings, dass du ein gewisses Rauschen hast. > Erklärt ist dies z. B. hier: > http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc8003.pdf Das Dokument kenne ich. Das Signal ist von vorne rein schon etwas verrauscht. Der FPGA muesste halt dann noch die Mittelung machen.
M. V. schrieb: > Das Dokument kenne ich. Dann schmeiß es weg, es ist Mumpitz. Der Autor hat das Prinzip des SAR-Wandlers nicht verstanden. Er setzt voraus, daß der DAC des Wandlers ideal linear ist.
( )Bieten die 18 Bit überhaupt einen Mehrwert? ( )Sind sie aus technischer Sicht notwendig? ( )Sind sie für das Marketing einfach schön? ( )Gibt es das Eingangssignal überhaupt her? ( )Ausreichend genaue Referenz/Eingangsbeschaltung vorhanden? Zutreffendes bitte ankreuzen. Die Auflösung läge dann ja bei 100µV (30V/2^18). Das Oversampling würde ich unterlassen, es hängt an zu vielen Randbedingungen. Da kannst du dir schnell eine blutige Nase holen. Entweder richtig oder gar nicht.
Georg W. schrieb: > (x)Bieten die 18 Bit überhaupt einen Mehrwert? > (x)Sind sie aus technischer Sicht notwendig? > ( )Sind sie für das Marketing einfach schön? > (x)Gibt es das Eingangssignal überhaupt her? > ( )Ausreichend genaue Referenz/Eingangsbeschaltung vorhanden? > > Zutreffendes bitte ankreuzen. > Die Auflösung läge dann ja bei 100µV (30V/2^18). Jop, es geht um den µ-Bereich Das letzte weiss ich nicht genau, da der Chef auf Dienstreise ist, hatte ich noch keinen Zugang zum Labor > Das Oversampling würde ich unterlassen, es hängt an zu vielen > Randbedingungen. Da kannst du dir schnell eine blutige Nase holen. > Entweder richtig oder gar nicht. Was sind es fuer Randbedienungen? Momentan ueberlege ich einfach beide Varianten auszuprobieren, am Projektgeld solls nicht scheitern, hoechstens an der Zeit.
M. V. schrieb: > Bei dem Projekt werden 18Bit Genauigkeit gefordert. Es sollte sich langsam herumgesprochen haben, das man mit Überabtastung zwar die Auflösung, nicht aber die Genauigkeit steigern kann. Eine Steigerung der Genauigkeit bekommt man bestenfalls mit einer Simulation, nicht aber mit realen Bausteinen. Der einzige Vorteil einer Über- abtastung ist, das man den Aufwand für das analoge Anti-Aliasing-Filter verringern kann. M.E. ist die Verwendung von AD-Wandlern mit mehr als 16 Bit sowieso nur selten sinnvoll, da es nur wenige analoge Größen gibt, die man überhaupt so genau messen kann. Gruss Harald
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Es gibt tatsächlich noch ein Problem mit den 18Bit ADC. Dieser braucht einen Treiber ADA4922-1, der wiederrum dual supply Versorgung benötigt. Das heisst, die Spannungsversorgung wird nochmal um ein Glied aufwändiger und noch störanfälliger. Ich frage mich langsam wie so ein hochauflösendes Projekt möglich ist mit sovielen Störfaktoren. (Und dabei sah es am Anfang noch relativ einfach aus :D ).
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Ich könnte Dir einige Wandler empfehlen, die sich in meiner Praxis bewährt haben: Ein preiswerter ADC ist der LTC2400. Er hat einige Tücken, aber bei sorgfältigem Aufbau funktioniert er gut. Er braucht einen Eingangsverstärker mit sehr kleinem Innenwiderstand, da sein Eingangswiderstand niedrig ist und abhängig von der Eingangsspannung. Ein sehr guter ADC ist der AD7793. Er hat viele Features, kann z.B. direkt PT100/1000 oder Thermoelemte messen und bequem <10mK auflösen. Falls 16Bit reichen, nehme ich den ADS8345. Er liefert sehr stabile Meßwerte, schon ohne Mittelwertbildung. In der Regel enthält meine Firmware auch Mittelwertbildung. Aber die dient ausschließlich zur Störunterdrückung (50/60Hz) und Anzeigeglättung. Anlügen darf ich den Kunden nicht. Reklamationen, weil der Kunde merkt, daß die Spezifikationen nicht eingehalten werden, wären viel zu teuer.
Peter Dannegger schrieb: > M. V. schrieb: >> Bei dem Projekt >> werden 18Bit Genauigkeit gefordert. Die Idee ist, dass man auf diese >> Auflösung kommen kann, indem man das Signal mit einem 10-12Bit ADC >> massiv überabtastet. > > Wenn der Trick funktionieren würde, hätten die Hersteller des 18Bit-ADC > ihn längst selber angewendet. Der Trick funktioniert und Analog nutzt das auch... Z.B. http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/AD7767.pdf 24-Bit Oversampled successive approximation (SAR) architecture > Man kann einen ADC immer nur schlechter machen (schlechtes Layout, > schlechte Schaltung), aber nie besser. Doch. Siehe unten > Die Genauigkeit des SAR-Wandlers hängt (fast) ausschließlich vom > verwendeten DAC ab. Ist der DAC nur auf 12Bit linear, kannst Du ein > 13.Bit auch per Zufallszahl erzeugen, das macht keinen Unterschied. Für den Anfang "Integral Nonlinearity Correction Algorithm Based on Error Table Optimizing and Noise Filtering", Michaeli, Šaliga, Sochová, 2008 http://www.measurement.sk/2008/S1/Michaeli.pdf oder ausführlicher in der referenzierten These von Ludin "Post-Correction of Analog-to-Digital Converters" http://kth.diva-portal.org/smash/get/diva2:7513/FULLTEXT01
Und ein paar weitere Paper zu dem Thema "A Digital Self-Calibration Algorithm for ADCs Based on Histogram Test Using Low-Linearity Input Signals" Jin, Chen, Geiger, http://class.ece.iastate.edu/vlsi2/docs/Papers%20Done/2005-05-ISCAS-LJ.pdf "Achievable ADC Performance by Postcorrection Utilizing Dynamic Modeling of the Integral Nonlinearity", Björsell, Händel, 2008 http://asp.eurasipjournals.com/content/pdf/1687-6180-2008-497187.pdf "Online Calibration of a Nyquist-Rate Analog-to-Digital Converter Using Output Code-Density Histograms" Eduri, Maloberti, 2004 http://sms.unipv.it/~franco/JournalPaper/88.pdf Zum Testen braucht es im übrigen z.B. auch keine besseren DACs o.ä. z.B. "Testing of High Resolution ADCs Using Lower Resolution DACs via Iterative Transfer Function Estimation" Kook et al. 2009 http://www.computer.org/csdl/proceedings/ets/2009/3703/00/3703a003-abs.html
Arc Net schrieb: > http://www.measurement.sk/2008/S1/Michaeli.pdf Arc Net schrieb: > http://kth.diva-portal.org/smash/get/diva2:7513/FULLTEXT01 Vermutlich ist das, was Du daraus liest, mit weißer Tinte geschrieben, weil ich es nicht sehen kann. In beiden Artikeln geht es immer nur um Filterung und Fehlerkorrektur. Aber nirgends darum, daß man eine höhere Auflösung erreicht, als der ADC schon von Haus aus hat. Arc Net schrieb: > http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/AD7767.pdf Auch dort finde ich nirgends eine Angabe, daß das SAR nur 23 Bit oder weniger breit ist. Daß man Meßwerte filtern kann, habe ich nie bestritten, mache ich ja selber. Aber man kann einmal verlorene Informationen nicht wieder hinzuzaubern.
Peter Dannegger schrieb: > Diese Diskussionen erinnern mich immer an die Filme, wo das Bild > aus der > Überwachungskamera so weit vergrößert wird, daß man die Zeitung lesen > kann, die eine Person in der Hand hält, die im Originalbild nur wie ein > Stecknadelkopf groß war. Du machst aber beim Oversampling nicht nur ein Bild, sondern viele. Wenn du dann noch nicht zu viel und nicht zu wenig dabei wackelst, bekommst du tatsächlich lokal mehr Information heraus (mehr Auflösung). Die Verzerrungen der Kameraoptik (Nichlinearitäten) kriegt man so natürlich nicht weg. PS: http://abstrusegoose.com/532 (Ich hätte aber nur ein Pixel für den Kopf genommen.)
M. V. schrieb: > Die Spannungsversorgung für einen 10-12V Bit Wandler wäre einfacher zu > realisieren als für eine 18Bit Wandler. > > Das ursprüngliche Problem ist folgendes: > Ich habe mehrere Spannungen zu erzeugen: > als erstes die ADC Versorgungsspannung, für den 18Bit Wandler sind es > 15V als dual supply. > Zweitens 5V für FPGA. Drittens dann 3.3V für den µC. > > Die erste Idee war, ich geh einfach mit 18V auf die Platine drauf. > Regle diese runter auf 15V, schalte einen Single to Differantial > Converter dahin, geh mit den erzeugten 15V und -15V an den ADC. > Parallel dazu, muss ich dann aus 18 bzw. aus 15V diese auf 5V > runterregeln und den FPGA versorgen. Dann kommt noch ein dritter > Spannungsregler um aus 5V 3.3V zu basteln. > Jeder Spannungsregler bringt Störungen mit sich, mal ganz davon > abgesehen dass, das zu rooten ziemlicher Voodoo wird. Hier geht es immer nur um die Genauigkeit der Messung, bedingt durch die Versorgungsspannung. Die Auflösung bleibt dabei immer die Bitbreite des ADC. Nimmt man einen 10Bit-ADC, egal wie oft man oversampelt, bleibt die Ungenauigkeit der Messung. Man hat nur weniger Auflösung. Die könnte man nun wieder durch Rausch/Rampen/Rippel- oder sonstige Signalüberlagerung erhöhen - um die 18Bit zu erreichen. Ziel=?
Peter Dannegger schrieb: > M. V. schrieb: >> Das Dokument kenne ich. > > Dann schmeiß es weg, es ist Mumpitz. > Der Autor hat das Prinzip des SAR-Wandlers nicht verstanden. Er setzt > voraus, daß der DAC des Wandlers ideal linear ist. Aus dem 1.Abschnitt des Dokuments: "This method is however limited by the characteristic of the ADC: Using oversampling and decimation will only lower the ADCs quantization error, it does not compensate for the ADCs integral non-linearity."
M. V. schrieb: > Georg W. schrieb: >> (x)Bieten die 18 Bit überhaupt einen Mehrwert? >> (x)Sind sie aus technischer Sicht notwendig? >> ( )Sind sie für das Marketing einfach schön? >> (x)Gibt es das Eingangssignal überhaupt her? >> ( )Ausreichend genaue Referenz/Eingangsbeschaltung vorhanden? >> >> Zutreffendes bitte ankreuzen. >> Die Auflösung läge dann ja bei 100µV (30V/2^18). > Jop, es geht um den µ-Bereich > Das letzte weiss ich nicht genau, da der Chef auf Dienstreise ist, hatte > ich noch keinen Zugang zum Labor Dann wirst du um einen mindestens 18-Bitter nicht herum kommen. Als erstes musst du dir eine wirklich saubere Spannungsversorgung aufbauen, am besten mit linearen (Nach-)reglern und gut von allen anderen Schaltungsteilen entkoppelt, z.B. DC/DC-Wandler erzeugt +/- 18V, daraus erzeigt ein Linearregler 15V. Das ist aber nur dein geringstes Problem. Daran muss dann auch die analoge Eingangsbeschaltung (Filter/ Verstärker/ Buffer) hängen. Sonst hast du wieder Driftprobleme. Das Layout muss auch entsprechend sorgfältig und mit ausreichend Lagen erstellt werden. Die letzten ein oder zwei Bit werden dann aber immer noch wackeln, daran kannst du dann das Oversampling einmal ausprobieren. Für ein Bit musst du mit der 4-Fachen Abtastfrequenz rechnen. Aber wenn z.B. das hierzu eingespeiste Signal (Rauschen, Rampe, was auch immer) und Abtastfrequenz korrelieren geht die Rechnung wieder nicht auf. Versuch macht klug!
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