Hi zusammen, habe mir eben den EEVBlog vom neuen Agilent Tischmultimeter 34461A angesehen. Wirklich sehr gut ! http://www.youtube.com/watch?v=2vkkaygR4HE Es wird auch sehr gut die Funktionsweise der Multi Duals Slope Wandlers erklärt. Für mich sieht der Hardwareaufwand sehr groß aus. Frage: Warum verwenden die Hersteller für dolche 6.5 Digit Multimeter keine Delta-Sigma 24 Bit Wandler ? Ich denke, damit würde die Hardware wesentlich einfacher werden. Hängt das mit dem Preis oder der Performance zusammen ? Gruß Dirk
ist billiger so und inzwischen auch patentfrei
>>>>>Patentfrei
Ja aber jeder kann doch einen fertigen Delta-Sigma Converter Chip kaufen
und in sein Produkt einbauen, ohne Patentgebühren zu zahlen , oder ?
LG Dirk
Der Hardwareaufwand für einen Multislope-Wandler ist gar nicht sooo groß, wenn man ein FPGA oder einen µC zur Steuerung und Auswertung hat.
Ja, aber im DS- Wandler hat man nur einen Chip.
Jochen Fe. schrieb: > wenn man ein FPGA oder einen µC zur Steuerung und Auswertung hat. und FPGAs sind ja sehr billig :-)
Das FPGA kann ja auch noch andere Aufgaben im Gerät übernehmen, beispielsweise als Display Controller oder als Schnittstellenbaustein...
Hi, danke für die bisherigen Antworten. Also ist es eine Sache der Kosten ?
Dirk F. schrieb: > Hängt das mit dem Preis oder der Performance zusammen ? Eher mit der Performance: Ich kenne keinen 24-Bit-Sigma-Delta-Wandler bei dem man: - eine garantierte Linearität von 2-3ppm vom Endwert hat (eher so im Bereich typ 4-15 ppm). - +/-10V direkt ohne Spannungsteiler messen kann. (meistens nur 0..5V) Die Transfernormale haben üblicherweise 10V. Außerdem braucht man meistens 4 Wandlungen bis das Filter eingeschwungen ist. Wenn Du einen Sigma Delta Wandler haben willst solltest Du ein RIGOL DM3068 kaufen. Da ist die Grundgenauigkeit im 2V-Bereich (anstelle 10/20V-Bereich) und die Linearität ist vorsichtshalber nicht im Datenblatt spezifiziert. Gruß Anja
>>>> eine garantierte Linearität von 2-3ppm vom Endwert hat (eher so im Bereich typ 4-15 ppm). Hallo Anja, ja stimmt, der ADS1256 hat typ 3 max 10 PPM. >>>>>Außerdem braucht man meistens 4 Wandlungen bis das Filter eingeschwungen ist. Beim ADS1256ist das zum Glück nicht mehr so. Wenn man einen Kanalwechsel macht, kann man den nächsten Datensatz direkt verwenden. Beim Vorgänger ADS1211 musste man 3 Werte wegwerfen. Frage: Gibt es Dual Slope Wandler auch fertig als einen Chip ? Gruß Dirk
>Frage: Gibt es Dual Slope Wandler auch fertig als einen Chip ? http://www.microchip.com/ParamChartSearch/chart.aspx?branchID=11023&mid=10&lang=en&pageId=79
Dirk F. schrieb: > Frage: Gibt es Dual Slope Wandler auch fertig als einen Chip ? 7106 und alle seine Nachfolger. :-) Gruss Harald
und schließlich noch den MAX132 oberhalb von 18 Bit wird die Luft dünn. für den Preis eines PREMA oder THALER Wandlers kaufe ich mir lieber ein 6,5 stelliges Messgerät. Gruß Anja
Anja schrieb: >> ...7106... > und schließlich noch den MAX132 > > oberhalb von 18 Bit wird die Luft dünn. Ich finde es schon erstaunlich, mit welch geringem Aufwand (Ein IC für <2EUR) man es geschafft hat, einen Wandler für 12 Bit Auflösung zu bauen, bei dem auch die Genauigkeit in der Grössenordnung der Auflösung liegt. Ich nehme an, das liegt u.a. daran, das durch das DualSlope-Prinzip viele Standardfehler rausfallen. Ob es einen ähn- lichen Effekt auch beim SigmaDelta-Wandler gibt, weiss ich jetzt nicht. Gruss Harald
Der MAX132 war eine scheußliche Mistkrücke und eher als Rauschgenerator denn als ADC zu gebrauchen. ich hab mich über diese Teil schon Mitte der 90er Jahre schwarz geärgert und ihn in hohem Bogen in den Rundordner befördert, wo er auch hingehört. Soviel zum Thema Multislope. Harald Wilhelms schrieb: > Ich nehme an, das liegt u.a. daran, das durch das > DualSlope-Prinzip viele Standardfehler rausfallen. Einiges fällt raus, aber der Nachteil von DualSlope ist immer noch die mangelhafte Linearität im Vergleich zum Ladungsbalance- (1 Bit-) Wandler. Der SigmaDelta Wandler ist ja nur ne Abwandlung davon. Kurzum, SigmaDelta ist de facto das beste - weil linearste - Meßverfahren was es derzeit gibt. Die 7 und 8 stelligen Referenzgeräte von Schlumberger (aus den 80er Jahren) haben damals schon mit Ladungsbalance gearbeitet und nicht mit DualSlope. Warum Agilent mit seinem Tischgerät nen Multislope-Wandler benutzt, werden wohl nur diese Leute wissen. Manches ist eher Firmenträgheit, "haben wir ja früher auch so gemacht" und manches ist eventuell für einen meßtechnischen Trick, den man beim reinen Gleischspannungmessen garnicht braucht. W.S.
W.S. schrieb: > Kurzum, > SigmaDelta ist de facto das beste - weil linearste - Meßverfahren was es > derzeit gibt. Mhm, da sind aber einige Dinge stark verallgemeinert worden. Dual Slope und Multi Slope sind nicht identisch. Deshalb darf man die beiden auch nicht bei der Linearität in einen Topf werfen. Die Linearität hängt prinzipiell nicht vom Meßverfahren ab, sondern von den nicht idealen Bauteilen. Beim Dual Slope Verfahren ist dies hauptsächlich die dielektrische Absorption der Kondensatoren, beim Multi-Slope Verfahren und beim Sigma-Delta-Verfahren hauptsächlich die unsymmetrischen Schaltzeiten sowie unsymmetrischer (spannungsabhängiger) RDS,on. Wobei die Schalthäufigkeit beim Sigma-Delta Wandler (und damit der relative Fehler) meistens deutlich höher ist. Fakt ist daß das HP3458A mit 0.1ppm das linearste Multimeter ist das in Serie gebaut wurde. Und es besitzt einen Multi-Slope Wandler. Gruß Anja
Dirk F. schrieb: > > Frage: Gibt es Dual Slope Wandler auch fertig als einen Chip ? > ALD500 in verschiedenen Versionen (http://www.aldinc.com/), bei Mouser erhältlich. Grüße MiWi
Anja schrieb: > Fakt ist daß.. ..ich nur der Statistik vertraue, die ich selbst gefälscht habe. Ich hab genug Meßtechnik gesehen und in den Fingern gehabt, um den Angaben der Werbeabteilung nicht mehr zu vertrauen. Und da ist ein Einbitwandler, sprich Ladungsbalance, mir immer noch der vertrauenswürdigste, weil bei ihm sich nix auframpt wie bei allen Dula/Multi-Slope Wandlern. Kurzum, Beiträge die mit "Fakt ist.." beginnen, übersetzen sich zu "Ich möchte mal behaupten, daß .. weil ich dran glaube". Schönen Abend noch, heute bei nem Cuvee Morio/Müller-Th. W.S.
W.S. schrieb: > Und da ist ein > Einbitwandler, sprich Ladungsbalance, mir immer noch der > vertrauenswürdigste Kombiniere Komparator mit http://www.edn.com/design/other/4326640/DC-accurate-32-bit-DAC-achieves-32-bit-resolution und erhalte einen langsamen ADC mit hoher Linearität?
W.S. schrieb: > vertrauenswürdigste W.S. schrieb: > weil ich dran glaube". Hmm, Wieder mal was dazugelernt wenn ich das beste Solartron 7081 mit dem HP3458A vergleiche: Die 0.2ppm linearität aus dem Datenblatt des Solartron 7081 sind also vertrauenswürdiger als die 0.1ppm des HP 3458A. Und die Messdauer von 51,2 Sekunden für 8,5 Stellen ist natürlich auch vieel vertrauenswürdiger als die 0,2 Sekunden die das HP braucht. Das kann ja nix sein wenn ein Multislope-Wandler da bloß mal kurz drüberhuscht. Gruß Anja
Tilmann schrieb: > Kombiniere Komparator mit > http://www.edn.com/design/other/4326640/DC-accurate-32-bit-DAC-achieves-32-bit-resolution > und erhalte einen langsamen ADC mit hoher Linearität? Nicht unbedingt. erstens hat die Schaltung keine 32 bit Linearität. Die hängt hauptsächlich von der Symmetrie der Schaltzeiten und der Ladungsinjektion des Schalters ab. Und da ist meiner Meinung nach der Artikel sehr optimistisch. Realistisch wird man ohne Kalibrierung für die Linearität irgendwo zwischen 2-20 ppm herauskommen. zweitens: Ein Komparator ist auch nichtlinear z.B. Gleichtaktunterdrückung. Gruß Anja
Anja schrieb: > Das kann ja nix sein wenn ein Multislope-Wandler da bloß mal kurz > drüberhuscht. Richtig erfaßt. Rechne dir mal den nötigen Rauschabstand aus und dann, was für eine Bandbreite man maximal dafür zulassen kann, wenn man bei Raumtemperatur mißt. Jeder Widerstand rauscht da mit -174 dBm/Hz. Nun mach dir mal die Rechnung auf für die von dir genannten 8 1/2 Stellen. Beliebig genau und beliebig schnell geht eben nicht - nur bei Scharlatanen geht sowas, denn die wissen, daß ihre Kundschaft nicht nachmessen kann, sondern dran glauben muß. Du scheinst mir wirklich sehr HP-gläubig zu sein. W.S.
Anja schrieb: > Dirk F. schrieb: >> Hängt das mit dem Preis oder der Performance zusammen ? > > Eher mit der Performance: > > Ich kenne keinen 24-Bit-Sigma-Delta-Wandler bei dem man: > > - eine garantierte Linearität von 2-3ppm vom Endwert hat > (eher so im Bereich typ 4-15 ppm). Mindestens einen ;) ADS1259B 0.4 ppm FSR typ., 3 ppm FSR max. Wobei sich auch bei den anderen ein Blick auf die Definition und Spezifikation der INL und DNL lohnt... > - +/-10V direkt ohne Spannungsteiler messen kann. Da, je nach dem was gemessen werden soll, u.U. noch ein InstAmp, Buffer etc. davor sitzt, auch kein Beinbruch > Frage: Gibt es Dual Slope Wandler auch fertig als einen Chip? Ja, z.B. die guten alten ADC180 (26-Bit) http://tcthaler.com/products.html oder MAX132 18-Bit + Vorzeichen
Anja schrieb: > Ein Komparator ist auch nichtlinear Na fein, dann nehmen wir eben einen guten OPV statt eines dedizierten Komparators. Zum PWM-DAC kann man ja ein wenig Material von dir hier finden, es sollte natürlich gewährleistet sein, dass dieser DAC auf hohe Linearität getrimmt ist, wie auch immer das im Detail aussehen mag.
Tilmann schrieb: > dass dieser DAC auf hohe Linearität > getrimmt ist, wie auch immer das im Detail aussehen mag. Dafür ist der 5 Ohm-Widerstand (R7) zuständig. Der soll die Spannungsabhängigen Unterschiede der Schalter im RDS,on ausgleichen. Das funktioniert natürlich nur bei der Abgleichtemperatur. Tilmann schrieb: > Na fein, dann nehmen wir eben einen guten OPV statt eines dedizierten > Komparators. Die bessere Strategie wäre ein guter OPV (LTC2057) als Vorverstärker für ein empfindliches (integrierendes) Multimeter als Nullspannungsdetektor zu verwenden. Oder gleich ein Nullspannungsvoltmeter (Zeigerinstrument). Die PWM-Schaltung hat ein ziemliches "Rest-Rauschen". W.S. schrieb: > Nun > mach dir mal die Rechnung auf für die von dir genannten 8 1/2 Stellen. Apropos Rauschen: Schau lieber mal in die Specs bevor Du in die Tiefen der Theorie hinabtauchst. Und nicht wundern wenn bei manchen DMMs die Abweichung zwischen Theorie und Praxis mehrere Größenordnungen beträgt. Gruß Anja
Hallo, also vielen Dank für die zahlreichen Antworten. Zum Thema Messgeräte noch kurz folgendes: Hatte bei meinem 6.5 Digit Agilent 34410A den Lüfter über einen Widerstand gedrosselt, weil der mir einfach zu laut war. Heute ist das Gerät vom Kalibrieren zurückgekommen : Bestanden. Gruss Dirk
Dirk F. schrieb: > Heute ist das Gerät vom Kalibrieren zurückgekommen : Bestanden. Naja, in einer Laborumgebung mit konstant +23°C ist die Entlüftung im Gerät nicht sooo kritisch. Beim nächsten Sommertag mit +38°C solltest du dir aber doch Gedanken machen. mfg Messknecht. p.s. Agilent / HP DMM Das Agilent im DMM das Dual-Slope-Verfahren verwendet, kann historische Gründe haben. Jahrzehntelang war HP mit seinen DMMs (und dem Dual-Slope-Verfahren) das Referenzgerät im Kalibrierlabor. Eine Änderung des AD-Umsetzers würde alle bisherigen Erfahrungen zunichte machen. Dieses Risiko will Agilent wohl vermeiden.
Messknecht schrieb: > Dieses Risiko will Agilent wohl vermeiden. immer diese Spekulationen ..... Und nochmal: es ist ein Multi-Slope Verfahren. (daher die hohe Meßgeschwindigkeit). hier mal ein paar Infos aus erster Hand: http://www.hpl.hp.com/hpjournal/pdfs/IssuePDFs/1989-04.pdf Gruß Anja
Der Beschreibung nach ist LTC2400 ein 24 Bit Delta-sigma-Wandler, der sich für Multiplexanwendungen eignet, weil nicht über mehrere Messzyklen gemittelt werden muss. Ich habe vor den mal anzutesten. Bin gespannt, wieviel Aufwand nötig sein wird, um möglichst hohen Störspannungsabstand zu erreichen bzw. wieviele Bits Auflösung tatsächlich nutzbar sind. Hat jemand Erfahrungen mit dem Teil?
Das was ich zu dem Thema Multislopewandler im HP34401 beitragen kann, ist folgendes. Ich habe das Gerät 1992 neu gekauft. ( Es war eines der ersten Geräte die auf dem Markt erschienen war ). Vor einem Jahr war ich mit dem Gerät in einen Kalibrierlabor. Ich wollte einfach wissen, ob es ratsam ist das Gerät neu zu justieren. Die gemessenen Abweichungen waren immer noch um Faktor 10 geringer, als in den Spezifikationen des Herstellers angegeben. Lediglich im höchsten Widerstandsbereich war der gemessene Wert um Faktor 2 besser als vom Hersteller angebeben. Es musste nichts justiert werden. Soviel zur Langzeitstabilität der Agilent Multislopewandler in den 34401 Geräten. Ralph Berres
Um mal andere Messgeräte ins Spiel zu bringen: Zumindest Isotech (microK) setzt in ihren Messbrücken Delta-Sigma-Wandler ein. Der DAC ist dort als 5-Bit DAC mit PWM realisiert (Nicht-Linearität <= 0.1 ppm) http://microk-isotech.blogspot.de/
ernst oellers schrieb: > Hat jemand Erfahrungen mit dem Teil? Klar. Im Datenblatt stehen 0.3ppm Rauschen bei 5V Referenz. Ist natürlich als Effektivwert angegeben. Das peak-peak Rauschen ist ca 10uVpp. Ich habe lange gebraucht um das auch hinzubekommen. Der Eingang des ADC ist ein kapazitiver Schalter der natürlich auch auf den Puffer-OP-Amp zurückwirkt. Mit einer geeigneten Entkopplung kann man dann auch die 10uVpp für Einzelmessungen erreichen ohne die Linearität des Wandlers zu beeinträchtigen. Ralph Berres schrieb: > Soviel zur Langzeitstabilität der Agilent Multislopewandler in den 34401 > Geräten. Wobei die Referenz = LM399 natürlich auch ihren Beitrag hat. Arc Net schrieb: > Der DAC ist dort als 5-Bit DAC mit PWM > realisiert (Nicht-Linearität <= 0.1 ppm) mit einer Unsymmetrie der Schalter von < 1ps normale Analogschalter haben so um die 20 ns Unsymmetrie. Gruß Anja
Anja schrieb: > mit einer Unsymmetrie der Schalter von < 1ps Das entspräche einer Bandbreite von 350 GHz. Wie wurde das realisiert?
Jochen Fe. schrieb: > Wie wurde das realisiert? Frag isotech, ich habe nur aus deren Blog zitiert. Aber mit Bandbreite hat das wenig zu tun, eher mit Reproduzierbarkeit. Gruß Anja
Anja schrieb: > Jochen Fe. schrieb: >> Wie wurde das realisiert? > > Frag isotech, ich habe nur aus deren Blog zitiert. > Aber mit Bandbreite hat das wenig zu tun, eher mit Reproduzierbarkeit. Effect of a PWM feedback DAC on the noise and linearity of a delta-sigma ADC http://digital-library.theiet.org/content/conferences/10.1049/cp_20050150 (wird im Artikel zum ADC zitiert http://www.isotechna.com/v/vspfiles/pdf_datasheets/isotech/microk_cal_lab.pdf)
Ja das neue Agilent ist sehr gut, weil der Preis deutlich günstiger ist, als bei vergleichbaren Produkten. Und es hat ein schönes Display und wertvolle Funktionen, die Dave in seinem Blog ja auch alle vorstellt. > Frage: Warum verwenden die Hersteller für solche 6.5 Digit Multimeter > keine Delta-Sigma 24 Bit Wandler ? Ich denke, damit würde die Hardware > wesentlich einfacher werden. Das ist ganz einfach. Mit den zur Zeit erhältlichen 24 Bit Delta-Sigma-Wandlern ist es nicht möglich ein so genaues Messinstrument wie das Agilent 34461A zu bauen. Delta-Sigma-Wandler sind inhärent ungenau (1 Bit) und Rauschen inhärent wie die Hölle (vor allem die mit niedriger Ordnung und geringem Oversampling). Außerdem sind sie auch noch nichtlinear und sehr empfindlich gegenüber der Spannungsversorgung. Deshalb gibt es kein gutes Multimeter, das einen Delta-Sigma-Wandler verwendet. Alle verwenden einen integrierenden Wandler (inhärent fehlerfrei, inhärent linear, inhärent rauschfrei, inhärent genau, inhärent stabil). Es gibt viele Quellen von Fehlern bei einem DMM, da will man nicht auch noch, daß der Wandler selbst viele weitere produziert bzw. erzwingt. Die Schaltung und Bauteileauswahl muß natürlich auch beim integrierenden Wandler sorgfältig erfolgen um die inhärenten Vorteile zu nutzen. Das ist insgesamt zwar kostspielig, aber man will ja auch ein Messinstrument haben. Die Frage ist eher, warum sollte man überhaupt jemals einen Delta-Sigma-Wandler verwenden? Richtig. Bei der Digitalisierung von Audiosignalen. Dort ist das Oversampling Gold wert (weil man keine genauen Filter bauen kann) und es auf die absolute Genauigkeit überhaupt nicht ankommt (man will ja nicht die Lautstärke absolut messen sondern relativ). Vielleicht reicht ein moderner 24Bit Sigma-Delta-Wandler für ein DMM aus, aber ich würde mich dabei immer Unwohl fühlen und hätte wenig Vertrauen in den Messwert, zumal Sigma-Delta-Wandler hoher Ordnung schwer stabil zu bekommen sind. Sollte jemand aber trotzdem vorhaben ein DMM mit einem dafür ungeeigneten Sigma-Delta-Wandler zu bauen, so ist der LTC2440 (28 Bit, 32768-fach Oversampling, 7 Messungen/Sekunde) vmtl. die erste Wahl. Angeblich (laut Linear Technology) soll sich damit ein bis zu 6-stelliges DMM realisieren lassen. Der Nachweis ist freilich noch nicht erbracht. Eventuell hätte man den 31 Bit, 4. Ordnung Delta-Sigma-Wandler ADS1281 von Texas Instruments verwenden können allerdings ist dieser ein zu starker Rauscher im Vergleich zum LTC2440. Die letzte Stelle beim DMM würde wie irr rumflippen, der geht also trotz 31 Bit auch nicht. Wenn man die positiven Eigenschaften der beiden Wandler (28 Bit LTC2440 -> Rauscharmut und 31 Bit ADS1281 -> Offset, Linearität) kombinieren könnte, dann könnte so ein Baustein für ein derartiges Messgerät ausreichend sein. Aber so ein Baustein wäre eben noch zu entwickeln. Etwas lax dargestellt: Man sieht also Bits sind nicht gleich Bits. Für die (geschätzt) 23,5 Bit des Agilent34461A integrierenden Wandlers bräuchte man wohl einen 32+ Bit Sigma-Delta-Wandler. Der Sigma-Delta-Wandler verbruzzelt für seine inhärenten Eigenfehler viel mehr Bits (integrierender Mehrrampenwandler ca. 3-4 Bit (Agilent 34461A), integrierender Zweirampenwandler ca. 0 Bit (Zweirampenintegratoren leiden aber an niedriger Messrate), Delta-Sigma-Wandler ca. 8-12 Bit zusätzlich für Eigenfehler). Jedenfalls für den Anwendungszweck einer Absolutwertmessung. Man kann sich den integrierenden Mehrfachwandler des Agilent 34461A bildlich ungefähr so vorstellen, daß 14 Bit Auflösung beim Rampenhochfahren erzeugt werden. Weitere 10 Bit beim Rampenrunterfahren. Macht insgesamt 24 Bit, wovon 3,5 Bit zur Erhöhung des Rauschabstandes verwendet werden, dann bleiben genau die 6-1/2 Stellen übrig. Das alles wohlgemerkt mit einem Linearitätsfehler von 0 bei einem Bauteil das nicht mal einen Cent kostet. Einfach geniale Ausnutzung der Elektrotechnik, weil die Genauigkeit des Bauteils keine Rolle spielt da es sich bei diesem Verfahren rauskürzt. Keine Temperaturabhängigkeit und keine Alterung. Das Agilent 34461A hat natürlich trotzdem einen Messfehler und Temperatur- und Alterungsabhängigkeit, wegen der Spannungsreferenz. Im Gegensatz zu diesem inhärent fehlerfreien Wandler beim Agilent 34461A würde ein Delta-Sigma-Wandler noch einen weiteren Fehler einbringen. Deshalb bräuchte man viel mehr Bits Auflösung beim Wandler, damit diese Fehlerquelle praktisch gesehen verschwindet (real verschwindet dieser Fehler zwar nie, aber real ist auch der integrierende Wandler nicht völlig fehlerfrei).
Frank schrieb: > Alle verwenden einen integrierenden Wandler (inhärent > fehlerfrei, inhärent linear, inhärent rauschfrei, inhärent genau, > inhärent stabil). Inhärent scheint ja eines deiner Lieblingsworte zu sein. :-) Ein Kondensator ist inhärent linear ??? Ein Komerator hat inhärent keinen Offset und Schaltverzögerung ?? .. Das alles benötigt man für integrierende Wandler und beeinflussen sehr wohl obige Inhärenzen". Wenn deine "Inhärenzen" wirklich gültig wären, könnte man ja die Genauigkeit beliebig hinauftreiben.
>Ein Kondensator ist inhärent linear ??? Was meinst Du mit linear? Ein Kondensator ist konstant und nicht linear. >Ein Komperator hat inhärent keinen Offset und Schaltverzögerung ?? Reale Komperatoren haben natürlich einen Offset und eine Schaltverzögerung. Deshalb muß man beim Aufbau eines integrierenden Wandlers natürlich einen Komparator wählen, bei dem der Offset nicht ins Gewicht fällt und bei dem die Schaltverzögerung so klein ist, daß sie ebenfalls nicht ins Gewicht fällt. Ich habe ja geschrieben, daß die Schaltung und Bauelemente sorgfältig ausgewählt werden müssen. Beim Komparator kommt es tatsächlich darauf an, daß er schnell reagiert. Die Verzögerung darf nicht so groß sein, daß der Integrator versehentlich in die Sättigung gefahren wird. Die Schaltverzögerung selbst spielt trotzdem eine untergeordnete Rolle, da sie sich selbst ausgleicht. Womit wir wieder bei den inhärent positiven Eigenschaften dieser Schaltung wären. Man muß also sorgfältig sein, damit der Integrator nicht in die Sättigung kommt. Ist diese Bedingung erfüllt hat man dadurch aber auch keinen Fehler (inhärent fehlerfrei). Der Offset des Komparators spielt ebenfalls eine untergeordnete Rolle da er sich selbst ausgleicht. Wiederum eine inhärent positive Eigenschaft dieses Wandlertyps. 5 mV max. Offset und 4 ys Verzögerung sind vmtl. ok. Ich weiß nicht genau welcher Komparator im Agilent steckt. Ein LM339 ist es vielleicht, jedenfalls hat er noch Reserven. Bei einem noch genaueren Meßgerät mit noch höherer Frequenz bräuchte man irgendwann einen schnelleren Komparator. Die Schwierigkeit liegt weniger beim Komparator selbst, der ja grundsätzlich recht schnell ist, sondern bei der Verzögerung, die der Mikrocontroller darüberhinaus erzeugt. Deshalb wird man wohl einen programmierbaren Logikbaustein brauchen, damit die Verzögerung der Steuerungslogik klein bleibt. Für diejenigen, die einen integrierenden Wandler bauen: Der Integrator darf nie in die Sättigung gefahren werden, weil dann die Ladungsmengen für den Zeitraum der Sättigung völlig undefiniert sind, das Meßergebnis damit futsch. Die Schaltung also so auslegen, daß immer ein gewisser Abstand vom maximalen Output-Rail gehalten wird. Die Gesamtverzögerung der Steuerungslogik + Komparaotr muß dann kleiner sein, als die Ladekonstante des gewählten Kondensators und der gewählte "Sicherheitsabstand". Man kann also hier durchaus noch kompensieren. Ist die Steuerungslogik und/oder der Komparator nicht schnell genug, kann man den Sicherheitsabstand erhöhen um dies wieder auszugleichen. Dadurch verliert man aber einen Bruchteil an Stellenanzahl. Daher lieber Komparator und Logik ausreichend schnell auslegen. Ein guter Richtwert zur Auslegung ist jeweils 10% Sicherheitsabstand vom Outputrail. Das ist auch mehr als ausreichend um auch Schwankungen in der Spannungsversorgung zu kompensieren.
> Wenn deine "Inhärenzen" wirklich gültig wären, könnte man ja die > Genauigkeit beliebig hinauftreiben. Genau, man kann die Genauigkeit beliebig hinauftreiben. Klar irgendwann kommt man an physikalische Grenzen, aber davon ist man noch weit entfernt. Ein konkret implementierter Wandler hat natürlich nur eine bestimmte Genauigkeitsgrenze (z.B. 20 Bit / 30 Bit). Aber man kann natürlich sagen, ich will einen Wandler mit soundsoviel Genauigkeit und dann kann man ihn bauen. Selbstverständlich steigen die Kosten exponentiell mit der Genauigkeitszunahme an. Zunächst kann man noch mit geringen Mehrkosten die Genauigkeit steigern, aber irgendwann wird es zu teuer. Das Genauigkeitslimit ist somit eine Frage des Willens und der Sinnhaftigkeit, als der physikalischer Grenzen. Aber das trifft grundsätzlich auf jeden Wandlertyp zu. Das alles ist gar nicht der wirkliche inhärente Vorteil des integrierenden Wandlers. Der integrierende Wandler funktioniert so, daß die gemessene Spannung relativ zur Referenzspannung direkt proportional (inhärent genau, inhärent rauschfrei) und absolut linear (inhärent linear) mit der Zeit t ist. Es gibt also keinerlei Bauteilcharakteristik die Bestandteil dieser Gleichung ist (inhärent fehlerfrei). Dazu kommen eben noch so Zuckerle, daß eine Verzögerung bei der Zeitmessung doppelt auftritt und der absolut gemessene Zeitbetrag daher unabhängig von dieser Meßverzögerung ist. Außerdem ist es eine Schaltung erster Ordnung und damit schwingungsfrei (inhärent stabil). Im absoluten Gegensatz dazu der Delta-Sigma-Wandler. Dieser produziert erstmal eine enorme Rauschkulisse durch Oversampling (inhärent rauschbehaftet), reduziert das Signal auf 1 Bit (inhärent ungenau), benötigt für eine Rauschreduktion hohe Ordnungen die den Wandler inhärent instabil machen durch die jeweiligen Phasendrehungen jeder Ordnung (= Oszillatorbedingung). Dann wird das Signal über einen Digital-Analog-Wandler rückgekoppelt, der aber erst einmal Einschwingen muß (inhärent fehlerbehaftet, inhärent nichtlinear). Schließlich wird ein Digitalfilter angewendet um von einem Bit Genauigkeit auf mehrere zu kommen, in welchem Zuge, zwar das Rauschen wieder reduziert wird aber schon rein mathematisch ein Rauschen verbleibt (von zusätzlichen Problemen realer Implementierungen mal ganz abgesehen). Ein n Bit integrierender Wandler ist daher mathematisch stets n Bit (+/- 1 LSB) genau Ein n Bit Delta-Sigma Wandler hat stets einen bestimmten mathematischen Eigenfehler durch seine Nichtlinearität und ein bestimmtes mathematisches Rauschen (abhängig von der Ordnung und dem Oversampling), dazu noch mathematisch fehlerhafte Ausgabewerte (das modernere Bausteine diese automatisch Verwerfen, verbessert die Eigenschaft selbst nicht) und eben die potentielle Instabilität durch Schwingungsneigung. Deshalb bleiben von den n Bit auch nie n übrig (vorausgesetzt n>1, denn für n=1 Bit ist auch der Delta-Sigma-Wandler genau) Natürlich kann man mit einem Delta-Sigma-Wandler die m ungenauen Bits streichen und erhält dann ein n-m Bit genaues Ergebnis. Mit dieser Restgenauigkeit lässt sich dann ein entsprechendes DMM bauen. Mit einem beliebig genauen Delta-Sigma-Wandler kann man also ebenfalls ein beliebig genaues DMM bauen. Nur fehlen einem dann stets m Bit ggü. dem Stand der Technik im Vergleich zu einem integrierenden Wandler. Viel schlimmer ist es aber noch, weil die Anzahl der Fehlerbits m exponentiell mit der Genauigkeitszunahme ansteigt. Ein 10-fach genauerer integrierender Wandler benötigt lediglich linear 10-fach bessere Bauteile (und das auch nur bei sehr wenigen Parametern). Ein Delta-Sigma-Wandler benötigt für 10-fach bessere Genauigkeit schon 10 hoch x - fach genauere Bauteile. Alles für den Anwendungszweck eines DMM wohlgemerkt. Die spezifischen Nachteile des Delta-Sigma-Wandlers erweisen sich bei der Digitalisierung von Audiosignalen als geradezu erwünschter Vorteil: Oversampling wegen der Filter und 1Bit bzw. Bitstream wegen der einfachen Signalbearbeitung (Mischen, Equalizer, Digitalverstärker, etc.).
Frank schrieb: > Genau, man kann die Genauigkeit beliebig hinauftreiben. Klar irgendwann > kommt man an physikalische Grenzen, aber davon ist man noch weit > entfernt. von wegen: allein der Integrationskondensator ist weder linear noch genau. Bei Standard (Polyester) Folienkondensatoren kommt man schon bei ca 12 Bit an die Grenze: http://www.scribd.com/doc/168875018/Understand-Capacitor-Soaking Gruß Anja
Schade, ich wollte auch gerade auf die dielektrische Absorption hinweisen. :-) Weiterhin ist der Einfluss der Analogschalter nicht zu vernachlässigen, da hierbei ein Ladungstransfer des Eingangssignals auf den Ausgang erfolgt. Zwar bemühen sich die Hersteller, die Analogschalter möglichst symmetrisch aufzubauen, um den Ladungstransfer zu minimieren, aber dies gilt leider nicht für den gesamten Spannungsbereich der analogen Ein- bzw. Ausgangssignale. Folglich wird auch hier ein systematischer Fehler entstehen, der auch bei Mehrrampenverfahren nicht vollständig korrigiert werden kann. Generell befürworte ich für DMM aber auch den Einsatz von Mehrrampenwandlern, da sich auch eine sehr gute Unterdrückung eines eingekoppelten Netzbrumms realisieren lässt, indem die Wandlung mit der Netzfrequenz synchronisiert wird.
Es ist schon ein Unterschied zwischen den klassischen Dual Slope Wandlern wie dem 7106 und den Multislope Wandlern in den guten Multimetern. Der klassiche Dual-Slope Wandler ist in der Linearität durch den Kondensator begrenzt und auch schon wegen der relativ kurzen Zeit über die Integriert wird eingeschränkt und einem halbwegs brauchbaren Sigma Delta Wandler unterlegen. Ein wesentlicher Unterschied bei den Multislope Wandlern ist, dass die Steuerung des Desintegrierens mit dem Takt synchron erfolgt, genau wie auch beim Sigma Delta Wandler. Im Prinzip ließe sich der Multislope Wandler auch als eine spezielle Umsetzung eines Multi Bit Sigma Delta Wandlers interpretieren: Das Signal zum Desintegrieren gibt eine Art PWM als D/A Wandler und der Integrator entspricht dem im Sigma Delta Wandler. Viele integrierte Lösungen gehen mehr in Richtung Integrator höherer Ordnung und damit weniger Aufwand in analogen Teil und dafür mehr im Digitalen Teil. Für sehr hohe Auflösungen ist aber auch da Multi-bit auch ein Weg. Das zusätzliche langsame Desintegrieren für den letzten Schritt sehe ich bei den Multislope Wandlern eher als eine Hilfkonstruktion um den Letzten Rest besser zu interpretieren und die digitale Auswertung einfach zu halten - so dass man halt keinen vollen digitalen Filter und keine Einschwingen braucht. So ganz groß ist der Unterschiede zwischen einem Multislope Wandler und einem Multi-Bit Sigma-Delta Wandler also gar nicht. Da ist der Unterschied zum klassischen Dual Slope Wandler fast größer. Geschickt ist halt das die Analogen Schalter nur relativ selten umschalten und dann auch noch je nach Umsetzung mit einer konstanten Frequenz. Durch die Wahl der Zahl Zwischenschritte kann halt zwischen Fehlern beim Integrator (Kondensator, OP) und den Schaltern ein guter Kompromiss gefunden werden.
Anja schrieb: > http://www.scribd.com/doc/168875018/Understand-Capacitor-Soaking Schade daß TI das offline genommen hat. Hier kann man es aber noch ohne zu bezahlen lesen: http://www.datasheetarchive.com/files/national/htm/nsc03883.htm
Gerd E. schrieb: > Anja schrieb: >> http://www.scribd.com/doc/168875018/Understand-Capacitor-Soaking > > Schade daß TI das offline genommen hat. Hier kann man es aber noch ohne > zu bezahlen lesen: > http://www.datasheetarchive.com/files/national/htm/nsc03883.htm Es gibt auf der TI-Seite noch eine komplette Sammlung seiner Ideen/Tipps. http://www.ti.com/ww/en/bobpease/ http://www.ti.com/ww/en/bobpease/assets/www-national-com_rap.pdf (Understand Capacitor Soakage to Optimize Analog Systems ist ab Seite 302 zu finden) Frank schrieb: > Deshalb gibt es kein gutes Multimeter, das einen Delta-Sigma-Wandler > verwendet. Alle verwenden einen integrierenden Wandler (inhärent > fehlerfrei, inhärent linear, inhärent rauschfrei, inhärent genau, > inhärent stabil). Siehe oben Isotechs microK Thermometriebrücke. Die misst zwar "nur" Widerstände, in der microK 70 Variante aber mit einer Genauigkeit <= 0.07 ppm > Vielleicht reicht ein moderner 24Bit Sigma-Delta-Wandler für ein DMM > aus, aber ich würde mich dabei immer Unwohl fühlen und hätte wenig > Vertrauen in den Messwert, zumal Sigma-Delta-Wandler hoher Ordnung > schwer stabil zu bekommen sind. Deshalb gibt's auch so viele davon... http://www.eecs.qmul.ac.uk/~josh/documents/TsenovMladenovReiss-AES124-TheoreticalSimulatedExperimentalResultsStabilitySDMs.pdf http://www.ict.kth.se/ECS/esd/doc/ar99/andreas/mw.pdf usw. usf. > Eventuell hätte man den 31 Bit, 4. Ordnung Delta-Sigma-Wandler ADS1281 > von Texas Instruments verwenden können allerdings ist dieser ein zu > starker Rauscher im Vergleich zum LTC2440. Die letzte Stelle beim DMM > würde wie irr rumflippen, der geht also trotz 31 Bit auch nicht. Auch die DMMs mit integrierendem Wandler mitteln, um das/die letzten Bit/s ruhig zu stellen. > Das Agilent 34461A hat natürlich trotzdem einen Messfehler und > Temperatur- und Alterungsabhängigkeit, wegen der Spannungsreferenz. Und diverser Nicht-Linearitäten im ADC... > Im Gegensatz zu diesem inhärent fehlerfreien Wandler beim Agilent 34461A > würde ein Delta-Sigma-Wandler noch einen weiteren Fehler einbringen. > Deshalb bräuchte man viel mehr Bits Auflösung beim Wandler, damit diese > Fehlerquelle praktisch gesehen verschwindet (real verschwindet dieser > Fehler zwar nie, aber real ist auch der integrierende Wandler nicht > völlig fehlerfrei). 34461A Genauigkeit 24h Bereich 100 mV 6 S/s 30 ppm reading + 30 ppm range, 0.05 Volt Eingang: 1.5 uV + 3 uV = +-4.5 uV AD7794: Offset/Gain-Fehler im Bereich des Rauschens bspw. 78 nV RMS bzw. 514 nV P-P @ 8.33 S/s, 4V Referenz, Gain 32. INL: 15 ppm FSR d.h. wenn die Fehler addiert würden und bei Gain und Offset nicht gemittelt würde, wären es 1.9 uV + 0.5 uV + 0.5 uV, +-2.9 uV... Hinzukäme die Referenz mit 0.5 ppm, was hier für 24h vernachlässigbar ist.
:
Bearbeitet durch User
Thread beobachten
Seitenaufteilung abschaltenBitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.