Morgen Leute!
Ich bräuchte mal einen Rat von euch.
Ich messe ein Signal, welches etwas weiter vom eigentlichen ADC entfernt
ist. Die Zuführung des Signals kommt über ein Kabel. Um hier keine
Verluste durch den Leitungswiderstand zu haben, habe ich einen OP davor
gesetzt.
Der AD-Wandler (MAX11206) hat zwar interne Buffer, aber dann kann ich
nicht mehr bis an die Rails messen, was ich aber gerne würde. Die
internen fallen daher weg und der externe OP dazu.
Der ADC bekommt eine Referenzspannung von 3V. Damit der OP auch zwischen
0 und 3V aussteuern kann, versorge ich ihn mit +5V und -3V (diese
Spannungen habe ich in meinem System eh vorhanden).
Jetzt kommt das eigentliche Problem: Das zu messende Signal wird an- und
abgesteckt, dass heisst, dass die Eingänge des OPs floaten können und er
dann in irgendeine Sättigung nach oben oder unten geht. Beide Fälle
wären tödlich für den ADC.
Jetzt kann ich also einen Widerstand zwischen OP und ADC packen, welcher
in diesem Fall den Strom begrenzt. Aber dann bekomme ich wieder einen
Fehler durch den Eingangsstrom des ADCs, welcher bei ausgeschaltetem
Buffer bei +/-1,4uV/V liegt, also schlimmstenfalls 4,2uV pro Eingang.
Der maximal zulässige Strom in die Eingänge des ADCs ist leider nicht
angegeben. Der OP ist kurzschlussfest und liefert +/-20mA.
Ein LSB des ADCs beträgt 2,86uV - um keinen Fehler durch den
Vorwiderstand zu bekommen, darf der Vorwiderstand also nicht größer
0,3Ohm sein (klar, das ist jetzt rein rechnerisch - dass der
20Bit-Wandler eh ein wenig überdimensioniert ist und ein LSB ohnehin
nicht zu bändigen ist, ist klar - aber der ist schon da und ich will es
auch gerne einfach verstehen). Also mit einem 0,3Ohm-Widerstand ist der
Fehler unter einem halben LSB. Also darf quasi garkein Widerstand
dazwischen.
Wie sollte ich hier verfahren? Hat einer einen Tipp für mich?
Was spricht gegen die übliche Beschaltung? Einen hochohmigen Widerstand
am Eingang des OP gegen Masse, damit er nicht floatet. Dazu dann noch
Clamp Dioden gegen Masse und 3,3V, die bei Störimpulsen OP und Wandler
schützen.
Kein Name schrieb:> Einen hochohmigen Widerstand> am Eingang des OP gegen Masse, damit er nicht floatet.
OK, das geht natürlich. Der Widerstand liegt dann aber parallel zu
meinem Messobjekt. Hier ist z.B. eine Messbrücke dran. Da nimmt der
Widerstand dann ja schon Einfluss drauf. Was bedeutet hochohmig? Im
MOhm-Bereich? Es würde dann ja so aussehen:
Hab grad mal geschaut...mal angenommen ein Widerstand in der Messbrücke
hätte 5k und ich schalte jetzt einen 10MOhm Widerstand parallel, dann
habe ich ja schon einen Fehler von 3Ohm.
Das ist schon viel.
Und noch ein Problem. Das lange Kabel fängt Rauschen und Störungen ein -
aufwändige Abschirmung und Tiefpass.
Könnte in Summe einfacher werden, wenn du den AD-Wandler direkt neben
die Messbrücke stellst, dann Versorgung und digitale Signale über das
lange Kabel schickst.
Ja klar, das ist richtig.
Aber der Wandler wird auf der Platine sitzen, an der dann das Messobjekt
angeklemmt wird. Da ist nichts dran zu machen. Also wie schütze ich den
ADC nun am besten?
Georg schrieb:> Hab grad mal geschaut...mal angenommen ein Widerstand in der Messbrücke> hätte 5k und ich schalte jetzt einen 10MOhm Widerstand parallel, dann> habe ich ja schon einen Fehler von 3Ohm.>> Das ist schon viel.
und du glaubst mit langem Kabel Stecker und vieleicht noch unter
Spannung ein und abstöpseln kriegst du keine Fehler rein.
Auf 18 oder mehr Bit messen verträgt sich nicht so ganz mit
Baustellenbetrieb.
Deine Messbrücke muss eh abgeglichen werden, oder meinst du die ist
incl. langes Kabel und Stecker auf 20 Bit langzeitstabil?
Nur nochmal zum auf der Zunge zergehen lassen:
2^20 > 1000000.
20 Bit entsprechen einer daher einer Auflösung auf 0,0001% des Endwerts.
Der Wandler ist halt schon da. Deswegen nehm ich den.
Natürlich ist das nicht optimal, das is mir klar.
Aber mir geht es doch hier eher generell um den Schutz eines ADCs in
oben angesprochener Konstellation.
Kann mir da keiner helfen? Selbst wenn der ADC direkt neben dem
Messobjekt sitzen würde, würde das Problem weiterhin bestehen.
Georg schrieb:> Kann mir da keiner helfen? Selbst wenn der ADC direkt neben dem> Messobjekt sitzen würde, würde das Problem weiterhin bestehen.
Was spricht dagegeben den internen Puffer auch zu benutzen?
Was sagt die Doku.
Du hast Kalibrationsregister, du kannst also systematische Fehler ggf.
direkt rauskalibrieren, ansonsten macht das die weiterverarbeitende
Software.
Du hast noch nicht mal gesagt wovor genau du schützen musst. EMV?
Transienten?
Bei jeglicher Schutzbeschaltung musst du den Strom begrenzen und
Überspannungen (gegenüber Vcc und Masse) ableiten. Damit geht halt ein
gewisser Fehler einher. Solange es systematisch ist kannst du es später
rausrechnen.
Udo Schmitt schrieb:> Was spricht dagegeben den internen Puffer auch zu benutzen?
Dass ich dann nicht mehr bis an die Rails messen kann.
Udo Schmitt schrieb:> Du hast noch nicht mal gesagt wovor genau du schützen musst.Georg schrieb:> Jetzt kommt das eigentliche Problem: Das zu messende Signal wird an- und> abgesteckt, dass heisst, dass die Eingänge des OPs floaten können und er> dann in irgendeine Sättigung nach oben oder unten geht. Beide Fälle> wären tödlich für den ADC.
Davor muss ich schützen. Der ADC wird mit 3,3V versorgt. Der OP aber mit
+5V und -3V.
Pack an der Geräteinnenseite einen 1k-Widerstand rein, hinter dem je
eine leckstromarme Diode gegen GND und 3,3V geht. Dann floated bei
abgezogenem Stecker das Potetialzwischen 0V und 3,3V, also im Bereich
vom ADC.
Georg schrieb:> Das zu messende Signal wird an- und> abgesteckt, dass heisst, dass die Eingänge des OPs floaten können und er> dann in irgendeine Sättigung nach oben oder unten geht. Beide Fälle> wären tödlich für den ADC.
Da fallen mir 2 Möglichkeiten ein:
1. Einen R2R-OP nehmen, der mit 3,3V versorgt wird.
2. Zwischen OP und ADC einen Widerstand, der den Eingangsstrom des ADC
auf verträgliche Werte begrenzt. Bleibt die Frage, ob Maxim da was
spezifiziert und der Fehler durch den Widerstand klein genug ist.
Aber unabhängig davon würde ich an den Eingängen der OPs in jedem Fall
noch Schutzwiderstände (Längswiderstände) spendieren, um den OP vor
Spikes / ESD zu schützen.
Gruß Dietrich
Georg schrieb:> Udo Schmitt schrieb:>> Was spricht dagegeben den internen Puffer auch zu benutzen?>> Dass ich dann nicht mehr bis an die Rails messen kann.
Ich dachte da hängt ne Brücke dran? Also was soll das mit Rail to Rail
messen?
Wie genau musst du eigentlich messen. Kann man das spezifizieren oder
ist das wieder ein "so genau wie möglich" Problem?
Dietrich L. schrieb:> 1. Einen R2R-OP nehmen, der mit 3,3V versorgt wird.
Und damit dann 16 - 20 Bit genau messen? Schöner Traum.
op_buffer.png
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