Hallo Leute,
ich habe eine Signalquelle die mit 5V versorgt wird. Diese liefert mir
ein differentielles Signal mit 1 Vss. Um das Signal mit dem µC-ADC
Messen zu können, möchte ich es mit einer einfachen
Subtrahiererschaltung in ein Single-Ended Signal umwandeln. Dafür habe
ich den TL072D ins Auge gefasst, welchen ich mit +-15V versorge.
Allerdings ergibt sich folgendes Problem: Der µC-Pin bzw. auch der
nachfolgende Komperator TLC3702 (welcher ebenfalls für die
Signalauswertung verwendet wird) halten keine +-15V aus. Der OPV wird ja
mit +-15V versorgt, jetzt kann es natürlich sein, dass der OPV Ausgang
auf +15V oder -15V schaltet weil z.B. die Signalquelle nicht
angeschlossen ist.
Im "Normalbetrieb" hebe ich das Signal um 0.5V an sodass das Signal
immer 0-1V hat --> kein Problem.
Wie schütze ich den µC und den Komperator gegen diese hohen Spannungen
falls der OPV voll durchschaltet?
Bzw. wäre es besser einen OPV zu verwenden der mit GND und 5V versorgt
werden kann bzw. gibts so etwas überhaut (der TL072D funktioniert
scheinbar nicht mit dieser Versorgungsspannung)? Problem dabei ist
allerdings, dass der µC Pin nur 3.3V aushält d.h. ich müsste noch
zusätzlich Maßnahmen treffen, dass der µC-Pin nicht beschädigt wird...
Stehe hier momentan etwas an, wäre nett wenn ihr mir helfen könntet!
Danke :)
10k Ohm Widerstand zwischen Ausgang des OP-Amp und Eingang des ADC. In
Kombination mit den internen Schutz-Dioden des AVR wird so die Spannung
auf den erlaubten Bereich beschränkt.
Du must den Op-Amp nicht mit seinen maximalen +/- 15V betreiben. Er
funktioniert auch super mit 5V. Und ja, es gibt OP-Amps die mit einer
einfachen 5V Versorgung auskommen.
Es gibt OPs für kleinere Spannungen, also etwa 5 V oder 3,3 V. Das sind
z.B. viele Rail-Rail OP, etwa eine TS912 oder MCP6002. Die Auswahl ist
da groß.
Als groben Schutz geht ein Widerstand und ggf. Dioden zur Begrenzung. Es
gibt auch spezielle ICs als Schutz (z.B. MAX366). Ein anderer Weg ist
Rail-Rail OP mit begrenzter Versorgung, und grobem Schutz auf der
Eingangsseite.
> Als groben Schutz geht ein Widerstand und ggf. Dioden zur Begrenzung.
genau genommen ist das Lösung, was soll an den anderen Lösungen denn
besser sein?
> Es gibt auch spezielle ICs als Schutz (z.B. MAX366). Ein anderer Weg ist> Rail-Rail OP mit begrenzter Versorgung, und grobem Schutz auf der> Eingangsseite.
letzeres ist u.U. aufwendig, beides ist teuerer als die Widerstands-
bzw. Schutzdiodenlösung ... warum denn kompliziert, wenn es auch einfach
geht?
Vielen Dank für eure Antworten!
nur einmal so nebenbei schrieb:> Woher weisst du, dass es sich um einen AVR handelt?
Du hast recht ich benutze ein Cortex M3 derivat von Silabs (Precision
32), keinen AVR.
halli schrieb:> Stefan us schrieb:>> 10k Ohm Widerstand>> Viel zu groß.
Welchen Widerstand würdest du empfehlen?
Testi schrieb:> Nimm einen anderen Komparator mit Open Collector Ausgang... Dann nen> Pullup 10K oder so an die 5V.
Beim Komparator ist nich der Ausgang das Problem, denn zum einlesen des
Komparatorausganges nutze ich einen der 5V toleranten Pin des µCs. Nur
leider sind die ADC pins nur 3.3V tolerant.
Bzw. muss der Komparatoreingang vor den +-15V des OPVs der das
Single-Ended Signal liefert geschützt werden.
Ulrich schrieb:> Es gibt OPs für kleinere Spannungen, also etwa 5 V oder 3,3 V. Das> sind> z.B. viele Rail-Rail OP, etwa eine TS912 oder MCP6002. Die Auswahl ist> da groß.
3.3V Versorgung würde leider nicht funktionieren, da das Eingangssignal
kommend von der mit 5V versorgten Signalquelle gemessen gegen GND
irgendwo zwischen 0 und 5V liegt. Der OPV darf am Eingang aber keine
höhere Spannung als die Versorgung (3.3V) anliegen haben...
Deshalb müsste ich also mit 5V versorgen und benötige dann erst recht
eine Schutzschaltung beim ADC.
Ulrich schrieb:> Als groben Schutz geht ein Widerstand und ggf. Dioden zur Begrenzung. Es> gibt auch spezielle ICs als Schutz (z.B. MAX366). Ein anderer Weg ist> Rail-Rail OP mit begrenzter Versorgung, und grobem Schutz auf der> Eingangsseite
Wie weiß ich, ob ein Widerstand ausreicht? Bzw. wie dimensioniere ich
den Widerstand und die Dioden? Interessant wäre auch die Theorie
dahinter. Warum das funktioniert ist mir nämlich aktuell nicht ganz
klar...
Der Schutz mit dem Widerstand funktioniert so, dass der Strom begrenzt
wird. Die Dioden begrenzen die Spannung indem bei zu viel Spannung dann
Strom zu den 3,3 V oder 5 V fließt. Viele ICs haben intern Dioden zur
Versorgungsspannung, die in ggf. die Funktion übernehmen können,
allerdings hat ein Strom durch die Dioden ggf. negative Einflüsse auf
andere Funktionen des ICs (z.B. benachbarte AD Kanäle). Die internen
Dioden sind also eher nur ein Schutz gegen ein defektes IC - Störungen
der Funktion kann man damit nicht immer ausschließen.
Wie groß der Widerstand werden darf, hängt vom IC Eingang ab. Beim ADC
des AVRs liegt das Limit bei etwa 10 K - beim schnelleren ARM wrid das
Limit vermutlich eher niedriger liegen. Je nach Strom muss man die
Dioden wählen - am ADC Eingang würde ich eher eine externe Shottkydiode
nehmen, wegen der kleineren Flusspannung, damit im IC kein/kaum Strom
fließt. Damit nicht zu viel Strom über die Dioden fließt sollte die
Spannung schon nicht zu groß werden - also lieber keinen OP der 15 V
liefern kann, sondern nur 5 V oder weniger.
Bei einem Differenzverstärker (mit 1 OP) bekommt der OP nicht unbedingt
die volle Spannung des Eingangs zu sehen, sondern eher nur die geteilte
zur Masse. Das kann also mit 5 V Spannungsbereich und 3,3 V ggf. noch
gehen. Einige OPs können tatsächlich auch noch eine Spannung knapp (z.B.
0,3 V) oberhalb oder unterhalb der Versorgung verarbeiten.
Vielen Dank für die Erklärung Ulrich.
Da der OPV Ausgang sowohl vom ADC (µC) als auch vom Komparator verwendet
wird, soll ich diese Schutzschaltung nur einmal beim OPV Ausgang oder
zweimal (jeweils einmal beim ADC und einmal beim Komparator) machen?
Ob man den Schutz 1 oder 2 mal macht hängt davon ab. Von der Tendenz
würde ich getrennt vom OP weg gehen, damit sich die Eingänge nicht
gegenseitig beeinflussen (z.B. Spannungseinbruch bei Sampling des ADs -
wobei der Komperator hier wohl nicht schnell genug ist um das zu sehen).
So wie ich es verstanden habe, arbeitet der Komparator mit 5V und
bräuchte hinter einem OP, der mit 5 V arbeitet keinen extra Schutz. Für
den Komparator könnte ein einfacher Widerstand ausreichen um den Strom,
etwa auch beim Power Up zu begrenzen, also etwa 1 K.
Es gibt leider auch Mehrkanal ADCs die es gar nicht mögen, wenn bei
einem der Eingänge die internen Schutzdioden anfangen zu leiten. Das
beeinflusst bei denen dann die Spannung der anderen Eingänge und führt
somit zu falschen Messwerten. Ich weiß leider nicht mehr genau welcher
Mehrkanal ADC das war. Deshalb wäre es sicherer einen Opamp mit 3,3V
Versorgung davor zu schalten falls mehrere ADC-Eingänge benutzt werden.
Ulrich schrieb:> So wie ich es verstanden habe, arbeitet der Komparator mit 5V und> bräuchte hinter einem OP, der mit 5 V arbeitet keinen extra Schutz.
Ja das stimmt natürlich, dann erübrigt sich die Frage.
Ulrich schrieb:> Für> den Komparator könnte ein einfacher Widerstand ausreichen um den Strom,> etwa auch beim Power Up zu begrenzen, also etwa 1 K.
Ok also den 1K Widerstand auf alle Fälle verwenden, auch wenn der OPV
nur mit 5V Versorgt wird?
Helmut S. schrieb:> Es gibt leider auch Mehrkanal ADCs die es gar nicht mögen, wenn bei> einem der Eingänge die internen Schutzdioden anfangen zu leiten. Das> beeinflusst bei denen dann die Spannung der anderen Eingänge und führt> somit zu falschen Messwerten. Ich weiß leider nicht mehr genau welcher> Mehrkanal ADC das war. Deshalb wäre es sicherer einen Opamp mit 3,3V> Versorgung davor zu schalten falls mehrere ADC-Eingänge benutzt werden.
Ok dann würde ich die Schutzschaltung wie in dem angefügten Bild machen.
D.h. einfach nach dem Subtrahierer (welchen ich mit 5V versorge) die
Schutzschaltung mit dem Widerstand und den Dioden und dann einen
Impedanzwandler. Danach kommen dann µC und Komparator. Als Shottky Diode
habe ich die 10 BQ 015 genommen. Alles Ok so?
Johannes R. schrieb:> die> Schutzschaltung mit dem Widerstand und den Dioden und dann einen> Impedanzwandler. Danach kommen dann µC und Komparator
Bitte zwischen OP Ausgang und ADC Eingang noch einen kleinen Widerstand
von 50 .. 100 Ohm einfuegen. Es koennte durch die kapazitive Belastung
des ADC Einganges der OP sonst Anfangen zu schwingen.
> Der MCP602 geht am Ausgang nicht bis ans Rail, sondern nur etwa bis 1 V
ran. Das könnte eventuell knapp werden.
Stimmt, der Eingangsbereich geht nur bis zu Vcc-1,2V. Da könnte man die
Eingangsspannung halbieren(Spannungsteiler) und dann mal zwei
verstärken. Das könnte man dann gleich mit dem Schutzwiderstand
kombinieren.
Alternativ einen Opamp nehmen der am Eingang bis VCC kann (z. B.
TS912A).
Ulrich schrieb:> Der MCP602 geht am Ausgang nicht bis ans Rail, sondern nur etwa bis 1 V> ran. Das könnte eventuell knapp werden.
Uh sorry vorher wurde der MCP6002 gepostet und in Eagle habe ich dann
wohl eine 0 zu wenig eingetippt. Der MCP6002 kann aber schon bis ans
Rail gehen so wie ich das verstanden habe oder?
Ich verstärke die Spannung bei der Subtrahiererschaltung mit faktor 3
damit ich mit 0-3V die gesamte ADC Bandbreite ausnutze.
Falls du gerade ein PCB-Layout machst, da würde ich zwischen Opamp und
ADC-Eingang einen 100Ohm Serienwiderstand vorsehen und einen 10nF
Kondensator direkt vom ADC-Eingang nach Masse.
Helmut S. schrieb:> Falls du gerade ein PCB-Layout machst, da würde ich zwischen Opamp und> ADC-Eingang einen 100Ohm Serienwiderstand vorsehen und einen 10nF> Kondensator direkt vom ADC-Eingang nach Masse.
Danke! Beim Komparator Eingang das gleiche?
> Danke! Beim Komparator Eingang das gleiche?
Nein da nicht. Da gibt es ja nur 0V und 3,3V.
ADCs arbeiten heutzutage meistens mit Kapazitäten. Die schalten bei
jeder Wandlung erstmal einen kleinen Kondensator(wenige pF) an den
Eingang. Da "zuckt" dann der Opamp eventuell kurz. Durch den externen C
bekommt der Opamp davon praktisch nichts mehr mit und bleibt ruhig.
Statt der Subtrahierschaltung mit OP-Amp würde ich eher auf einen
Instrumentenverstärker setzen.Ist einfach viel genauer und kostet nur
wenig mehr. Ansonst hat helmuts recht. Der 1kOhm/10nF bildet natürlich
einen Tiefpass, der aber als Antialiasing-Filter durchaus erwünscht sein
kann.Am besten hier gleich die analoge Bandbreite aufs Minimum
beschränken.
Grüsse
Gebhard Raich schrieb:> Statt der Subtrahierschaltung mit OP-Amp würde ich eher auf einen> Instrumentenverstärker setzen.Ist einfach viel genauer und kostet nur> wenig mehr. Ansonst hat helmuts recht. Der 1kOhm/10nF bildet natürlich> einen Tiefpass, der aber als Antialiasing-Filter durchaus erwünscht sein> kann.Am besten hier gleich die analoge Bandbreite aufs Minimum> beschränken.
Mein Eingangssignal ist +-500mV differentiell.
Bei einer Umwandlung in ein Single-Ended Signal soll das Signal um die
hälfte angehoben werden damit es keine negative Spannung mehr gibt.
Zusätzlich soll es um den Faktor 3 verstärkt werden damit die ganze ADC
Bandbreite genutzt wird.
Also +-500mV differentiell zu GND - 3V Single-Ended.
Ist dies mit einem Instrumentenverstärker-IC überhaupt möglich?
Nimm einfach einen RRIO OpV, der zu deinem µC und dessen VCC paßt. Der
Rest sind ein paar sinnvoll dimensionierte Widerstände. Das ist alles.
(RRIO = rail to rail am Ausgang UND an den Eingängen)
Den TL072 würde ich kommentarlos knicken, ebenso den Gedanken an +/- 15
Volt Versorgung.
W.S.
