Hallo, ich hoffe ich könnt mir weiterhelfen. Zielsetzung --------------- Als Teil meiner Abschlussarbeit hab ich das Problem, dass ich A.) eine Spannung gezielt vorgeben soll im Bereich von 0-1.5V mit einer Auflösung von ~1-10mV B.) gleichzeitig ein Strom über eine Last nicht die Spannungreferenz verändern soll. C.) sehr kleiner Bauraum muss eingehalten werden (Durchmesser 10mm, 25mm Höhe) --------------- Hintergrund --------------- Der Aufbau sieht so aus, dass ein Arduino Nano verwendet wird, um über eine eigene Shieldplatine eine Spannung auf einer Steckplatine vorzugeben. Diese sehr kleine Steckplatine (ungefähr 10x25mm), wird mit dem Shield verbunden und nach der Spannungsvorgabe getrennt. Die Steckplatine wird daraufhin in ein Glasröhrchen (D 10mm) und mit einem Kontakt(Stiftleiste o.ä) in das darin enthaltene Pulverbett aus verschiedenen Partikeln (Proben) gesteckt, um an diesen die Referenzspannung anzulegen.Der Widerstand des Pulverbetts ist quasi die Last, sofern Ausgleichsströme fließen. Die Steckplatine nimmt die Bauteile für die Spannungsreferenz und für die Entkopplung von Spannung und Strom auf, sowie eine Micro Knopfzelle als Versorgung. ---------------- erster Ansatz: ---------------- Entkopplung über Impedanzwandler, Kondensator als Speicher für die Spannungsreferenz. siehe angehängtes Bild. Grundsätzlich könnte eine solche Schaltung funktionieren, allerdings zieht der OpV stets 25pA am Eingang und entlädt damit den Kondensator innerhalb von Minuten um mehrere mV. Für die Messungen wäre es ideal, wenn die Spannung an den Proben tatsächlich konstant wäre. Sofern es keine bessere Lösung gibt, bliebe noch die Kapazität drastisch zu erhöhen. ---------------- Fragen: ---------------- 1.) ist es möglich, durch eine Schaltung den Eingangswiderstand des OpV zu erhöhen? 2.) oder: wie kann man von außen eine Spannung als Referenz einstellen, die dann über eine Schaltung von der Batterieversorgung her gehalten wird, um die 24pA auszugleichen? Bzw. periodisch den Kondensator wieder auf die Ursprungsspannung aufläd? 3.) das Arduino Nano hat nur digitale Ausgänge. 5V DC oder 5V 8Bit PWM. Wie würdet ihr eine Spannung gezielt vorgeben? Das ganze sollte stets reproduzierbar sein, z.B. wenig von der aktuellen Raumtemperatur oder Störungen abhängen. DAC ? Integrierer/Konstantstromquelle und dann mit schnellem Schalter unterbrechen? Frequenz-Spannungswandler? 4.) ein anderes Problem ist der Ausgangsoffset des OpV. Kann man diesen irgendwie beschränken/ konstant halten? 5.) ich würde gern die Verbindung zur Steckplatine elektrisch unterbrechen, so dass diese abgezogen werden kann, ohne dass an den Kontakten eine Spannung anliegt. Könnt ihr einen schnellen Schalter/Transistor empfehlen den man hierfür verwenden könnte? --------------- Danke schonmal für die Mühe. Gruß
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Habe Deinen Text nur überflogen, aber vielleicht schaust Du Dir mal den MAX6037 an und/oder googelst mal nach adjustable Reference. gk
Ohne Deine eigentlichen Fragen zu lesen ein kleiner Hinweis: Du hast als Roff im Schaltermodell 0,1EOhm (also Exaohm, 1*10^17) angegeben - LTspice hat mit absurd großen und kleinen Werten einige Probleme, dass kann die Simulationsdauer in ähnlich absurd-hohe Größenordnungen treiben.
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Okay. Danke für die ersten Hinweise. Ich wollte das Abstecken der Platine (rechter Teil der Schaltung) simulieren und dann allein die Spannungsabnahme am Kondensator durch den OpV betrachten. Sobald ich den Schaltwiderstand Roff kleiner mache, entlädt er mir den Kondensator hauptsächlich über den Schalter. @gk: Danke! der DS4303 könnte funktionieren. Ich sehe gerade, dass dieser intern nen DAC hat. Ich frag mich gerade ob ich nicht direkt einen DAC auf der Zielplatine verschalten soll. Der DAC könnte dann über einen festen Spannungsreferenz IC eingestellt und seriell vom Arduino aus programmiert werden. Dann müsst ich nicht mehr versuchen aus digitalen Ausgängen analoge zu machen. Hab mir jetzt den LTC1659 rausgesucht. Dieser sollte auch seinen inneren Zustand beibehalten, solang man nicht aktiv die Eingabe triggert. Mit der Lösung wären praktisch fast alle Fragen vorerst anderweitig gelöst. Ansonsten falls jemand auch leidig nach SMD Schaltern (Batterie on/off) gesucht hat, es gibt den 1Pol DIP Schalter SDA01H0SBR.
Ok neues Problem: wie interpretiert man den Supply Current im Datenblatt z.B. des Lt1659. Ist dies bei Dauerbetrieb, wenn der DAC fortwährend mit einer Frequenz schaltet? Bei einer Versorgungsspannung von ~2V würde mir der Chip allein laut Angabe fast 0.8mA ziehen. Wie legt man eine Batterieversorgung für Ic/uC Schaltungen am besten aus? In meinem Fall wird nur einmal die Spannung am DAC eingestellt. Der Strom der danach fließt ist abhängig von der Last aber begrenzt durch den Ausgang des DAC ~5mA.
Die Kurve mit Supply Current VS - Logic input level, spiegelt vor allem das verhalten der digitalen Eingänge wieder. Bei 5 V Versorgung sind 2 V am Eingang eines CMOS ICs nun mal schlecht. Wenn der µC und der DAC die selbe Versorgung (z.B. 2,7V) haben, entfällt das Problem. Es bleibt dann aber ein Stromverbrauch von etwa 250 µA für das IC und ca. U_ref/ 28 K (Größenordnung 100 µA). Der relativ hohe Stromverbrauch ergibt sich teils einfach aus der relativ hohen möglichen Geschwindigkeit des DACs. Da gibt es sparsamere (z.B. MCP4921 ist schon etwas sparsamer, geht aber wahrscheinlich noch besser) - zumal man ja auch noch eine Ref. braucht, und 2,7 V als min. Spannung auch schon recht hoch sind für Batteriebetrieb. Auch ein Digitaler Poti und OP dahinter kann noch sparsamer sein.
Okay. Ich hab jetzt allerdings keinen 12Bit Digital Poti gefunden. Und wenn man mehrere Digitalpotis in Serie schaltet erhöht man leider nur den Aufwand und verbraucht Platz. Ich hätte jetzt diesen Ultra-low power DAC gefunden. AD5452 http://www.farnell.com/datasheets/1780741.pdf Wenn nichts weiter dagegen spricht, werd ich versuchen eine Schaltung aufzubauen mit: Für die Steckplatine: 1xAD5452 DAC 1xAD8551 prec. OpAmp http://www.farnell.com/datasheets/1769107.pdf (es steht zwar bei Farnell chopper, aber das ist doch eher ein "chopper gleich" stabilisierter OpV?) 1xREF3020 2.048V Spannungsreferenz http://www.farnell.com/datasheets/1446366.pdf -diverse R,C, On/Off DIP, SMD LEDs 2xMS621FE Lithiumpolymer Akku in Parallelschaltung. http://www.farnell.com/datasheets/321180.pdf Die Tiefentladung liegt anscheinend bei 2V. Da müssten meine oberen Bauteile vorher schon Schluss (2.7V) machen und damit eine Tiefentladung verhindern. Gleichzeitig sollte der Ausgangsstrom durch die Akkus auf natürliche Weise begrenzt sein? Oder brauch ich hierfür nochmal nen Vor-Widerstand? (OpV kann bis zu 5mA ausgeben, beide Akkus liefern zusammen max 0.5mA) Für den Arduino Shield: -LTC4070 Batterie Charger IC http://www.farnell.com/datasheets/1713919.pdf Wenn ich diesen IC richtig verstanden habe, sollte ich mit ner Spannung von 3,3V vom Arduino als Vin und nem passenden Widerstand genau die Batterien aufladen können, ohne diese zu überlasten. -analog switch TS5A23166, für Steuerung der Batterieaufladung Die Steckplatine soll dann bei jeder neuen Anwendung und Programmierung, gleichzeitig aufgeladen werden. Ist das überhaupt möglich einen Akku aufzuladen und gleichzeitig eine Last zu versorgen? Ich würde lediglich erwarten das eben der effektive Ladestrom für die Akkus etwas geringer ausfällt. Mit wieviel mA würdet ihr die Akkus aufladen? Laut Datenblatt stehen als Standard 0.015mA, was etwas wenig ist im Verhältnis zum maximalen Output. Shield Vout Batterie charger 3.1V----)(------------------VBat+ (2,7V->3.1) | RL (DAC,OpV,URef) | Shield GND ----------------------)(------------------VBat-
Auch wenn die Teile nur bis 2,7 V spezifiziert sind, heißt das noch nicht, dass dann darunter kein Strom mehr Aufgenommen wird, sondern nur, das da keine Funktion mehr garantiert ist. Einen Schutz vor Tiefentladung bräuchte man aber immer noch. Der ADC ist tatsächlich recht sparsam, auch wenn das etwas täuscht: der Ref Eingang ist relativ niederohmig und zieht da bei 2 V da etwa 200µA. Der AD8551 ist präzise, aber nicht wirklich sparsam. Sparsam wäre etwa ein MCP6V31.
Hi, danke dir btw. für deine Mühe und Zeit. Habe jetzt den OpV von dir übernommen. Hätte jetzt diesen Spannungsdetektor IC gefunden: http://de.farnell.com/linear-technology/ltc1998cs6-trmpbf/spannungsdetektor-li-ion-batt-sot23/dp/1663873RL Der Detektor ist dann das einzige Bauteil das stets versorgt wird. Der Kreis der anderen Bauteile wird dann durch nen lowside FET geschlossen. Mit zwei Batterien komm ich theoretisch auf 0.5mA., da fällt hoffentlich der Verbrauch des DAC nicht so ins Gewicht, zumal dieser nur einmal umgeschalten wird. Die ganze Schaltung soll später nur kleinere Leckströme kompensieren und die Spannung dabei konstant halten. Wie schätze ich den Verlust von Transistoren richtig ein? Könnte z.B. dieser Transistor von den Werten her passen? FDY300NZ, mit Rdson = 0.00024ohm. http://www.farnell.com/datasheets/298793.pdf
Der MOSFET sollte gehen, könnte auch noch kleiner sein. 1 mA gibt halt auch bei o,3 Ohm nicht viel Verlust. Bei so wenig Strom könnte es ggf. auch Überwachungs-ICs geben, die ohne den externen FET auskommen, ggf.auch als Spannungsregler mit Abschaltung bei Unterspannung - das könnte dann ggf. auch gleich die Ref. ersetzen. Allerdings ist die Belastbarkeit der Akkus wirklich gering. Da sollte man vielleicht doch noch mal nach einem Sparsameren DAC oder Digipot suchen. Wegen der Auflösung halt notfalls auch 2 Zusammenschalten und beim einstellen den passenden Wert suchen.
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Das schwierige ist einfach auch der Aufwand für die Suche nach Multifunktions Ic's. Meistens passen dann andere Werte nicht oder sie sind nicht verfügbar. Ich hab jetzt noch nen sparsameren DAC gefunden, der noch dazu offenbar einen positiv gepolten Ausgang besitzt, so dass man sich einen OpV fürs invertieren spart. AD7390ARZ Ich hab jetzt mal Schaltpläne und Board Layouts mit den bereits gefundenen Bauteilen erstellt. Werde nächste Woche mit den Uni Werkstätten reden, ob das ganze so machbar ist. Hauptsächlich kommt es darauf an, das sie mir alle TH pads durchkontaktieren. Grundsätzlich können die auch Bauteile bestücken und Reflow Löten, mal sehen. Der Batterielogger IC wäre auf 2,8V Cut-Off programmiert. Auf dem Shield bildet eine Stromreferenz + OpV + Transistor eine einschaltbare CCCV Quelle. Der zuvor gefundene Chip war mit +4.0V scheinbar zu hoch für die gewählten LiPos. Mit der Schaltung sollte es möglich sein, zwischen Batterieversorgung +Aufladung oder direkter Versorgung übers Arduino hin und her zu schalten, je nachdem ob der User den SMD Schalter aufm Board drückt. http://de.farnell.com/multicomp/mcate-1-v/schalter-betaetiger-oben/dp/1316982?Ntt=MCATE1 Die einzigen echten Fehlermeldungen vom DSR betrifft das vom Bauteil Druck tPlace mit Lötstop tStop kollidiert. (lustigerweise auch bei Hersteller eagle files). Gibt es ne Möglichkeit über scripte einen Zeichnungsrahmen und ne Stückliste zu generieren?
Das Projekt hört sich interessant an. Darf man fragen, worum es dabei geht?
Die Digitalen Eingänge der DACs brauchen noch Pull-down oder Pull-up Widerstände, damit die Eingänge nicht auf undefiniertem Pegel liegen, das würde sonst den Stromverbrauch erhöhen. Zusätzlichen Strom brauchen die Widerstände nur von der Schaltung die den Wert reinschreibt. Es könnte sein, das die Versorgung hinter dem MOSFET noch eine Kondensator zur Stabilisierung braucht, der Akku ist ja relativ hochohmig und kann keine Pulsströme liefern, und auch nicht gut Ströme etwa von ESD aufnehmen. Bei der Ref. ist ein Kondensator am Ausgang optional (und dann auch mit Einschränkungen beim ESR) aber an der Versorgung sogar ein recht großer empfohlen.
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Servus, @Bestaendiger Vom technischen Standpunkt aus gehts um ein Board das über einen Shield fürs Arduino Nano aufgeladen und programmiert werden soll eine feste Spannung (0-2.047V/ @0.5mV LSB) über einen DAC auszugeben (200uA/1mA). Durch LiPo Batterien und die sehr geringe angepeilte Größe des Boards, soll es möglich sein dieses auch autonom einzusetzen wo man nicht mit nem Labornetzteil hinkommt/ oder nicht hin darf. z.B. Reagenzgläser unterm Abzug etc. Daher die hohen Micropower Anforderungen. (uA statt mA) @Ulrich Danke nochmal für die Hinweise. Die Pull-Downs sind problematisch, weil ich keinen Platz im Layout dafür habe. Ich hab jetzt einen PullDown mit 1,3M setzen können. Hab mich für den CLR Pin entschieden, weil dieser auf High Flanke geprüft wird. Der Rest muss erstmal floatend verbleiben. Der DAC sollte zumindest allein von Störungen auf den Leitungen nicht schalten und im normalen Verbrauch bleiben. Wenn verbunden mit dem Shield, sollten diese über die Digital Pins des Arduino stets definiert auf GND sein. Ich hatte schon nen Kondensator am URef Ausgang, mit 0.1u und hab jetzt noch nen Kondensator C2 am MOSFET Ausgang mit 100u gesetzt. Würden die passen oder sollten diese noch größer ausfallen? ESD Schutz ist wirklich ne Sache die für meine spezielle Anwendung im Laborbereich sehr wichtig ist. (Handschuhe + Proben + Reibung + EMF) Daher nochmal Danke das du mich drauf aufmerksam machst.
Ulrich schrieb: > Die Digitalen Eingänge der DACs brauchen noch Pull-down oder Pull-up > Widerstände, damit die Eingänge nicht auf undefiniertem Pegel liegen, > das würde sonst den Stromverbrauch erhöhen. Zusätzlichen Strom brauchen > die Widerstände nur von der Schaltung die den Wert reinschreibt. > > Es könnte sein, das die Versorgung hinter dem MOSFET noch eine > Kondensator zur Stabilisierung braucht, der Akku ist ja relativ > hochohmig und kann keine Pulsströme liefern, und auch nicht gut Ströme > etwa von ESD aufnehmen. Bei der Ref. ist ein Kondensator am Ausgang > optional (und dann auch mit Einschränkungen beim ESR) aber an der > Versorgung sogar ein recht großer empfohlen. Um die Liste etwas zu erweitern: Der AD7390 braucht noch 100 nF + 10uF an der Versorgung. Wenn man wüsste was die Last ist, könnte auch gesagt werden, ob dieser DAC mit der Last zurechtkommt... Max. Kapazität sind laut DB nur 100 pF! Ob die Schaltung lang genug mit den vorgesehenen Batterien läuft, wäre auch noch zu fragen, da die Spannung laut DB am Anfang ziemlich schnell abfällt. Eine Alternative zu dem AD7390, wäre, wenn es von den Anforderungen her passt, z.B. der MCP4728. Etwas Overkill, da 4x 12-Bit DAC, aber drei könnten abgeschaltet werden. Vorteil: Das Teil hat 1. eine interne Referenz und 2. speichert es die Werte in einem EEPROM und verträgt bis zu 1 nF an den Ausgängen. http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/22187E.pdf Oder gleich einen kleinen Cortex-M3 mit passender Peripherie... EFM32TG110 der bis runter auf 1.85 V läuft und u.a. einen 12-Bit DAC und OpAmps integriert hat, DAC Stromverbrauch 38uA typ., Deep Sleep mit RTC an um z.B. die Batterie zu schonen 1 uA, Shutoff 20 nA... Allerdings QFN24-Gehäuse... http://www.silabs.com/Support%20Documents/TechnicalDocs/EFM32TG110.pdf
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Hi, Danke! Stimmt die Kondensatoren am DAC hab ich auch noch vergessen, obwohl es sogar im DB steht. Also 0.1u Keramik und 10u Tantal am Supply. Ich werde den MCP4278 übernehmen. Der kommt mit 1Channel aktiv auf ~200uA und das entspricht auch dem AD7390+URef. Das schafft auch nochmal Platz im Layout. Der Cortex ist wirklich heftig. Allerdings ist der Verbrauch angegeben pro Mhz und sofern der uC nicht runtergetaktet werden kann auf 1Mhz wäre der Verbrauch zu hoch. Die PCB Werkstatt der Uni gibt BGA 0.5mm fp als minimum an, kein Wort über QFN. --- Für meine Anwendungen: metallische Pulver unter Potenzial, die in Kontakt mit Lösungen kommen und organisch/anorganische Lösungen die auf ein geringes Potential reagieren, sind 100pF und wenige uA völlig ausreichend. Aber ja, die große Frage ist, wie lang die mini LiPos halten würden. Cut-off Voltage ist ~2,7V (statt 2,8V wie oben mal geschrieben) maximale Entladung ist 0.5mA. 200uA allein für die Schaltung. Wenn die Schaltung eine Stunde lang durchhält, wäre das bereits ausreichend. Die Einzelmessungen dauern nicht lange und man kann ja jederzeit den Batteriekreis ausschalten. Sowas hier wäre eigentlich ideal: http://www.rocketpoland.com/en/text/6,14-LITHIUM_FLEXIBLE_BATTERY.php Die Dinger kann man auch um die diversen Reagenzgläser/Glasröhrchen wickeln. In dem Fall sind es Batterien, also nicht aufladbar und der gesamte Auf/Entladeschutz würde wegfallen. Frage ist nur wie leicht man an sowas rankommt.
Ben schrieb: > Der Cortex ist wirklich heftig. Allerdings ist der Verbrauch angegeben > pro Mhz und sofern der uC nicht runtergetaktet werden kann auf 1Mhz wäre > der Verbrauch zu hoch. Der kann runtergetaktet werden... Allerdings braucht der DAC in diesem Controller den schnelleren Haupttakt, wenn er kontinuierlich laufen soll. Der DAC kennt aber auch einen Sample/Hold-Modus ähnlich der Idee von oben. Müsste man mal im Manual genauer nachlesen > Die PCB Werkstatt der Uni gibt BGA 0.5mm fp als > minimum an, kein Wort über QFN. Wenn BGA mit dem Pinabstand geht, sollte auch QFN machbar sein. > Sowas hier wäre eigentlich ideal: > http://www.rocketpoland.com/en/text/6,14-LITHIUM_FLEXIBLE_BATTERY.php > Die Dinger kann man auch um die diversen Reagenzgläser/Glasröhrchen > wickeln. In dem Fall sind es Batterien, also nicht aufladbar und der > gesamte Auf/Entladeschutz würde wegfallen. > Frage ist nur wie leicht man an sowas rankommt. Es gäbe auch Lithium-Ionen-Akkus mit sehr geringem Durchmesser: LC0840 8.4 mm Durchmesser, 40 mm lang http://www.jauch-batteries.com/lithium-ionen-baps/?L=0
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Die Widerstände an den Eingängen sind nicht nur für den logischen Zustand wichtig, sondern auch für den Stromverbauch ! Ein floatender Eingang kann den Stromverbrauch deutlich in die Höhe treiben. Wie schlimm das werden kann war im Datenblatt vom Lt1659 drin. Die Widerstände sind also wirklich nötig und dürfen auch kleiner werden, denn der Strom dafür kommt nicht vom Akku sondern Arduino. Wenn es eng wird, ggf. auch die Bauform noch etwas kleiner wählen. Die Kondensatoren an der Versorgung kann man ggf. die für die Ref. und den DAC zusammenfassen, wenn die Wege nicht so lang werden. Auf den Tantal Elko könnte man vermutlich auch verzichten - ggf. ein Kondensator vor den FET und einen dahinter - der Widerstand des MOSFET wirkt dann zur Dämpfung.
Hi, ich habe jetzt den DAC mit interner Referenz genommen und alle benötigten Widerstände und Kondensatoren soweit verbaut. Die Uni Werkstatt kann mir auch die Boards fertigen. Bleibt das Problem mit der Energieversorgung. Ich werde die Knopfzellen rausnehmen und stattdessen lediglich einen Stecker auf die Rückseite des Boards anbringen. Ziel wäre es dann das die Platinen mit Standard Lithium Akkus zurechtkommen, die klein genug sind außen irgendwo angebracht zu werden. Der Shield bekommt dann wieder den integrierten Lade IC (4-4.3V) spendiert. Bin noch am überlegen wie man den Ladestrom steuerbar gestaltet (1mA->50mA) für unterschiedliche Akkus, vllt. hier nen digital Poti als Vorwiderstand des LTC4070 verbauen. Der Modellbau Sektor bietet z.B. diesen Akku an, der für meine Zwecke gut passen würde und leicht beschaffbar ist: http://www.rakuten.de/produkt/e-flite-30mah-1s-37v-25c-lipo-akku-fuer-zb-mini-vapor-776167506.html Vom Hersteller gibt es scheinbar kein Datenblatt, aber allein von den Rahmen Werten her, sollte er gut funktionieren. Allerdings hab ich bislang nicht rausfinden können wie der Stecker heißt. Kennt sich da jemand zufällig aus? Welchen Stecker würdet ihr für den Akku verbauen? Verpolungs sichere Steckverbindungen wären nicht schlecht.
Der Steckeranschluss der EFlite Akkus ist eine Molex Picoblade 51021-0200 Buchse. Nur falls noch jemand mal danach sucht.
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