Hallo liebe Community, ich stehe gerade auf dem Schlauch, wie das oft bei so einfach anmutenden Dingen ist. Folgende Situation: Ich habe einen dsPIC33 µC mit 3.3V Versorgungsspannung und entsprechenden Analogeingängen, die NICHT 5V abkönnen. Daran möchte ich nun einen Luftdrucksensor betreiben, der am Ausgang Spannungen zwischen 0.5V und 4.5 V generiert (siehe Zeichnung) Ich weiß, dass ich um eine Kalibirierung nicht herumkomme, aber dafür habe ich softwareseitig schon Lösungen. Meine Frage bezieht sich nun auf den Spannungsteiler, den ich verwenden muss, um die 0.5V ... 4.5V auf 0.33V ... 3.0V zu skalieren. Das Teilerverhältnis muss demnach 2:1 ausfallen. Jetzt stellt sich mir die Frage: Wie stelle ich den Eingang des µC in einem Ersatzschaltbild für belastete Spannugsteiler dar? Ist mein Aufbau (siehe Zeichnung) so korrekt? Ich werde 0,1% präzise Widerstände verwenden, was völlig ausreichend für die Genauigkeit ist. Sind meine Überlegungen so weit richtig?
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Markus B. schrieb: > Jetzt stellt sich mir die Frage: Wie stelle ich den Eingang des µC in > einem Ersatzschaltbild für belastete Spannugsteiler dar? > > Ist mein Aufbau (siehe Zeichnung) so korrekt? nein, naja fast richtig. ein Eingang am ADC ist sehr hochohmig - damit kannst du einfach von einem unbelastete Spannugsteiler ausgehen. Im Zweifelsfall im Datenblatt nachschauen wie hoch der Eingangswiderstand ist.
Andrew Taylor schrieb: > Die Position von 10k und 5k Widerstand bitte vertauschen! Ach ja richtig, blöder Fehler. Danke Peter II schrieb: > Markus B. schrieb: >> Jetzt stellt sich mir die Frage: Wie stelle ich den Eingang des µC in >> einem Ersatzschaltbild für belastete Spannugsteiler dar? >> >> Ist mein Aufbau (siehe Zeichnung) so korrekt? > > nein, naja fast richtig. > > ein Eingang am ADC ist sehr hochohmig - damit kannst du einfach von > einem unbelastete Spannugsteiler ausgehen. > > Im Zweifelsfall im Datenblatt nachschauen wie hoch der > Eingangswiderstand ist. Ok, Danke. Die Überlegung mit dem hochohmigen Eingang hatte ich schon, war mir allerdings nicht ganz sicher, ob ich nicht trotzdem für eine bessere Genauigkeit berücksichtigen muss. Danke für die sehr schnellen Antworten
Empfehle einen OPV zur anpassung. Allgemein immer als Eingangsschaltung sinnvoll. Nahezu unendlicher Eingangswiderstand. Somit keine Signalverfälschung. R_Eingang 33k Ohm R_Koppelwiderstand 100k Ohm Grüße Mike
Mike schrieb: > Empfehle einen OPV zur anpassung. Ich empfehle, erst in das Datenblatt zu gucken, dann auszurechnen welche optimalen Widerstandswerte zu welchem Fehler führen, und erst dann einen OpAmp einzubauen, wenn damit was bisher nicht reichte verbessert werden kann. Aber das ist Leuten die nicht nachlesen ud nicht nachdenken wollen ja zu viel Arbeit, die zahlen lieber beim Aufwand drauf. 3.75k Quellimpedanz wären übrigens beim AVR ok, sogar 30k zu 15k.
Datenblatt bei opv ^^ nur für Pinbelegung nötig. Bezüglich Beschaltung gibt es keine Unterschiede... Zudem wurde ein Umwandlungsverhältniss vorgegeben und dazu passen die genannten Widerstände exakt... Draufzahlen? Bauteilkosten <1€ LM741 25cent 3 Widerstände ein Kondensator weniger als 50cent.... Nur zu klein dimensionierter Koppelwiderstand führt zu Schwingungsverhalten. Größer 10k Ohm kann dies nicht mehr passieren... Zudem ein Eingangssignal belastet man nicht mit einem Widerstand zu Masse, da das Signal verfälscht wird.
Temperaturabhängigkeit von Widerstände ganz zu schweigen. Auch wegen unterschiedlichem Spannungsabfall an Widerstände ergibt sich eine unterschiedliche Leistungsabgabe der Widerstände und zu einer Unterschiedlichen erwärmung. Somit alles andere als Messtauglich. Zudem siehe belasteter Spannungsteiler. Nicht berechenbar, wenn Folgeschaltung keine konstante Leistungsaufnahme auf weist. Und das ist praktisch bei keiner Schaltung der Fall. Ausser man bastellt nur eine poplige LED-Lichterkette oder so. Aber sowas qualifiziert sicher nicht im Bereich Signalverarbeitung...
Danke Mike für die Ausführungen. Ich werde das beherzigen. Leider gefällt mir dein Ton nicht. Schließlich bin ich ein Neuling auf dem Gebiet und nein, ich bin nicht zu faul, Datenblätter zu lesen. Ist ja toll für Dich, dass du schon so viel Ahnung hast und für Dich das alles selbstverständlich ist, aber es gibt halt Leute, die lernen noch dazu. Kann ja nicht jeder als Genie geboren sein. Spare Dir also bitte deine Arroganz, Danke.
Mike schrieb: > Datenblatt bei opv ^^ nur für Pinbelegung nötig. Bezüglich Beschaltung > gibt es keine Unterschiede... Nun, viele OPVs fangen bei Verstärkungen unter 1 an zu schwingen...
Markus B. schrieb: > Ist ja toll für Dich, dass du schon so viel Ahnung hast An dem Beitrag von Mike sieht man aber, daß er KEINE Ahnung hat! Mike schrieb: > LM741 25cent
Mike schrieb: > Draufzahlen? Bauteilkosten <1€ > > LM741 25cent Wo soll denn die Versorgungsspannugn herkommen für den LM741 ? Der nötige Spannungsw3andler kostet dich schon mnehr als 1 EUR, da wird das mit dem 1 EUR gesamtkosten nichts. Wenn man auf dem Stand von 1972 ist .. einfach mal die Klappe halten.
Mein Fehlgriff im Ton ging speziell an Mawin. Tut mir leid, wenn es persönlich genommen hast. Kann solche Leute nicht ab haben die nur Foren stöbern und selber nicht konstruktiv beitragen... BTW min. Versorgungsspannung für LM741 >4,5V nicht vorhanden? @Mawin Datenblatt lesen und verstehen ist nicht das selbe ;) Qualitativ bringt ein teurerer OPV bei dieser Anwendung nichts.
Mike schrieb: > BTW min. Versorgungsspannung für LM741 >4,5V ein mit 4,5V versorgter LM741 kann mit Spannungen unter 1V nicht arbeiten, wenn man Pech hat klemmt es auch schon bei 2V. Also ist das Nachschalten diese OPVs hier keine so gute Idee... Die statische Belastung des Spannungsteilers durch den ADC Eingang kann man meist vergessen (genaueres sagt das Datenblatt ;-) Die dynamische Belastung durch den geschalteten Sampling-Kondensator im ADC kann evtl. störend sein. Bei einer langsamen Signalquelle wie dem Drucksensor lässt sich das aber leicht durch einen Kondensator hinter dem Teiler beheben.
Ok Mike, schon gut. Ich muss mir das alles jetzt eh erst mal durchlesen und verstehen. Das ganze findet auf einem Board mit stabilen 12V, 5V und 3.3V statt. D.h., einen extra Spannungsregler für den OpAmp bräuchte ich nicht, da schon vorhanden. Ich les' mich da mal etwas tiefer in die Materie ein. Wie sieht es denn mit allgemeinem Schaltlärm aus? Sollte ich die analoge Masse eventuell gesondert auslegen? An dem µC laufen 2 SPIs, 2 UARTs, 1 CAN und 1 I2C, also finden da schon einige Dinge statt. Bin halt mehr so der Firmwareentwickler und habe noch nicht so viel Erfahrung mit der Hardware und Schaltungstechnik.
Markus B. schrieb: > Ich muss mir das alles jetzt eh erst mal durchlesen und verstehen. > Das ganze findet auf einem Board mit stabilen 12V, 5V und 3.3V statt. > D.h., einen extra Spannungsregler für den OpAmp bräuchte ich nicht, da > schon vorhanden. Der LM741 paßt trotzdem nicht. Auch wenn du den mit +12V und GND versorgst, er kommt am Ausgang nicht unter ~1.5V (das Datenblatt garantiert gar nur 3V). Dito kommt er mit Eingangsspannungen unter 3V nicht klar. > Wie sieht es denn mit allgemeinem Schaltlärm aus? Sollte ich die analoge > Masse eventuell gesondert auslegen? Ich würde einfach vom ADC-Eingang nach GND (vulgo: parallel zum unteren Widerstand des Spannungsteilers) einen hinreichend großen Kerko plazieren. Z.B. 100nF. Der filtert einerseits Störungen raus und puffert andererseits die Spannung, wenn der µC den Hold-Kondensator an den ADC-Pin legt. XL
Mike schrieb: > Empfehle einen OPV zur anpassung. Allgemein immer als > Eingangsschaltung > sinnvoll. Nahezu unendlicher Eingangswiderstand. Somit keine > Signalverfälschung. Welchen Eingangswiderstand der OPV hat hängt von diesem ab. Der Mikrocontroller ist CMOS und hat meist einen sehr hohen Eingangswiderstand. Beim OPV kommt dazu der Offsetspannungsfehler des OPV, zzgl. anderen Fehlern. Du hast grundsätzlich Recht, falls es sich um eine analoge Schaltung handeln würde, dann würde ein OPV zur Pufferung sehr viel Sinn machen, aber bei einem hochohmigen Eingang ggf. nicht. Also rechnen wir mal nach: Also nehmen wir mal folgendes an: 0,1% Widerstandsgenauigkeit, 5K und 10K Widerstände: Der Eingangswiderstand ist parallel zum 10 KOhm Widerstand: Widerstandsfehler: +/- 10 Ohm (9990 - 10010 Ohm). Dieser Fehler sollte nicht wesentlich überschritten werden, also legen wir mal 1 Ohm als zusätzlichen Fehler durch den Eingangswiderstand fest. Das ist 10^4 größer als der Widerstand, somit muß der Eingangswiderstand mindestens 100 Megaohm betragen um nur einen 0,01% zusätzlichen Fehler zu erzeugen. So jetzt habe ich mal das Datenblatt des Mikrocontrollers angesehen und herausgefunden, das im schlimmsten Fall der Eingangswiderstand nur 412,5 KOhm für einen analogen Eingang beträgt. Typisch liegt der Wert sicher höher, aber gehen wir mal von dem aus. Das wäre ein Fehler von 2,4%. Also doch lieber einen OPV dazwischen. Als OPV brauchst Du einen Rail to Rail Input/Output, dann kannst Du ihn bei 3,3 Volt betreiben. Theoretisch könntest Du auch sagen, ich kalibriere das und behebe dieses Problem in Software. Man könnte auch mal messen wie groß der Eingangswiderstand bei Deiner MCU nun tatsächlich ist. An OPVs kannst Du bspw. einsetzen: LMV601, LMV611, OPA337, OPA347, OPA348, AD8515, usw., Du kannst natürlich auch einen anderen OPV einsetzen. Wichtig ist das er mit 3,3Volt oder 5 Volt alleinig versorgt werden kann. Auch der Einsatz eines LM358/LM324 ist möglich, wenn er mit 5 Volt versorgt wird. Der Fehler durch den Offset ist dann ca. 0,1%. Du kannst auch präzisere Typen verwenden, sollte Dir das zu viel sein.
Nachtrag: Für sehr hohe Genauigkeit empfehle ich Dir den MAX4238 als OPV. Der ist von den Präzisionstypen sehr günstig (ca. 1 Euro) und der Fehler ist dann nur <0,00006% (0,6 ppm) durch den OPV (also irrsinnig klein). Den bitte ebenfalls an +5 Volt betreiben.
Frank schrieb: > ... rechnen wir mal nach: [snip] Den Aufwand, den du dir gemacht hast, in Ehren. Aber das ist leider weitgehend am Thema vorbei. Markus B. schrieb: > Ich weiß, dass ich um eine Kalibirierung nicht herumkomme, aber dafür > habe ich softwareseitig schon Lösungen. Kalibrierung Das heißt, das exakte Teilerverhältnis ist egal, weil es von der Kalibrierung mit erfaßt wird. Normale 1% Widerstände reichen vollkommen aus. Ein statischer Eingangswiderstand des ADC würde so ebenfalls mit rauskalibriert (allerdings hat er den gar nicht, s.u.) Weiterhin wird das Signal mit dem µC-internen ADC verarbeitet. Wie breit wird der sein? Vielleicht 10 Bit? Dann ist das LSB 1/1024 des Endwerts. Anders ausgedrückt: 1000ppm. Der Fehler des ADC (INL, Offset, Noise) wird ebenfalls in dieser Region liegen. Es ergibt überhaupt keinen Sinn, andere Glieder der Meßkette wesentlich genauer machen zu wollen. Es gilt zwei Dinge zu betrachten: 1. Belastung des Sensors durch den Eingangsspannungsteiler. Der Sensor sieht in der derzeitigen Auslegung 15K. Mangels Angaben zum Sensor können wir nicht sagen, ob das ok ist oder nicht. 2. Fehler am ADC-Eingang durch den Spannungsteiler. Aus Sicht des ADC hat seine Signalquelle einen Eingangswiderstand von 3.33K. Wenn man meine Empfehlung beachtet, parallel dazu 100nF. Jetzt gibt es zwei Störeinflüsse: 2a) statische Leckströme aus dem ADC-Pin in den Spannungsteiler. Müßte man im Datenblatt nachschlagen. Sind auf jeden Fall temperaturabhängig - deswegen wäre es wichtig, den Temperaturbereich zu kennen, den der µC später mal abkönnen muß. Auf jeden Fall hat der ADC-Eingang keine Widerstandscharakteristik - die Leckströme sind nicht linear von der anliegenden Spannung abhängig. 2b) der dynamische Ladestrom des Hold-Kondensators. ADC in µC sind alle ähnlich aufgebaut. In der Sample-Phase wird der Kondensator der Sample&Hold-Stufe an den µC-Pin geschaltet (Analog-Multiplexer). In dieser Zeit muß sich der Hold-Kondensator (um die 10pF) komplett aufladen können. Die Zeitkonstante \tau = R_ext*C_hold muß Faktor 3..4 unter der Sample-Zeit liegen. Der von mir vorgeschlagene 100nF Kondensator überbrückt R_ext kapazitiv und liefert den benötigten Strom ohne wesentlichen Spannungseinbruch. Von AVR gibt es Empfehlungen des Herstellers. Demnach darf R_ext bis 10K betragen ohne daß die Genauigkeit des ADC leidet (bei maximaler Samplerate, wohlgemerkt). Für PIC gibt es sicher ähnliche Angaben. Und ich würde auch nicht erwarten, daß die Werte drastisch anders sind. Es gibt derzeit keine Indikation daß ein OPV erforderlich wäre. Wenn überhaupt, dann zwischen dem Sensor und dem Spannungsteiler. XL
Axel Schwenke schrieb: > Normale 1% Widerstände reichen vollkommen aus. Humbug. Da kommt dann so was raus wie mein Schwimmbadthermometer: Bei 20 GradC hat das Wasser angeblich 22, bei 30 GradC angeblich 24. Normale 1% Widerstände haben durchaus 100, wenn nicht 200ppm/K, also 0.37% bei 37 GradC Umgebungstemperaturänderung. Das entspricht 1 GradC des PT1000, oder sogar 2. Man merkt mal wieder: Die wahre chinesische Qualität wird von dummen deutschen Ingenieuren entworfen.
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