Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Vorbeschaltung ADC


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von MaMü (Gast)


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Hi zusammen,
ich hab im Moment ein kleines Problem mit der Vorbeschaltung meines 
ADCs.
Und zwar geht es um einen Internen ADC des TI TMS320F2812.
Ich habe prinzipiell eine Störung bei 222,22kHz von einem Netzteil die 
ich für den ADC (250Hz Abtastung) rausfiltern möchte. Hierfür hätte ich, 
wie mal in der Schule gelernt, einen Tiefpass 1.Ordnung bei 125Hz(halbe 
Abtastfreq.) ausgelegt. Jetzt sagt mir mein Betreuer, dass diese 
Frequenz falsch ist und wenn dann nur bei hoher Ordnung des Filters Sinn 
macht.
Er hat mir noch irgendwas erzählt das die Kapazität ein Problem beim 
Wechsel zwischen den verschiedenen ADC-Kanälen darstellt und dass man da 
vlt sogar besser ein sehr schneller OP-Verstärker nehmen soll. Nur so 
ganz verstanden was er mir sagen will, habe ich leider nicht... Kann mir 
da jemand auf die Sprünge helfen?

Bei den paar Volt die am ADC anliegen, hätte ich gedacht dass die 
Auslegung wie von mir genannt, passen sollte...

Danke Schonmal!

von Ingo L. (corrtexx)


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MaMü schrieb:
> Störung bei 222,22kHz
> 250Hz Abtastung
Und die kannst du nicht per Softwarefilter ausbügeln? Ich denke mal n 
gleitender Mittelwert über 4 oder 8 Werte und dann haste Ruhe!

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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MaMü schrieb:
> Ich habe prinzipiell eine Störung bei 222,22kHz von einem Netzteil die
> ich für den ADC (250Hz Abtastung) rausfiltern möchte.
Du hast also 3 komplette Dekaden Platz...
Ist das die einzige zu erwartende Störung?

> Hierfür hätte ich, wie mal in der Schule gelernt,
> einen Tiefpass 1.Ordnung bei 125Hz(halbe Abtastfreq.) ausgelegt.
Warum 125 Hz? In welchem zusammenhang hast du das gelernt?

> Jetzt sagt mir mein Betreuer, dass diese Frequenz falsch ist
Naja, diese Frequenz ist so richtig wie jede andere. Nur, ob sie zum 
Erfolg führt, das steht auf einem anderen Blatt.

> und wenn dann nur bei hoher Ordnung des Filters Sinn macht.
Dein grundlegender Denkfehler: wenn dein Wandler mit 250 Hz abtastet 
bedeutet das noch lange nicht, dass du hier das Abtasttheorem anwenden 
solltest...
Denn das Abtasttheorem kommt aus der Digitaltechnik, dein AD-Wandler 
bekommt aber analoge Eingangssignale.
Du musst einen Filter so auslegen, dass die störende Frequenz so weit 
gedämpft wird, dass sie weniger als 1 LSB deines AD-Wandlers ausmacht. 
Die 3 Dekaden Abstand helfen dir dabei ganz ordentlich, weil schon ein 
einfacher Tiefpass erster Ordnung ja 20dB Dämpfung pro Dekade hat.

So wie es aussieht, ist das ein 12Bit Wandler und hat damit (über den 
Daumen) 12*6dB = 72db Auflösung. Damit reicht ein einfacher RC-Tiefpass 
mit 250 Hertz nicht ganz aus, denn der hätte bei 250kHz erst 60dB. Ich 
würde also einen Tiefpass zweiter Ordnung (=40dB/Dekade) nehmen, dann 
reicht eine Filterfrequenz von knapp 4kHz locker aus (222kHz -> 2,2kHz = 
2x40dB, davon weg dann noch 1x6dB/Oktave ergibt 74dB und damit einen 
Mückenschiss mehr als die nötigen 72dB).

Ergebnis: die Störung ist ausgefiltert und Signale mit niedriger 
Frequenz werden unverfälscht zum ADC durchgelassen.

Mit einem einfachen RC-Glied als Filter müsstest du die Grenzfrequenz 
auf 222Hz/4 = 55Hz festlegen (222kHz -> 222Hz = 3x20dB/Dekade, dazu noch 
222Hz -> 55Hz = 2x6dB/Oktave ergibt gesamt die nötigen 72dB), damit die 
Störung ausreichend unterdrückt wird. Nur wird dadurch der Wandler eben 
auch langsamer und kann auf Sprünge nur verzögert regieren...

Ergebnis: die Störung ist ausgefiltert, aber Signale mit niedriger 
Frequenz werden ebenfalls bereits leicht gedämpft.

BTW: alle Zahlenwerte sind ingenieurmäßig grob überschlagen. Da ist 
immer nich 10% Luft drin. Genaue Werte kannst du dann ja selber 
ausrechnen....

: Bearbeitet durch Moderator
von MaMü (Gast)


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Lothar Miller schrieb:
> MaMü schrieb:
>> Ich habe prinzipiell eine Störung bei 222,22kHz von einem Netzteil die
>> ich für den ADC (250Hz Abtastung) rausfiltern möchte.
> Du hast also 3 komplette Dekaden Platz...
> Ist das die einzige zu erwartende Störung?

ja bei meinem ganzen bisherigen Messen, ist das die einzige 
problematische Störung. diese kommt vom Netzteil.


>> Hierfür hätte ich, wie mal in der Schule gelernt,
>> einen Tiefpass 1.Ordnung bei 125Hz(halbe Abtastfreq.) ausgelegt.
> Warum 125 Hz? In welchem zusammenhang hast du das gelernt?
>
Im Zusammenhang mit Anti-Aliasing Filter haben wir das gelernt. Aber so 
im nachhinein betrachtet wurde uns keine Filterordnung an die Hand 
gegeben...

>> Jetzt sagt mir mein Betreuer, dass diese Frequenz falsch ist
> Naja, diese Frequenz ist so richtig wie jede andere. Nur, ob sie zum
> Erfolg führt, das steht auf einem anderen Blatt.

Mein Betreuer hatte mir 25Hz vorgeschlagen aber diese kann ich nicht 
ganz nachvollziehen...Wobei ich bei dieser Frequenz immerhin -83dB bei 
250kHz hätte, was ja ausreichend sein dürfte oder?


> Die 3 Dekaden Abstand helfen dir dabei ganz ordentlich, weil schon ein
> einfacher Tiefpass erster Ordnung ja 20dB Dämpfung pro Dekade hat.
>
> So wie es aussieht, ist das ein 12Bit Wandler und hat damit (über den
> Daumen) 12*6dB = 72db Auflösung. Damit reicht ein einfacher RC-Tiefpass
> mit 250 Hertz nicht ganz aus, denn der hätte bei 250kHz erst 60dB. Ich
> würde also einen Tiefpass zweiter Ordnung (=40dB/Dekade) nehmen
Das war eigentlich auch mein Vorschlag gewesen aber er hatte gemeint 
dass ich 2.Ordnung zwecks Bauteil-Abweichungen meiden sollte und es ja 
auch wunderbar mit 1.order geht :-D

> Mit einem einfachen RC-Glied als Filter müsstest du die Grenzfrequenz
> auf 222Hz/4 = 55Hz festlegen, damit die Störung ausreichend unterdrückt
> wird. Nur wird dadurch der Wandler eben auch langsamer und kann auf
> Sprünge nur verzögert regieren...
Ahh okay ich glaube dass ist jetzt das problem auf welches her hinaus 
wollte!


> BTW: alle Zahlenwerte sind ingenieurmäßig grob überschlagen. Da ist
> immer nich 10% Luft drin. Genaue Werte kannst du dann ja selber
> ausrechnen...
Sind trotzdem ausreichend genau um es zu verstehen :-P

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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MaMü schrieb:
> Mein Betreuer hatte mir 25Hz vorgeschlagen aber diese kann ich nicht
> ganz nachvollziehen...Wobei ich bei dieser Frequenz immerhin -83dB bei
> 250kHz hätte, was ja ausreichend sein dürfte oder?
Ja, wenn es auf die -3dB dann unbedingt noch ankommt...  ;-)

> ausreichend genau um es zu verstehen :-P
Darauf kommt es letztlich an, gut dass das geklappt hat.

: Bearbeitet durch Moderator
von Mr.Moe (Gast)


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Hallo MaMü,

Lothar hat eigenlich schon alles gesagt.
Du solltest meiner Meinung nach noch folgendes Beachten:

Wie du auch schon geschrieben hast, kann die Kapazität beim Umschalten 
der ADC-Kanäle Störungen verursachen. Dies solltest du bei der 
Dimensionierung des Tiefpasses beachten. Wähle daher die Kapazität am 
ADC-Eingang daher nicht zu klein.
Diese muss beim Schaltvorgang natürlich die ADC-Eingangskapazität 
nachladen, wenn der Kanal gewechselt wird. Ich habe mir den ADC nicht 
angesehen, aber wahrscheinlich wird der Tiefpass beim Samplen ebenfalls 
belastet.
Im idealen Fall nimmst du einen Kondensator, der so groß ist, dass die 
Spannungänderung am Eingang beim Umschalten kleiner ist als 1 LSB.

Es ist dir sicher klar, daher nur noch als allgemeinen Hinweis: Bei der 
Dimensionierung des Tiefpasses natürlich die maximale 
Eingangssignalfrequenz beachten.

Viele Grüße

Moe

von Mr.Moe (Gast)


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OK, ich merke es selber. Wenn ich genauer nachdenke, wird die 
Eingangskapazität des ADCs deutlich kleiner sein, als der benötigte 
Kondensator für einen Tiefpass mit 55Hz...

von mkausulm (Gast)


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Wo sitzt denn das Netzteil? Direkt in Prozessornähe? oder auf der 
Rückseite des genau unter dem Controller oder dessen ADC-Bereiches?.

Wenn das mit den Filter keine Verbesserung bringt (filtern sollte man 
übrigens immer), liegt die Ursache der Störung an einer Einkopplung 
(galvanisch, induktiv, oder eben kapazitiv) über die 
Leiterplattenstruktur.

von MaMü (Gast)


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:_D ne auf die 3dB kommts natürlich nicht drauf an :-D hab es nur im 
Geiste nochmals nachgerechnet und meine Gedanken aufgeschrieben ^^

Die Netzteilstörung kommt von dem Messobjekt. An der kann ich leider 
überhaupt nichts machen. Es bleibt definitiv nur die nachträgliche 
Filterung übrig... Die Störung kommt, so wie mir gesagt wurde vom 
Schaltregler.

Aber jetzt hab ich es verstanden denke! Vielen dank ;-)

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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MaMü schrieb:
> Die Störung kommt, so wie mir gesagt wurde vom Schaltregler.
Und die Störung ist so groß wie das Nutzsignal? Nur dann musst du 
nämlich tatsächlich die 72dB dämpfen. Wenn die Störung von sich aus z.B. 
schon um den Faktor 10 kleiner ist, dann reichen da auch 20dB weniger...

von MaMü (Gast)


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Die Störung ist mehr als doppelt so groß wie das Nutzsignal ;-)

von M. K. (sylaina)


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MaMü schrieb:
> Die Störung ist mehr als doppelt so groß wie das Nutzsignal ;-)

Also das ist aber enorm.

von Marian  . (phiarc) Benutzerseite


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Michael Köhler schrieb:
> MaMü schrieb:
>> Die Störung ist mehr als doppelt so groß wie das Nutzsignal ;-)
>
> Also das ist aber enorm.

Bei dem Frequenzunterschied egal...

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