Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik ADC Genauigkeit


Announcement: there is an English version of this forum on EmbDev.net. Posts you create there will be displayed on Mikrocontroller.net and EmbDev.net.
von Seppel (Gast)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Hallo,

ich habe eine Frage die sich auf folgenden 16-Bit-ADC bezieht: 
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ads1118.pdf

Im Datenblatt habe ich die Grafik gefunden (siehe Bild). Die Grafik 
bezieht sich auf einen Messbereich von +/- 2,048V.

Verstehe ich es richtig, dass der ADC bei einem maximalen Eingangssignal 
um mehr als 50 LSB (3mV/ULSB) daneben liegen kann? Das ULSB habe ich zu 
62,5 µV ausgerechnet (4,096V / 2^16).

Ich habe relativ wenig Erfahrung mit ADCs aber ist das nicht ganz schön 
viel? Immerhin wird dieser ADC mit "precision" beworben.

Ich freue mich auf Eure Gedanken.
Viele Grüße

von Georg G. (df2au)


Lesenswert?

Es ist der typische Fehler, nicht der maximale. Und die Temperatur 
spielt zusätzlich hinein. 16Bit sind schon recht anspruchsvoll.

von Lurchi (Gast)


Lesenswert?

So wie es aussieht ist der größte Teil des Fehlers im Diagramm der Gain 
Fehler. "precision" sagt auch nur aus, das die Drift, insbesondere vom 
Offset relativ kleine ist.

von Seppel (Gast)


Lesenswert?

Okay, also mit anderen Worten: Ja der ADC kann durchaus 50 LSB neben dem 
tatsächlichen Messwert liegen. Das ist enttäuschend ^^

Inwiefern sind 16 Bit anspruchsvoll?

von W.A. (Gast)


Lesenswert?

Seppel schrieb:
> Inwiefern sind 16 Bit anspruchsvoll?

So sauber musst du deine Signale erstmal hin bekommen. Das ist immerhin 
eine Dynamik von 96dB.

von Seppel (Gast)


Lesenswert?

Okay das stimmt natürlich. Ich denke ich werde meine Ansprüche an die 
Genauigkeit einfach etwas zurückschrauben. Ich frage mich gerade wozu es 
eigentlich so viele ADCs gibt die 24 Bit und mehr Auflösung haben haben 
(ohne jetzt nachgesehen zu haben wie genau diese dann tatsächlich sind).

von Georg G. (df2au)


Lesenswert?

Auflösung und Genauigkeit sind zwei Paar Schuhe. Für die meisten 
Anwendungen sind Stetigkeit und keine fehlenden Codes wichtiger.

von Jürgen S. (engineer) Benutzerseite


Lesenswert?

Seppel schrieb:
> Ich frage mich gerade wozu es
> eigentlich so viele ADCs gibt die 24 Bit und mehr Auflösung haben haben
> (ohne jetzt nachgesehen zu haben wie genau diese dann tatsächlich sind).

Weil die Applikatin es erfordert. Diese Wandler arbeiten aber mit 
anderen Messverfahren, als die schnöden Billig-Temperatur-Wandler-ADCs, 
sind mitunter kalibiert und selektiert. Das Ganze ist eine Kostenfrage.

Für Temperaturmesstechnik ist es eigentlich üblich, die Auflösung des 
Systems durch Mehrfachmessungen und Systemkalibierung zu steigern. was 
durch die geringe Wiederholrate auch bei langsamen Wandlern leicht 
erreichbar ist. Man gibt also eine Normspannung oder von Aussen eine 
Normtemperatur auf den Wandler und kalibiert in 2, besser in 3 Punkten.

Wenn man nun noch in Betracht zieht, dass das zu Messende- nämlich ein 
Sensor - ebenfalls Linearisierung brauchen wird, dann ist eine 
Systemkalibierung ohnehin Pflicht und die Wandlergeschichte gleich mit 
drin. Dann arbeitet man abschnitsweise oder mit Korrekturfunktionen 
entsprechender Ordnung. Da die Knicke der Sensoren mit denen der Wandler 
gefaltet werden, addieren sich sozusagen die Ordnungszahlen, man nimmt 
also wenigstens n=4.

Heute wird ja aus der Not eine Tugend gemacht und gezielt ein billiger 
Wandler eingesetzt, den man in Software genau macht. Daher auch ein 
wenig das Problem, genaue Wandler zu günstigen Preisen zu bekommen. Die 
Industrie hat es irgendwann mal eingestellt, genauer werden zu wollen 
:-)

von Falk B. (falk)


Lesenswert?


von Le_Bassiste (Gast)


Lesenswert?

...und als salatbeilage: genaigkeit vs. präzision.

von Seppel (Gast)


Lesenswert?

Danke Falk für deinen super Beitrag. Der Unterschied zwischen Auflösung 
und Genauigkeit ist mir bestens bekannt. Kopfschüttel

An die anderen vielen Dank!

von Arc N. (arc)


Lesenswert?

Seppel schrieb:
> Okay, also mit anderen Worten: Ja der ADC kann durchaus 50 LSB neben dem
> tatsächlichen Messwert liegen. Das ist enttäuschend ^^

Nicht wirklich. Zumindest nicht bei einem ADC der zwar Referenz und PGA 
eingebaut hat, aber keine Befehle zur internen oder externen Offset- und 
Gain-Kalibrierung kennt und keine Pins zum Abgreifen der internen 
Referenz hat mit welchen mit etwas externer Schaltung sowas möglich 
wäre. Ebenso fehlt die Möglichkeit die Betriebsspannung als 
Referenzspannung zu verwenden...

> Inwiefern sind 16 Bit anspruchsvoll?

Kommt drauf an. Bspw. ob 16-Bit bei +-10V Eingang oder bei +-1 mV 
erreicht werden sollen, in welcher Umgebung die Schaltung läuft, wie 
gestört das Eingangssignal selbst ist usw. usf.

von Gerhard O. (gerhard_)


Lesenswert?

Vielleicht von Interesse: Eine Betrachtung der praktisch möglichen 
Genauigkeit handelsüblicher Thermocouples:

http://priestassociates.com/uploads/How_Accurate_are_those_TCs.pdf

von Fpgakuechle K. (Gast)


Lesenswert?

Seppel schrieb:

> Ich frage mich gerade wozu es
> eigentlich so viele ADCs gibt die 24 Bit und mehr Auflösung haben haben

Sicher das das soviele sind? 16 Bit Wandler sind schon selten, üblich 
sind 8,10 oder 12 bit. Multimeter haben 4 Stellen Anzeige, da brauchts 
keine 24 bit dafür.

MfG,

von Seppel (Gast)


Lesenswert?

Naja ist dann eben die Frage wie genau diese sind / sein sollen.

von Falk B. (falk)


Lesenswert?

@ Seppel (Gast)

>Naja ist dann eben die Frage wie genau diese sind / sein sollen.

Ein 24 Bit Wandler hat theoretisch eine Auflösung von 2^-24, sprich 
1/16777216. Selbst bei 5V Referenzspannung sind das 0,298 uV Auflösung . 
. .
Da muss man erstmal eine Referenzquelle finden, die so genau und auch 
stabil ist. Das schaffen heute bestenfalls die Geräte der Top-Liga im 
Meßtechnikbereich.

Ergo. 24 Bit Wandler haben meisten nicht mal ansatzweise 24 Bit 
Genauigkeit, eher im Bereich von 18 Bit und weniger. Die AUFLÖSUNG ist 
besser, so im Bereich 18-23 Bit. Aber da muss alles stimmen. Das ist was 
Spezialisten.

von Seppel (Gast)


Lesenswert?

Genau, das ist mir Bewusst.

Ich frage mich häufig nur weshalb man eine so hohe Auflösung überhaupt 
benötigt, wenn das dann doch nur Hausnummern sind, die man misst. 
"Schön" wäre es doch, wenn ein 12 Bit ADC auch tatsächlich 12 Bit 
Genauigkeit hätte aber das ist wohl wunschdenken und verhält sich 
ähnlich wie bei ach so tollen Verstärken mit XXX Watt 
Verstärkerleistung, die im Endeffekt auch nur die halbe Wahrheit sind :)

Ist es technisch nicht anders realisierbar oder ist es einfacher, dass 
wenn ich einen ADC mit Genauigkeit von 12 Bit haben möchte, einen mit 
bspw. 16 Bit Auflösung kaufen muss?

von Falk B. (falk)


Lesenswert?

@Seppel (Gast)

>Genau, das ist mir Bewusst.

Aha.

>Ich frage mich häufig nur weshalb man eine so hohe Auflösung überhaupt
>benötigt, wenn das dann doch nur Hausnummern sind, die man misst.

Hast du nicht behauptet, den Unterschied zwischen [[Auflösung und 
Genauigkeit]] zu kennen? Dann würdest du diese Frage nicht stellen . . .

>Ist es technisch nicht anders realisierbar

Es ist meist deutlich aufwändiger und damit teurer. Eine hohe Auflösung 
erreicht man relativ leicht, eine hohe Genauigkeit nicht.

von Seppel (Gast)


Lesenswert?

Die Frage warum ADCs i.d.R. eine wesentlich höhere Auflösung als 
Genauigkeit haben hat absolut nichts damit zu tun dessen Unterschied zu 
kennen.

Dass es schwieriger ist die Genauigkeit zu erhöhen als die Auflösung ist 
hingegen eine plausible Antwort, danke.

von Arc N. (arc)


Lesenswert?

Fpga K. schrieb:
> Seppel schrieb:
>
>> Ich frage mich gerade wozu es
>> eigentlich so viele ADCs gibt die 24 Bit und mehr Auflösung haben haben
>
> Sicher das das soviele sind? 16 Bit Wandler sind schon selten, üblich
> sind 8,10 oder 12 bit. Multimeter haben 4 Stellen Anzeige, da brauchts
> keine 24 bit dafür.
>
> MfG,

Analog kommt auf 58, TI auf 64, Maxim auf 10 und Linear auf 39. 
Intersil, Cirrus, Microchip, Nuvoton und andere haben auch noch welche 
(Nicht-Audio-ADCs). Dazu noch ein paar in Mikrocontroller integrierte 
(u.a. Toshiba, Renesas, Analog, SiLabs, NXP).
(bei Analog und TI sind insg. fünf Wandler mit 31 bzw. 32-Bit Auflösung 
mitgezählt (AD7177, ADS1262, ADS1263, ADS1280 und ADS1281)), die Wandler 
dazwischen mit 18-, 20- oder 22-Bit könnten noch hinzugezählt werden)

Gerhard O. schrieb:
> Vielleicht von Interesse: Eine Betrachtung der praktisch möglichen
> Genauigkeit handelsüblicher Thermocouples:
>
> http://priestassociates.com/uploads/How_Accurate_are_those_TCs.pdf

Das ist mehr oder weniger das, was in den entsprechenden Standards an 
Anforderungen an Thermoelemente gestellt werden. Weit entfernt vom 
Machbaren, was in der Praxis hauptsächlich durch die verfügbaren 
Spannungsreferenzen begrenzt wird. Es gibt seit Jahrzehnten nichts 
besseres (und gleichzeitig bezahlbares) als die LTZ1000.

: Bearbeitet durch User
von Fpgakuechle K. (Gast)


Lesenswert?

Arc N. schrieb:
> Fpga K. schrieb:
>> Seppel schrieb:
>>
>>> Ich frage mich gerade wozu es
>>> eigentlich so viele ADCs gibt die 24 Bit und mehr Auflösung haben haben
>>
>> Sicher das das soviele sind? 16 Bit Wandler sind schon selten, üblich
>> sind 8,10 oder 12 bit. Multimeter haben 4 Stellen Anzeige, da brauchts
>> keine 24 bit dafür.

>
> Analog kommt auf 58, TI auf 64, Maxim auf 10 und Linear auf 39.
> Intersil, Cirrus, Microchip, Nuvoton und andere haben auch noch welche
> (Nicht-Audio-ADCs). Dazu noch ein paar in Mikrocontroller integrierte
> (u.a. Toshiba, Renesas, Analog, SiLabs, NXP).
> (bei Analog und TI sind insg. fünf Wandler mit 31 bzw. 32-Bit Auflösung
> mitgezählt (AD7177, ADS1262, ADS1263, ADS1280 und ADS1281)), die Wandler
> dazwischen mit 18-, 20- oder 22-Bit könnten noch hinzugezählt werden)

Ja man lernt halt nie aus. Aber wie sehen so die Sampleraten aus? Die 
Anwendungen mit denen ich es so zu tune habe reichen von 50 MS/s bis 1 
GS/s. Da ist man schon wegen der resultierenden Datebrate froh um jedes 
bit das man spart, deshalb ist da kaum was mit mehr als 16bit dabei.

Ich schau grad der ADS1281 (für Seismographie - soso) kann 128 KS/s im 
sinc filter mode - ist nicht viel und klingt nach Interpolation. Für die 
Ultraschallprüftechnik (die wohl gut mit der Seismographier vergleichbar 
ist) arbeitet man mit 50MS/s und 14 bit Auflösung.

Und der ADS1262 schafft 38kS/s . So sind sie halt - die delta 
Sigmawandler, da kauft man Auflösung für messdauer.

MfG,

von ths (Gast)


Lesenswert?

"Auflösung für messdauer"

Logisch: Heisenberg lässt grüßen

von Автомат К. (dermeckrige)


Lesenswert?

Le_Bassiste schrieb:
> ...und als salatbeilage: genaigkeit vs. präzision.

Wenn schon, dann Genauigkeit vs. Stabilität. Das schliesst v.a. den 
Beobachtungszeitraum mit ein :-)

von Paul B. (paul_baumann)


Lesenswert?

Fpga K. schrieb:
> ...der ADS1281 (für Seismographie - soso)

Автомат К. schrieb:
> ...dann Genauigkeit vs. Stabilität. Das schliesst v.a. den
> Beobachtungszeitraum mit ein :-)

Geduld ist, wenn man auf einer Frau liegt und auf ein Erdbeben wartet.

MfG Paul

von Arc N. (arc)


Lesenswert?

Fpga K. schrieb:
> Ja man lernt halt nie aus. Aber wie sehen so die Sampleraten aus? Die
> Anwendungen mit denen ich es so zu tune habe reichen von 50 MS/s bis 1
> GS/s.

Sehr witzig ;) Anderer Anwendungsfall... und hin und wieder macht einem 
auch die sch..ß Physik einen Strich durch die Rechnung. Der Hinweis von 
ths auf Heisenberg war schon gut 1) bei 24-Bit ist spätestens bei etwa 
100 MHz Schluss (Seiten 13 und 14 in 1))
1) http://www.ing.unibs.it/~minoni/files/AppNotes/ADC-Survey-Jul99.pdf

> Ich schau grad der ADS1281 (für Seismographie - soso) kann 128 KS/s im
> sinc filter mode - ist nicht viel und klingt nach Interpolation. Für die
> Ultraschallprüftechnik (die wohl gut mit der Seismographier vergleichbar
> ist) arbeitet man mit 50MS/s und 14 bit Auflösung.

Vom ADS1281 gibt es bspw. noch die Ableger ADS1282-HT, ebenso 31-Bit, 
allerdings spezifiziert von -55 °C bis 210 °C für den 
Measurement-While-Drilling-/Downhole-Bereich oder als ADS1282-SP in 
Rad-Hard...

> Und der ADS1262 schafft 38kS/s . So sind sie halt - die delta
> Sigmawandler, da kauft man Auflösung für messdauer.

24-Bit SAR mit 0.5 ppm INL und 1.5 bis 2 MSPS-> LTC2380-24 (da dünnt 
sich schon die Auswahl an geeigneten Controllern mit ausreichend 
schnellem SPI o.ä. aus)
Als Delta-Sigma: 2.5 MSPS u.a. AD7760 oder ADS1675 mit 4 MSPS (auch wenn 
bei denen nicht viel mehr als 16 bis 17 übrig bleiben)

Und mal zurück zum Ausgangsthema: Was sollte denn gemessen werden? Das, 
was im DB des ADS1118 vorgeschlagen wird? Thermoelemente?

von Pandur S. (jetztnicht)


Lesenswert?

>Ebenso fehlt die Möglichkeit die Betriebsspannung als Referenzspannung zu 
verwenden...

Bei einem 16bit Wandler ist die Betriebsspannung nie (!) stabil genug.

Ich habe Anwendungen, bei denen muss die Temperatur auf das Milikelvin 
stabil sein, ob die tatsaechliche Temperatur nun 28.1234, oder 27.1234 
ist, ist egal. Dass der gesammte zu stabilisierende Aufbau dann auf 
derselben Temperatur ist, ist der eher schwierige Teil.

von Harald W. (wilhelms)


Lesenswert?

Oh D. schrieb:

> Ich habe Anwendungen, bei denen muss die Temperatur auf das Milikelvin
> stabil sein,

Da wirst Du aber wohl hoffentlich PT-Sensoren nehmen
und keine Thermoelemente.

> Dass der gesammte zu stabilisierende Aufbau dann auf
> derselben Temperatur ist, ist der eher schwierige Teil.

Man sollte da möglichst gut wärmeleitende Metalle,
z.B. Aluminium nehmen. Ein grosser Störfaktor sind
auch "sich bewegende Menschen". :-)

von Arc N. (arc)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Oh D. schrieb:
>>Ebenso fehlt die Möglichkeit die Betriebsspannung als Referenzspannung zu
> verwenden...
>
> Bei einem 16bit Wandler ist die Betriebsspannung nie (!) stabil genug.

Kommt auf den Wandler und die Betriebsspannung an. Einige haben ein 
ausreichendes PSRR und eine Referenzspannung auch als Betriebsspannung 
zu nehmen ist nicht so ungewöhnlich

> Ich habe Anwendungen, bei denen muss die Temperatur auf das Milikelvin
> stabil sein, ob die tatsaechliche Temperatur nun 28.1234, oder 27.1234
> ist, ist egal. Dass der gesammte zu stabilisierende Aufbau dann auf
> derselben Temperatur ist, ist der eher schwierige Teil.

Der mechanische Aufbau wird schon bei 0.1 K Auflösung, je nach 
Gegebenheiten, schwierig. Nicht nur der des zu messenden Systems, auch 
der des Messsystems insb. wenn nur Thermoelemente in Frage kommen.

Harald W. schrieb:
> Oh D. schrieb:
>
>> Ich habe Anwendungen, bei denen muss die Temperatur auf das Milikelvin
>> stabil sein,
>
> Da wirst Du aber wohl hoffentlich PT-Sensoren nehmen
> und keine Thermoelemente.

Siehe Anhang...
Das waren "normale" Thermoelemente Typ K (CH1 - CH4).
ADC war ein AD7794
Werte für den 10 Minuten Ausschnitt:
1
          CH1      CH2      CH3      CH4      CJC       CH1RAW        CH2RAW        CH3RAW        CH4RAW
2
Mean      38.3800  38.3523  38.2820  38.3447  108.1097  -0.002886849  -0.002887982  -0.002890855  -0.002888291
3
Min       38.3740  38.3450  38.2770  38.3360  108.1050  -0.002887050  -0.002888150  -0.002891010  -0.002888490
4
Max       38.3880  38.3590  38.2870  38.3510  108.1150  -0.002886660  -0.002887740  -0.002890710  -0.002888070
5
StdDev     0.0028   0.0025   0.0022   0.0025    0.0020   0.000000081   0.000000082   0.000000063   0.000000072
6
Mean-Min   0.0060   0.0073   0.0050   0.0087    0.0047   0.000000201   0.000000168   0.000000155   0.000000199
7
Mean-Max  -0.0080  -0.0067  -0.0050  -0.0063   -0.0053  -0.000000189  -0.000000242  -0.000000145  -0.000000221

von Wolle G. (wolleg)


Lesenswert?

Seppel schrieb:
> Ich frage mich häufig nur weshalb man eine so hohe Auflösung überhaupt
> benötigt, wenn das dann doch nur Hausnummern sind, die man misst.

Manchmal kommt es nicht so sehr auf den genauen Wert an, sondern man 
will kleinste Werteänderungen sehen. Dies wird z.B. bei der 
Thermoanalyse genutzt.

von W.A. (Gast)


Lesenswert?

Seppel schrieb:
> Ich frage mich häufig nur weshalb man eine so hohe Auflösung überhaupt
> benötigt, wenn das dann doch nur Hausnummern sind, die man misst.

Weil viele Dinge von Gradienten und nicht von Absolutwerten abhängen, 
sowohl zeitlich als auch räumlich.

Bitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.