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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Sparsame A/D wandlung


Autor: Loric (Gast)
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Also ich muss ne möglichst sparsame A/D wandlung hinkriegen,
hab ich so ne Schaltung vorgesetzt bekommen (siehe Anhang)

In der Theorie wird die Steuerleitung auf high gelegt, dadurch schalten
nacheinander die Tansistoren durch, und man kann A/D wandlen.

Nur wasfür Tansistoren müssen das sein ? ( die in der Schaltung sind
nur symbolisch)
Welche kommen da hin ?
Die wandlung soll von 0-28Volt gehen.

kennt wer diese art von Schaltung ( is angeblich was bekanntes^^, naja
ich kenn sie ned und hab sie noch nirgends gefunden (weiß auch ned
wonach ich suchen soll))

Autor: Christoph Kessler (Gast)
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Die Schaltung sieht mir SEHR seltsam aus, ich vermute, das muß deutlich
anders aussehen.
Wären das normale bipolare Transistoren und noch ein Kondensator
vorhanden, der davon geladen wird, dann würde ich das als
Konstantstromquellenschaltung mit enable-Eingang bezeichnen.

Ein AD-Wandlungsvorgang wird gestartet, indem die Konstantstromquelle
anfängt,dem Kondensator zu laden. Der digitale Eingang des
Mikrocontrollers an der Kondensatorspannung geht ab einer
Schwellenspannung, die ziemlich undefiniert ist, auf high und mittels
Zeitmessung wird der AD-Wandlerwert ermittelt.

Autor: Loric (Gast)
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Die Schaltung sollte passen, bis auf die Transistoren ( da gehören eben
welche rein die ich ned weiß).
Aber vl ist es einfach sich vorzustellen ohne die Diode und R19.

Die Idee ist wiegesagt, Wenn vom µC die Steuereitung auf high gesetzt
wird schaltet zuerst der erste, und dann der 2 Transistor durch. Erst
dann fällt auch strom am Spannungsteiler ab, und mann kann dort die
normale A/D Conversation durchführen. Wartet also die Aquisition time
(hald der Interne Sample-Hold-Kondensator geladen wird) damit denn per
sukzessiver approximation der A/D wert ermittelt wird.
Meist kommt es natürlich auch vor das an der A/D leitung ein
Kondensator außen hängt.

Sonst sollte die Schaltung aber stimmen.

Autor: peter dannegger (Gast)
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Mit A/D-Wandlung hat diese Schaltung nichts am Hut, ist höchstens ein
Schalter.
Macht also nur Sinn, wenn Du mehrere Spannungen nacheinander messen
willst.
Aber das geht einfacher mit nem Multiplexer (z.B. CD4051)

Ertsmal alle Eingangsignale auf MC-freundliche Werte runterteilen
(0..5V) und dann an den Multiplexer und dessen Ausgang an den
AD-Wandler.


Peter

Autor: Michael (Gast)
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Wenn ich das richtig verstanden habe, ist das ja gerade der Trick an der
Schaltung: Erst den Schalter, und dann den Spannungsteiler, damit keine
Verluste über den Spannungsteiler entstehen. Ich würde aber anstatt der
oben gezeigten schaltung auch eher ein Analogschalter nehmen. Naja und
dann auch mal durchrechnen, ob sich das Verlusttechnisch überhaupt
lohnt oder ob man den Spannungsteiler nicht einfach nur entsprechend
hochohmiger auslegen kann.

Gruß
michael

Autor: Joe (Gast)
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Der sparsamste AD Wandler den du Bauen kannst besteht aus 2 OP-Amps und
einem R2R Netzwerk. Die am Netzwerk entstehende Gleichspg. wird über
OP1 (als Impedanzwandler) dem 2ten OP-Amp am Minus Eingang zur
Verfügung gestellt. Am Plus Eingang liegt der zu messende Wert an.

OP 2 fungiert als Komparator. Auf das R2R wird nun ein
"Treppensignal" gegeben, kippt der Komparator so stimmt der
Ausgabewert mit dem Eingang über ein.

Joe

Autor: Christoph Kessler (Gast)
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Der sparsamste AD-Wandler besteht aus einem Widerstand zwischen
Analogsignaleingang und einem Mikrocontroller-Pin, sowie am selben Pin
ein Kondensator nach Masse. Zuerst ist der Pin als Ausgang geschaltet
und legt den Kondensator auf Masse. Dann wird auf Eingang umgeschaltet
und der Kondensator lädt sich auf, bis die Schwellenspannung des
Eingangs überschritten ist. Die verstrichene Zeit wird gemessen, und
ist nach einer e-Funktion mit der Eingangsspannung verknüpft.

Die Schaltung "1.gif" ist schon die Komfort-Version, mit
Konstantstromquelle, damit wird der Aufladevorgang linearisiert.

Autor: Loric (Gast)
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Habs neu gezeichent...

und wollte nochmal fragen ob wer weiß welche Transistoren mann da wählt
?

Autor: Ingo (Gast)
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BS170 und BS250 könnten gehen. Du musst aber mal schauen, ob Du die voll
durchsteuern kannst, das weiss ich nicht auswendig.

Ich verstehe aber nicht, wozu Du zwei FETs brauchst. Du könntest Q7
direkt vom Port aus ansteuern. Dann sparst Du R19, R20 und Q6.

Beim Spannungsteiler R21, R22 und C5 musst Du darauf achten, dass
dessen Impedanz wesentlich größer als der RDSon von Q7, und wesentlich
kleiner als die Eingangsimpedanz des ADC ist, da sonst die Messwerte
nicht stimmen. Gleiches gilt für die Zeitkonstante des Tiefpasses und
die Frequenz des Messsignals.

Autor: Stephan Henning (stephan-)
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Loric,

ich schließe mich Ingo an. Du brauchst eigentlich nur einen Fet. Der
sollte aber LL fähig sein. ( Logic Level ). Ich denke das der BS170 das
nicht kann oder der RDSon bei Logic Level ausreicht. Ist denn die Quelle
so hochohmig das der Spannungsteiler abgeschaltet werden muß??
Dann würdest Du warscheinlich noch andere Probleme bekommen. Der A/D
vom Pic hat wenn mich nicht alles täuscht ca. 10K innenwiderstand !!!!
Dann würdest Du eh noch ne Anpassung machen müssen oder nur Mißt messen
!!!

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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Die Eingangsspannung muß auf jeden Fall die TTL-High-Schwelle
überschreiten, sonst funktioniert der AD-Wandler nicht. Er fängt nicht
bei Null Volt an.

Autor: Ingo (Gast)
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Habe vollständige Unterlagen leider nur für den BS170. Der schafft aber
bei Ugs=4V einen RDSon von ca. 20Ohm. Mit einem Teiler im bereich von
1kOhm solltest Du also zurecht kommen, sofern der Innenwiderstand des
ADC wie von Stephan erwähnt bei 10k liegt.

@Christoph: Warum funktioniert der ADC denn erst über TTL High?

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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Ich habe das doch richtig verstanden, der PIC hat keinen eingebauten
AD-Wandler? Dann muß der digitale Eingang nach Überschreiten seiner
High-Schwelle den Timer stoppen, der zusammen mit dem Startimpuls
gestartet wurde. Also muß die Spannung amm Kondensator diesen
High-Pegel,  z.B. 2,4V überschreiten, damit überhaupt ein Ergebnis
rauskommt. Je höher die analoge Eingangsspannung ist, desto schneller
wird der C geladen und desto kürzer ist die gemessene Zeit. Der
AD-Wandler funktioniert also zwischen etwa 2,4 und 5 V , den
Spannungsteiler mal nicht berücksichtigt.

Autor: Ingo (Gast)
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So wie ich das sehe funktioniert die Schaltung erst ab

Uin = Uttl(R21/R22 + 1)

Die Schaltung 1.gif ist übrigens nicht die Komfort-Version, da Q7 nicht
als Stromquelle geschaltet ist. Würde auch keinen Sinn machen, da bei
einer Stromquelle der Kondensator ja immer mit demselben Strom geladen
würde, egal welche Spannung anliegt. Genau das will man ja nicht. 1.gif
ist daher nur ein komplizierter Schalter.

Autor: Ingo (Gast)
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Korrektur: Ist natürlich nicht nur ein komplizierter Schalter, sondern
die AD Schaltung mit komplizierter Ein-/Ausschaltlösung.

Autor: Ingo (Gast)
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Am einfachsten wäre eie Lösung, bei der der FET Q6 den Kondensator auf
Masse zieht und beim Freischalten beginnt der Ladevorgang über den
Spannungsteiler. Dann kommt man mit Kondensator, n-Kanal FET BS170 und
Kondensator aus und den RDSon des FET muss man niergends betrachten.
Dann kann man den Spannungsteiler ggfs auch niederohmiger auslegen.

Autor: karadur (Gast)
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Hallo

zur AD-Wandlung kann ich nix beitragen, aber die Schaltung mit den 2
FETs wird bei 28V am Eingang wohl sterben. UGS !!!

Autor: Ingo (Gast)
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Karadur hat recht! Ein weiteres Argument für die vereinfachte Version.

Autor: Martin Schneider (Gast)
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Evtl. meinst du mit "sparsam" strom-sparend?

Ich habe eine solche Schaltung, allerdings mit
Standard-Bipolartransistoren, benutzt.
Das ist ein einfacher Schalter, um die Ruhestromaufnahme
zu senken (etwa so: alle 50ms aufwachen, für 500µs Eingänge
zuschalten und messen, Ergebnis speichern, und dann wieder
alles abschalten und schlafen gehen).

Bei mir schaltet er 0..30V an den ADC.

Fehler ist bei 8 Bit vernachlässigbar.

Ahoi, Martin

Autor: Loric (Gast)
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>>Evtl. meinst du mit "sparsam" strom-sparend?

sorry wenn bis jetzt alle Kostengünstig dachten ...

nunja Stromsparend natürlich :)
Also Martin wenn du mir deine Schaltung und Bauteil wahl mitteilen
könntest wäre ich dir sehr verbunden!

karadur:
>>zur AD-Wandlung kann ich nix beitragen, aber die Schaltung mit den 2
>>FETs wird bei 28V am Eingang wohl sterben. UGS !!!

wieso? könnte man das erklären ?

>> Karadur hat recht! Ein weiteres Argument für die vereinfachte
Version.

irgendwie kann ich mir nichts unter der 'vereinfachten' Version
vorstellen. wie sollte die den aussehen.

Autor: peter dannegger (Gast)
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@Loric

erzähl doch einfach mal genauer worums geht.


Soweit ich das mitbekommen habe, brauchts nicht mehrere Eingänge und es
geht auf einen PIC mit internem ADC.

Wozu also der ganze Aufwand ?

Einfach die max 28V auf 5V runterteilen und gut is.

Und wenn das zuviel Strom ist, machst Du eben den Spannungsteiler
entsprechend hochohmig.


Peter

Autor: Loric (Gast)
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Es geht darum Das ich eine Spannungsquelle hab die 0 - ~28Volt liefert
und die git es zu überwachen. Möglichst ohne ständig nen Stromverlust
zu haben (egal wie Hochohmig es ist es ist doch mehr als der FET
Leckstrom ("Zero Gate Voltage Drain Current") oder?) Daher wollt ich
es Abschaltbar machen.

Ja es geht auf einen PIC mit interem ADC.

Mitlerweile hab ich denke ich auch herausgefunden was manche Mit
einfacherer Versoin, mit einem FET meinen, aber das wäre sinnlos wenn
die Spannung größer als die Versorgerspannung des PIC ist fließt Strom
über die Schutzdiode dieses Eingangs hinter dem Analog-Pin.

Daher 2 Fets.

Autor: Erik (Gast)
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Spannungsquelle an Spannungsteiler, so dim. wie Peter gesagt hat.
Kann sehr hochohmig sein, mittels OP Impededanz wandeln und auf ADC.
Spannungsteiler belastet deine Spannungsquelle nicht und du kannst
trotzdem "genau" AD wandeln.
Wieviel Strom kann deine Quelle? Gib mal Eckdaten, evtl. brauchst dann
kein OP.

Autor: Loric (Gast)
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Wieviel Strom die Quelle liefern kann steht noch nicht fest. aber eines
ist klar, sie darf nix davon unnötig abgeben :)

>> mittels OP Impededanz
und versorgt mir den ?  es darf nix was verbrauchen, das is der sinn
der schaltung :)

Autor: karadur (Gast)
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Hallo Loric

ein MOS-FET hat eine typische Gatespannung von 10V der max. Wert liegt
bei 15 - 20V.  Bei 28V stirbt er.

Autor: Martin Schneider (Gast)
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Siehe Anhang,
allerdings habe ich im aktiven Zustand genug Strom,
und ich versorge zusätzliche Eingänge über diesen Schalter.

Evtl. reicht es, die Gates via Spannungsteiler/Z-Diode
vor zu hoher Spannung zu schützen?

Ahoi, Martin

Autor: peter dannegger (Gast)
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@Loric

"Wieviel Strom die Quelle liefern kann steht noch nicht fest. aber
eines
ist klar, sie darf nix davon unnötig abgeben :)"


Dann komm nochmal wieder, wenn Du es weißt.

Man kann keine Schaltung dimensionieren, wenn man nichts weiß !!!


Peter

Autor: Ingo (Gast)
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@martin: Bei einer angenommenen Impedanz des ADC von 10k liefert Deine
Schaltung keine richtigen Werte, da die Quellenimpedanz viel zu hoch
ist. Bei 30V "sieht" der ADC 1.98V, obwohl der Teiler eigentlich auf
6.6V (100k/22k) runter teilt (mal abgesehen davon, dass Uce noch
abgezogen muss, falls Du Vcc messen willst).

Sparsam wird die Schaltung nur durch an und abschalten der
Messspannung. Am besten mit einem FET, wie oben geschrieben, der einen
RDSon im Bereich von einigen 10 Ohm hat und die Impedanz der Quelle
sollte nicht größer als 1k sein.

Autor: andi (Gast)
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versuchs mal mit der Schaltung

Autor: Ingo (Gast)
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Die Schaltung sieht gut aus. Ich würde allerdings die Widerstände eher
so in der Größenordnung 3k8 und 680Ohm wählen.

Autor: peter dannegger (Gast)
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Ich weiß ja nicht, was der PIC für nen Eingangswiderstand hat.

Die AVRs (ATMega8) haben jedenfalls 100M.

Daher würde ich den Spannungsteiler 1M/100k machen und mir den ganzen
Schaltquatsch sparen.

Die 28V / 1,1M = 25µA tun doch keinem weh.


Peter

Autor: Ingo (Gast)
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Du hast Recht, ich hatte Unsinn (10k) im Kopf. Bei 100M kann der Teiler
natürlich erheblich größer sein.

Autor: Stephan Henning (stephan-)
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Hallo Peter,

aus dem ATmega 8 Datenblatt :
"The ADC is optimized for analog signals with an output impedance of
approximately 10 kΩ or less.
If such a source is used, the sampling time will be negligible."
Beim eingezeichneten Serienwiderstand im Datenblatt steht 1...100
KOhm!!

Beim PIC sind es auch 10K wie ich es vermutet hatte.

Also ganz normalen Spannungsteiler aus 2 Widerständen und gut !!!
Für den Ernstfall kann ja noch ne Z-Diode rein.
Ist doch warscheinlich die einfachste Lösung.

Also.....bis dann.

Ich installiere gerade Windoof. Was soll ich drücken ???


..... beide Daumen !!!

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