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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Referenzspannung ADC


Autor: Hali H. (ratendix)
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Hallo,

für mein Projekt nutze ich einen 16 Bit (1MSPS) ADC, der als 
Referenzspannung 5 Volt haben soll.
Jetzt muss ich mir in diesen Auflösungsbereichen natürlich Gedanken um 
eine stabile Referenzspannung machen.
Hat jemand direkt ein fertigen IC, der den Anforderungen annähernd 
gerecht wird und nicht zu teuer ist?
Am besten wäre platzsparend (SMD).
Ich hab bisher zwei Ansätze gesehen, entweder als Spannungsregler oder 
mithilfe einer Zener-Diode.

Danke!

Autor: Cyblord -. (cyblord)
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Autor: Hali H. (ratendix)
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Cyblord -. schrieb:
> LM4040

An den hatte ich auch schon gedacht.
Ich hab nur dabei Probleme den Widerstand vor der Diode zu berechnen.
Laut dem Datenblatt von TI berechnet man R= (Vin - Vout)/I target.
I target soll man maximal mit 1mA annehmen.
Ich hatte vorgehabt Vin auch 5 Volt zu setzen, aber dann ergibt sich für 
R 0 Ohm...
Also kann Vin nicht gleich Vout sein?
Wahrscheinlich fehlen mir hier die etechnischen Grundlagen für.
Sonst würde ich Vin auf 12 Volt setzen, dann kann man R ja bestimmen.

Laut datenblatt des ADC fließen durch die Referenzeingänge typisch 
330uA.


Danke!

Autor: Hali H. (ratendix)
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Sehe grad, als Voraussetzung gilt Vin>Vout!
Kann ich den Strom mit 1mA annehmen oder soll ich die 330 uA aus dem ADC 
Datenblatt nehmen?

Autor: Dietrich L. (dietrichl)
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Hali H. schrieb:
> Also kann Vin nicht gleich Vout sein?

Nein, denn Du brauchst ja noch was zum regeln.

Für die Berechnung brauchst Du den Spannungsbereich, in dem sich Vin 
bewegt.
Bei Vin(min) rechnest Du den Widerstand und kontrollierst, ob mit diesem 
Widerstand bei Vin(max) der Strom und die Verlustleistung nicht zu groß 
ist.

> Laut datenblatt des ADC fließen durch die Referenzeingänge typisch
> 330uA.

Den Widerstand muss Du aber für den Max-Wert berechnen.

Gruß Dietrich

Autor: Cyblord -. (cyblord)
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Hali H. schrieb:
> Ich hatte vorgehabt Vin auch 5 Volt zu setzen, aber dann ergibt sich für
> R 0 Ohm...
> Also kann Vin nicht gleich Vout sein?

Na sicher geht das nicht.

> Wahrscheinlich fehlen mir hier die etechnischen Grundlagen für.
> Sonst würde ich Vin auf 12 Volt setzen, dann kann man R ja bestimmen.
Warum nimmst du dann nicht 12V und machst es so?

Laut Datenblatt gehen 60µA bis 15mA. Deiner Widerstand muss den Strom 
irgendwo in diesem Bereich einstellen. Mehr nicht.

: Bearbeitet durch User
Autor: Hali H. (ratendix)
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Ok dann nehme ich als I_target die 1mA und laut der Formel kommen dann
R =(12V-5V)/1mA = 7k Ohm raus!

Dann kann der ADC auf jeden Fall genug Strom an Vref ziehen.

Sollte so passen.

Autor: Dietrich L. (dietrichl)
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Hali H. schrieb:
> Kann ich den Strom mit 1mA annehmen oder soll ich die 330 uA aus dem ADC
> Datenblatt nehmen?

Ich glaube, Du hast den LM4040 noch nicht verstanden. Das ist ein 
Shuntregler, d.h. er kann nur Strom nach GND ableiten.

Der Widerstand muss daher so dimensioniert werden, dass bei Vin(min) der 
Strom
- den für die Arbeit des LM4040 erforderlichen Mindestrom(60µA)
- plus den Maximalstrom der Last (Referenzeingang)
mindestens bereitstellt. Etwas Reserve ist nicht schlecht.

Und bei Vin(max) darf 15mA nicht überschritten werden.

Gruß Dietrich

Autor: Dietrich L. (dietrichl)
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Hali H. schrieb:
> Dann kann der ADC auf jeden Fall genug Strom an Vref ziehen.

Dazu brauchst Du aber den max.-Strom des Vref-Eingangs. Der genannte 
typ. Wert von 330µA reicht als Information hier nicht!

Welcher ADC ist es denn?

Autor: Hali H. (ratendix)
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Dietrich L. schrieb:
> Hali H. schrieb:
>> Kann ich den Strom mit 1mA annehmen oder soll ich die 330 uA aus dem ADC
>> Datenblatt nehmen?
>
> Ich glaube, Du hast den LM4040 noch nicht verstanden. Das ist ein
> Shuntregler, d.h. er kann nur Strom nach GND ableiten.
>
> Der Widerstand muss daher so dimensioniert werden, dass bei Vin(min) der
> Strom
> - den für die Arbeit des LM4040 erforderlichen Mindestrom(60µA)
> - plus den Maximalstrom der Last (Referenzeingang)
> mindestens bereitstellt. Etwas Reserve ist nicht schlecht.
>
> Und bei Vin(max) darf 15mA nicht überschritten werden.
>
> Gruß Dietrich

Ich danke dir!
Also da Vin(min) und Vin(max) sehr nah beieinander sein werden (die 12 
Volt kommen von einem Regler, ich schau aber nochmal nach) werden die 7 
kOhm so gehen, denn dann hab ich ja 1 mA Strom über den Widerstand 
maximal.
330 uA typisch ADC + 60 uA von der Diode ergeben 390 uA. Hab ich jetzt 
mit 1 mA zuviel Reserve?

Gruß

Autor: Dietrich L. (dietrichl)
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Hali H. schrieb:
> 330 uA typisch ADC + 60 uA von der Diode ergeben 390 uA. Hab ich jetzt
> mit 1 mA zuviel Reserve?

Das kann Dir nur das Datenblatt oder der Hersteller des ADC sagen: Du 
brauchst den Max.-Wert des ADC-Ref-Eingangs.
Nochmal: Welcher ADC ist es denn?

Autor: M. K. (sylaina)
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Ne Referenz bei 16 bit mit 100ppm/°C (LM4040)...d.h. der ADC wird immer 
nur bei einer definierten Temperatur benutzt? Ansonsten kannste das ja 
vergessen, das Temperaturfenster ist ja für (echte) 16 bit nur 80 mK 
breit, bissel wenig.

Autor: Hali H. (ratendix)
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Dietrich L. schrieb:
> Hali H. schrieb:
>> 330 uA typisch ADC + 60 uA von der Diode ergeben 390 uA. Hab ich jetzt
>> mit 1 mA zuviel Reserve?
>
> Das kann Dir nur das Datenblatt oder der Hersteller des ADC sagen: Du
> brauchst den Max.-Wert des ADC-Ref-Eingangs.
> Nochmal: Welcher ADC ist es denn?

Der ADC ist von  Analog Devices und heißt AD7902.
Dann ist auch die Frage, ob ich dann noch die Stützkondensatoren an Uref 
benötige... wohl eher nicht.

Autor: Achim S. (Gast)
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Hali H. schrieb:
> Dann ist auch die Frage, ob ich dann noch die Stützkondensatoren an Uref
> benötige... wohl eher nicht.

wie kommst du denn darauf? Halt dich doch einfach ans Datenblatt:

When REF is driven by a very low impedance source (for example,
a reference buffer using the AD8031 or the AD8605), a 10 μF
(X5R, 0805 size) ceramic chip capacitor is appropriate for
optimum performance.
If an unbuffered reference voltage is used, the decoupling value
depends on the reference used. For instance, a 22 μF (X5R,
1206 size) ceramic chip capacitor is appropriate for optimum
performance using a low temperature drift ADR430, ADR431,
ADR433, ADR434, or ADR435 reference.

Also: klar muss der Stützkondensator an Uref ran. Man kann (je nach 
Impedanz der Uref-Quelle) nur etwas mit dem Wert des Kondensators 
variieren. Und der LM4040 hat eher eine hohe Impedanz (um so 
höherimpedant, je kleiner du den Stom wählst. Also lass ruhig 1mA oder 
mehr fließen)

Autor: Hali H. (ratendix)
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Achim S. schrieb:
> Hali H. schrieb:
>> Dann ist auch die Frage, ob ich dann noch die Stützkondensatoren an Uref
>> benötige... wohl eher nicht.
>
> wie kommst du denn darauf? Halt dich doch einfach ans Datenblatt:
>
> When REF is driven by a very low impedance source (for example,
> a reference buffer using the AD8031 or the AD8605), a 10 μF
> (X5R, 0805 size) ceramic chip capacitor is appropriate for
> optimum performance.
> If an unbuffered reference voltage is used, the decoupling value
> depends on the reference used. For instance, a 22 μF (X5R,
> 1206 size) ceramic chip capacitor is appropriate for optimum
> performance using a low temperature drift ADR430, ADR431,
> ADR433, ADR434, or ADR435 reference.
>
> Also: klar muss der Stützkondensator an Uref ran. Man kann (je nach
> Impedanz der Uref-Quelle) nur etwas mit dem Wert des Kondensators
> variieren. Und der LM4040 hat eher eine hohe Impedanz (um so
> höherimpedant, je kleiner du den Stom wählst. Also lass ruhig 1mA oder
> mehr fließen)

Alles klar, dann mach ich es so!
Der ADC hat ja zwei Channels und 2 Uref Eingänge. Kann ich das beides 
mit einem LM 4040 und dem dann doppelten Laststrom lösen?  dann wäre ich 
auch schon recht nah an dem 1 mA.
Oder soll ich da mehr Strom annehmen, im Datenblatt steht leider kein 
Maximalstrom an Uref?


Gruß!

Autor: Dietrich L. (dietrichl)
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Hali H. schrieb:
> Oder soll ich da mehr Strom annehmen, im Datenblatt steht leider kein
> Maximalstrom an Uref?

Ja, ich habe auch Nichts zum Max.-Strom gefunden.

Ich würde den Strom zur Sicherheit größer wählen, auch wegen dem doch 
relativ großen Kondensator an Uref. Damit ist die Einschwingzeit nach 
Einschalten nicht so groß:
Bei 22µF und 7kOhm (1mA) ergibt sich eine Zeitkonstante von T=154ms.
Die Spannung erreicht nach 5T=770ms 99,3% des Endwertes 
(https://de.wikipedia.org/wiki/Zeitkonstante#Kondensator).

Die Obergrenze für den Strom ist dann die Datenblattangabe von 15mA. 
Außerdem sollte man die Eigenerwärmung durch die Verlustleistung und den 
dadurch verursachten Temperaturfehler berücksichtigen.
Eine Grobabschätzung, ob das bei Dir relevant ist, wäre sinnvoll, 
genauso wie die Abschätzung des Gesamtfehlers (über Deine Ansprüche an 
die Genauigkeit wurde ja noch nichts gesagt).

Gruß Dietrich

Autor: Hali H. (ratendix)
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Dietrich L. schrieb:
> Hali H. schrieb:
>> Oder soll ich da mehr Strom annehmen, im Datenblatt steht leider kein
>> Maximalstrom an Uref?
>
> Ja, ich habe auch Nichts zum Max.-Strom gefunden.
>
> Ich würde den Strom zur Sicherheit größer wählen, auch wegen dem doch
> relativ großen Kondensator an Uref. Damit ist die Einschwingzeit nach
> Einschalten nicht so groß:
> Bei 22µF und 7kOhm (1mA) ergibt sich eine Zeitkonstante von T=154ms.
> Die Spannung erreicht nach 5T=770ms 99,3% des Endwertes
> (https://de.wikipedia.org/wiki/Zeitkonstante#Kondensator).
>
> Die Obergrenze für den Strom ist dann die Datenblattangabe von 15mA.
> Außerdem sollte man die Eigenerwärmung durch die Verlustleistung und den
> dadurch verursachten Temperaturfehler berücksichtigen.
> Eine Grobabschätzung, ob das bei Dir relevant ist, wäre sinnvoll,
> genauso wie die Abschätzung des Gesamtfehlers (über Deine Ansprüche an
> die Genauigkeit wurde ja noch nichts gesagt).
>
> Gruß Dietrich

Ok also ich betreibe dann ein LM4040 (Uin=12V Uout=5V) für beide 
Referenzspannungen und muss zwangsweise von dem typischen Strom an Uref 
ausgehen. Da ich zwei Uref-Spannungen habe, verdoppelt sich der 
Laststrom und ich habe typisch 660 uA Laststrom. Wenn jetzt ein höherer 
Strom durch die Diode diese niederimpedanter macht und ich bis 15 mA 
gehen kann, nehme ich mal mindestens 2mA (3.5 kOhm) maximal an?
bei nur einer Uref-Spannung ergibt sich dann ein tau von 77ms. Ich kann 
auch direkt 4mA (1.75kOhm) annehmen dann würde ich diese Zeitkonstante 
auf beiden Referenzspannungen annehmen können oder?

Wegen der Genauigkeit, ich denke für einen ersten Aufbau reicht mir das 
so!

Autor: Dietrich L. (dietrichl)
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Hali H. schrieb:
> Wenn jetzt ein höherer
> Strom durch die Diode diese niederimpedanter macht und ich bis 15 mA
> gehen kann, nehme ich mal mindestens 2mA (3.5 kOhm) maximal an?
> bei nur einer Uref-Spannung ergibt sich dann ein tau von 77ms. Ich kann
> auch direkt 4mA (1.75kOhm) annehmen dann würde ich diese Zeitkonstante
> auf beiden Referenzspannungen annehmen können oder?

Das Thema "Einschwingzeit" ist für Dich ja nur dann wichtig, wenn Du 
nach Einschalten innerhalb eine bestimmten Zeit schon genaue Messwerte 
brauchst.

Als Widerstand würde ich nach Bauchgefühl Werte zwischen 2,2k und 3,3k 
nehmen. 1,75k oder 3,5k sind ja nicht so günstig, da es keine E12- oder 
E24-Normwerte sind ;-))

Autor: Hali H. (ratendix)
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Noch eine andere Frage:
Für das Eingangssignal des ADCs nehme ich einen belasteten 
Spannungsteiler der mit 5 Volt betrieben wird. So wird mein 
ursprüngliches symmetrisches Eingangssignal in den positiven 
Spannungsbereich verschoben. Wie muss ich denn die beiden Widerstände 
wählen? Klar, die beiden müssen gleich hoch sein aber wie hoch? Alle 
Signale werden so um 2,5 Volt zentriert dargestellt.
Zu dem Eingangswiderstand (Lastwiderstand) im ADC steht nichts im 
Datenblatt. Habe mich bisschen informiert, der soll bei ADCs immer so im 
Megaohmbereich liegen.
Aktuell nehme ich zwei 1 kOhm Widerstände und habe damit einen 
Stromfluss von 5mA durch den Teiler. Kommt mir bisschen viel vor.
Hat da jemand einen Ratschlag?
habe mich hier bisschen eingelesen:
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0201111.htm

Autor: Hali H. (ratendix)
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Bei 10 kOhm Widerständen fließt nur noch ein Strom im uA-Bereich.
Ich denke das ist für meine Anwendung besser geeignet.
"Andererseits dürfen die Widerstände auch nicht zu groß sein, da sonst 
die geteilte Spannung zu sehr vom Lastwiderstand abhängig ist."
Das steht in dem Link, ich denke 10kOhm im Vergleich zu dem sehr hohen 
ADC-Widerstand ist noch vertretbar?

Autor: Joachim B. (jar)
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wenn du den LM4040 nimmst würde ich den Strom auf 10x

Hali H. schrieb:
> die 330 uA

und für 2x Uref eben das doppelte wählen

6mA

liegt noch voll im Rahmen

Cyblord -. schrieb:
> Laut Datenblatt gehen 60µA bis 15mA.

ergibt für den Rv bei Uein 12V - 5V Uref -> 7V / 6mA -> 1k-1,2k

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