ADC-Messung AVR, Auflösung verdoppeln

Gast #4844657
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Hallo,

ich will eine relativ kleine Spannung (ca. 20mV) mit dem ADC eines AVRs 
messen.

Die Auflösung fällt dabei etwas klein aus.

Der ADC ist so beschaltet:


U(in) o----10k---o---o--->ADC-Portpin
                 |   |
                10k 100nF
                 |   |
                 M   M      (M = Masse)

Könnte man die Auflösung verdoppeln, indem man den 10k-Widerstand gegen 
Masse rausnimmt (er bildet mit dem oberen 10k-Widerstand ja einen 
Spannungsteiler, der die Messspannung halbiert)?
Gast #4844672
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Wenn dir 20-30% Ungenauigkeit reichen, kannst du das machen.

Ansonsten nimmt man dazu einen OP, um die zu messende Spannung an den 
Meßbereich des ADC anzupassen, oder man nutzt zumindest die 20-fache 
Verstärkung, die der ADC im Differentialmode schon hardwaremässig 
anbietet.
Gast #4844681
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Haben die nicht eine minimale Referenzspannung von 1,2V?
Selbst damit kannst du deine 20mV also maximal mit 17 Digits auflösen.
Von der Genauigkeit / Grundrauschen mal ganz abgesehen.
Ist dir das bewusst?
Gast #4844751
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Frank schrieb:
> Haben die nicht eine minimale Referenzspannung von 1,2V?
> Selbst damit kannst du deine 20mV also maximal mit 17 Digits auflösen.
> Von der Genauigkeit / Grundrauschen mal ganz abgesehen.
> Ist dir das bewusst?

17 Digits? Du meinst den int "17" nehme ich an. Der passt in 4 Bit.

Meine Lösung: Einfach 64-fach oversamplen für 10 Bit :P

Nee im Ernst, das muss verstärkt werden. Und ich würde nicht nur 
verdoppeln sondern direkt so um den Faktor 5-10 hoch.
#4844822
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Obwohl ein OPV die Empfindlichkeit erhöhen kann, gibt es in speziellen 
Fällen noch eine Möglichkeit um die effektive Auflösung eines ADCs 
mittels Dithering und deren Mehrfachmessung manchmal um 1-2 bits 
erhöhen. Hier einige Referenzen zu dieser Möglichkeit:

http://www.e2v.com/shared/content/resources/File/documents/broadband-data-converters/doc0869B.pdf

http://www.atmel.com/images/doc8003.pdf

http://www.st.com/content/ccc/resource/technical/document/application_note/7e/17/df/9e/5d/04/4b/72/DM00119042.pdf/files/DM00119042.pdf/jcr:content/translations/en.DM00119042.pdf

Das läßt sich auf praktische alle uC übertragen.
Gast #4844940
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Wenn du nix weiter machst, als die 10 kOhm gegen Masse
zu entfernen, hast du 20 mV statt 10 mV am ADC-Eingang.
Nimmst du die interne 1,1 V Ref-Spannung (leider nur
1,0...1,2 V), hast du eine Auflösung von 20..17 Steps
für 20 mV.

Du siehst also Änderungen von <= 1,2 mV. Reicht das?

Eventuell - wenn es die Zeit erlaubt - machst du 16
Messungen und addierst die Ergebnisse.
Anschließend teilst du die Summe durch 8.

Vielleicht siehst du dann schon Änderungen
von <= 0,6 mV. Also Änderungen um 3%.
Gast #4845002
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> machst du 16
> Messungen und addierst die Ergebnisse.
> Anschließend teilst du die Summe durch 8.


Bei 'ordentlichen' ADs, einem vernuenftigem Aufbau und
natuerlich auch einer stabilen Quelle springt das
Ergebnis dann in 2er Incrementen...

Gewonnen ist damit nichts.
Gast #4845005
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Avi schrieb:
> ich will eine relativ kleine Spannung (ca. 20mV) mit dem ADC eines AVRs
> messen.
> Die Auflösung fällt dabei etwas klein aus.

Beim AT328 die interne Referenz von 1,1V genutzt, ergibt das eine 
Auflösung um 1mV - eher schlecht. Das schreit nach einem Meßverstärker.

Guckst Du 
http://www.martin-kumm.de/wiki/doku.php?id=Projects:SMD_Loetstation

und da 
http://www.martin-kumm.de//smd_solder_station/rt_solder_station_v1_4_schematic.pdf,

der bringt um 7mV Nutzsignal auf 5V für der A/D. Durch verändern von R2 
kann man den gut anpassen und der OP ist sehr stabil.
Gast #4845025
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@  --- (Gast)

THEORETISCH hast du recht. Habe es aber nach einer AVR-AppNote
selbst probiert - und wenn alles nicht so SUPERSAUBER
ist (das gehört zum Prinzip!), ist das 1 Bit mehr schon
recht gut brauchbar.

Logisch: Es geht um das Feststellen von Änderungen, nicht um
PTB-zertifizierte Präzision!

Bei den weiteren empfohlenen Steigerungen bin ich aber auch
schnell an die von dir genannte Grenze gestoßen.

Wenn der TO mit 3% Auflösung leben kann, ist doch alles OK.

Die Steigerung auf <= 1% Auflösung mit R2R-OpAmp wäre schon
mindestens doppelter Aufwand (Preis, Platzverbrauch,...)
#4845060
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Sind die 20 mV der Spannungsabfall über einen Shunt, also eigentlich 
eine Strommessung? Dann könntest Du auch eine Instrumentenverstärker 
einsetzten, z.B. INA126 nur um ein Beispiel zu nennen. Der hat 
allerdings einen relativ hohen Offset.

Wenn es sich nicht um eine Strommessung handelt, woher kommt dann die 
recht kleine Spannung von 20mV?

OPV mit entsprechender Verstärkung wurde schon genannt und ist wohl der 
naheliegendeste Lösungsansatz für Dein Problem.

Den 10K Widerstand der gegen Masse liegt weglassen hilft Dir nicht 
weiter. Abgesehen davon könnte dann der andere 10K auch weg und das 
Signal direkt an den ADC gelegt werden.

Wie genau willst Du messen? Hierüber hast Du keine Angabe gemacht. Bei 
nur 1% geforderter Genauigkeit müsstest Du auf 0,2mV (200uV) genau 
messen.

Mit welcher Referenzspannung arbeitet Dein AVR?

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