Hallo,
ich versuche den ADC MCP3918 vernünftig zum Laufen zu bringen, bekomme
es aber mangels Verständnis nicht hin. (Zugegeben sind die Ansprüche
recht hoch...)
Aufgabe: Mit einem 10mOhm Shunt soll ein Strom auf 100uA genau gemessen
werden. Daraus folgt, dass die Messung auf 1uV genau sein muss.
Schwankungen bis 2uV sind tolerabel. Es handelt sich um eine statische
Last. Zum Beispiel ein Lastwiderstand.
Ich habe mal eine Platine entworfen und geätzt. Damit habe ich aber das
ärgerliche Problem, dass die gemessene Spannung um 10uV schwankt, wenn
ich mich schnell zur Schaltung bewege oder mich von ihr wegbewege.
Schüttle ich leicht dran rum, schwankt es auch um bis zu 20uV.
Noch schlimmer: Wenn ich ein loses Draht an einen Pin von LVK12 stecke,
will er sofort eine Spannung von 10uV messen. Wie geht denn das??? Beide
Pins des Shunts sind doch mit 10mOhm kurzgeschlossen?
Was habe ich beim Layout falsch gemacht? Ich dachte mit dem Tiefpass aus
12k/1uF ist das Dingen bombenfest? Wohl falsch gedacht.
Bin für jede Hilfe dankbar.
PS: Die Spannungsversorgung für Analog und Digital trennen würde zwar
das Rauschen weiter senken, erklärt aber meiner Meinung nach nicht das
"Antennenphänomen".
Timmy schrieb:> Mit einem 10mOhm Shunt soll ein Strom auf 100uA genau gemessen> werden. Daraus folgt, dass die Messung auf 1uV genau sein muss.
Wäre ein 100mOhm Shunt eine Alternative?
Timmy schrieb:> Damit habe ich aber das> ärgerliche Problem, dass die gemessene Spannung um 10uV schwankt, wenn> ich mich schnell zur Schaltung bewege oder mich von ihr wegbewege.> Schüttle ich leicht dran rum, schwankt es auch um bis zu 20uV.
Also ich würde sagen, damit liegst du bereits in einem erstaunlich guten
Bereich.
Timmy schrieb:> Ich dachte mit dem Tiefpass aus> 12k/1uF ist das Dingen bombenfest? Wohl falsch gedacht.
Evtl. resultieren deine gemessenen Schwankungen aus HF Einstrahlungen.
Die kann der Tiefpass mit 1uF nicht wegfiltern.
Eine Maßnahme könnte sein, noch weitere, kleinere Kondensatoren (10nF,
100pF) parallel zu schalten.
Ausserdem ist eine freiliegende Platine ungeeignet, um ein hochpräzises
Messinstrument zu beherbergen.
Ein Gehäuse aus Stahl, geschirmte Anschlussbuchsen sind hier notwendig.
Ausserdem eine entsprechend gute Filterung der Versorgungsspannung.
So wie es aussieht ist der Gleichtakt Pegel für die DAC Eingänge nicht
definiert. Die MCP39xx haben da einen recht kleinen zulässigen Bereich,
dicht um GND. Im einfachsten Fall fehlt da nur eine Verbindung nach GND.
Vom Layout her ist es ungünstig das am Shunt recht wenig Kupferfläche
zur Kühlung ist, und die auch noch etwas unsymmetrisch ist. Auch der 12
K Widerstand so dicht am Shunt ist nicht ideal: eine Temperaturdifferent
über den 12 K Widerstand könnte zu einer Thermospannung im 10 µV Bereich
führen.
Bei hochempfindlichen Systemen ist das erste, was ich anlege eine
Massefläche die auch den Namen verdient. Links und rechts von den
Signalleitungen stehe ich auf Masse.
24 Bit und ADNG = DGND ?
24 Bit und AVDD = DVDD ?
Warum diesen extremen Tiefpass am Eingang? Willst Du denn auch, nach
einer Änderung, irgendwann mal messen?
Entferne doch bitte diese unsägliche Spitze am "Bodenblech"!
Unter: BASIC APPLICATION CONFIGURATION steht noch so einiges zu einer
sinnvollen Leiterbahnführung.
Timmy schrieb:> Aufgabe: Mit einem 10mOhm Shunt soll ein Strom auf 100uA genau gemessen> werden. Daraus folgt, dass die Messung auf 1uV genau sein muss.
Was sagte ich schon im
Beitrag "Re: CH- vom Differential ADC mit GND verbinden?" zum
Thema Layout?
> Was habe ich beim Layout falsch gemacht?
Du hast analog un digital überhaupt nicht getrennt. Der Takt ist ja ohne
jegliche Trennung elektrisch gesehen direkt neben dem Eingang. Du musst
solche signal voneinander trennen. Und zwar 1. räumlich und 2. mit einer
Masseleiterbahn dazwischen. Darüber hinaus empfiehlt sich hier ein
zweilagiges Layout, weil damit eine bessere Abschirmung erreicht werden
kann.
> Ich dachte mit dem Tiefpass aus 12k/1uF ist das Dingen bombenfest?> Wohl falsch gedacht.
Wohl wahr...
Weißt du, dass 1µV "ein Mückenschiss von gar nichts" ist? Und dass diese
Abschirmungen in Oszilloskopen und Messgeräten nicht zur reinen
Kostengenerierung dort eingebaut sind?
> Mit einem 10mOhm Shunt soll ein Strom auf 100uA genau gemessen werden
Wie ist denn dieser Widerstand an den Analogeingängen angeschlossen? Wie
ist dort die Masseführung? Wie lange sind die Leitungen dorthin? Wie
sind die Leitungen geführt? Sind sie geschirmt?
Joe F. schrieb:> Timmy schrieb:>> Ich dachte mit dem Tiefpass aus>> 12k/1uF ist das Dingen bombenfest? Wohl falsch gedacht.>> Evtl. resultieren deine gemessenen Schwankungen aus HF Einstrahlungen.> Die kann der Tiefpass mit 1uF nicht wegfiltern.> Eine Maßnahme könnte sein, noch weitere, kleinere Kondensatoren (10nF,> 100pF) parallel zu schalten.
Gute Idee. Schaden tuts nicht. Ich habe jetzt einfach einen 0402er 10nF
auf die Pins selbst gelegt. Der passt da wunderbar genau hin. Kann man
natürlich nicht fertigen, aber ist eh nur Hobbybastelei.
Eine Sache habe ich schonmal rausgefunden. Wenn die Versorgungsspannung
nur minimal schwankt, schwankt auch das Messergebnis. Das war mir so
nicht bekannt und das verstehe ich auch jetzt nicht.
Gebe ich dem Wandler (stabile) 2.9V, zeigt er 20uV weniger an. Naja
daran lags also.... Auf dem Steckbrett war der LDO unsauber
angeschlossen. Leitung entfettet und schon lüppts. Tja dann kommt der
LDO halt auch auf die Platine.
Timmy schrieb:> dass die Messung auf 1uV genau sein muss
Selbst bei viel besseren Chips von AD und TI ist es schwierig.
Und es wird mit 0805 Referenz auch nix werden.
Der Eingangswiderstand des ADC is relativ niedrig - mit dem internen
Gain von 32 so im Bereich 33 K. Da sind die 12 K als Filterkondensator
schon reichlich viel - eher so 100 Ohm wären passend.
Die Veränderungen der Ref. Spannung sollten bei der Nullmessung
eigentlich kein Problem sein. Eher schon die DC power supply rejection.
Die sollte aber nicht so schlecht sein.
Timmy schrieb:> Eine Sache habe ich schonmal rausgefunden. Wenn die Versorgungsspannung> nur minimal schwankt, schwankt auch das Messergebnis. Das war mir so> nicht bekannt und das verstehe ich auch jetzt nicht.
PSRR Power Supply Rejection Ratio. Laut DB -73 dB d.h. pro Volt Änderung
der Versorgungsspannung ändert sich der Offset um etwa 223 uV. Zudem
hängt, wie schon erwähnt wurde, auch die interne Referenzspannung von
der Versorgungsspannung ab
Arc N. schrieb:> pro Volt Änderung> der Versorgungsspannung ändert sich der Offset um etwa 223 uV
Hinzu kommt noch: Pro erwärme °C ändert sich die Referenzspannung um
10.8 µV.
Schau mal ins Datenblatt. Eingangsnoise des MCP3918 beträgt 7.4uV RMS.
Damit wird deine 1uV Auflösung utopisch. Meine Erfahrungen mit einem
LTC2492 zeigen, das du bei einem 10mOhm Shunt mit symmetrischer 47 Ohm
1uF Anschaltung nur dann auf dessen spezifierten 600nV Noise kommst,
wenn Du den ADC symmetrisch isoliert zu diesem Shunt versorgst. Die
resultierenden Eingangs-Biaströme zentrierenden Eingang dann auf
ungefähr die halbe Versorgungspannung, aber nicht genau. SPI auch
isoliert. Mit der internen Bandgap-Referenz mit 54uA des MCP3918 kommst
du bei hoher Austeuerung Noise und Drift seitig auch nicht weit.
Im Endeffekt muß man auch bei den differentiellen Sigma Delta Wandlern
das Eingangs Sample und Hold bis auf die gewünschte Auflösung "settlen"
also bei 24 Bit irgendwas um 10-14 Tau des RC Eingangsfilters. Leider
liegt die Abtastrate des Eingangs-S&H eines Sigma Deltas recht hoch beim
zigtausendfachen der Abtastrate. Ein interner PGA macht das meist auch
recht schlecht, daher der sehr hohe Noise.
Mit freundlichen Grüßen
Christian
Die 7,4 mV RMS noise sind für eine hohe Abtastrate und Gain 1. Das wird
mit geringerer Sample-rate und Gain etwas besser.
Im Vergleich ist der MCP3918 auch keine so gute Wahl, wenn man die hohe
mögliche Abtastrate nicht braucht.
Wegen der Antenne konnte mir jetzt noch keiner helfen, oder?
Wenn ich ein 50cm Stück Schaltdraht (unkonnektiert, also Antenne)
anschliesse, passiert folgendes:
An CH+ angeschlossen: ADC zeigt 20uV an.
An CH- angeschlossen: ADC zeigt AUCH 20uV an. (Hier hätte ich eigentlich
ein umgekehrtes Vorzeichen erwartet)
Kann mir jemand sagen, was der ADC hier misst? 10nF Kerko ist bereits
dran. Es ist auch konstant bei 20uV, bis ich das Kabel wieder abziehe.
ADC wird via Batterie betrieben. Da ist also kein Netzteil dran.
Ich habe jetzt einfach einen teureren ADC genommen. Der ist von der
Antenne unbeeindruckt und bei 1uV stabil. Nur wie kann ich jetzt
rausfinden, wo das Problem liegt? PSRR? CMRR? ANYRR?
Eventuell doch CMRR? Immerhin sind beide Pins über 10mOhm
kurzgeschlossen.
MCP3918.JPG
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