AD Wandler mit Bipolaren Eingange und I2C Bus

[Tomi (Gast)]

Hallo Freunde,
für meinen Projekt suche ich einen AD wandler mit 12 bis 16 bit, 8 
Eingänge bipolar und (I2C  notwenidg). AD gedacht für die Messung 
Spannung und strom (-10 V ..+10 V) und (0 ... 20 mA)
leider war meine Suche nicht erfolgreich, anscheinend gibt es keien AD 
Wandler mit echten bipolaren Eingänge und I2C Bus .
Die meisten die ich gefunden habe, haben Bipolare-Eingänge, die man über 
die Software konfigurieren muss Z.B MAX1363.
Und hier liegt mein Problem, ich versethe dies nicht, was ist der 
unterschied zwischen echte bipolaren und solche mit software 
einstellbaren Eingeänge.
Max 1363 erfolgt hier die Mesuung einer negativen Spannung zwischen 
Messknal und ground oder zwischen 2 messeingänge????
Ich bitte um eine Erklärung oder ein beispiel Projekt wo man das 
nachvollziehen kann, online habe ich leider nichts gefunden kein 
Tutorial oder ähnliches
( Mein wissen in der Anlaog digital Technik ist begrenzt, bis jetzt habe 
ich mit Atmega und AD wandlet mit SPI bipolar gearbeitet.
Ps mir ist bekannt, dass man den Messbereich verschieben kann, ich 
möchte aber ganz gerne direkt eine negative spannung messen können.
bitte bitte hilft mir :-(

[Terminator (Gast)]

Tomi schrieb:
> bitte bitte hilft mir

erbärmlich.

Tomi schrieb:
> Ps mir ist bekannt, dass man den Messbereich verschieben kann, ich
> möchte aber ganz gerne direkt eine negative spannung messen können.

Warum? Das verschieben, skalieren und Low-Pass-Filtern des 
Eingangssignals ist eine vollkommen übliche Herangehensweise 
(=Signalkonditionierung).
Damit steigt die Anzahl an passenden ADCs auch gleich um Faktoren.

Welche zeitliche Auflösung muss der Wandler bieten? Warum unbedingt I2C 
und nicht SPI?

[THOR (Gast)]

Terminator schrieb:
> Tomi schrieb:
>> bitte bitte hilft mir
>
> erbärmlich.

Nun.

[Tomi (Gast)]

>
> Warum? Das verschieben, skalieren und Low-Pass-Filtern des
> Eingangssignals ist eine vollkommen übliche Herangehensweise
> (=Signalkonditionierung).
Das ist mir auch klar
> Damit steigt die Anzahl an passenden ADCs auch gleich um Faktoren.
> Das ist mir auch klar aber wegen Platzmangel auf meiner vorhandenen Platine 
dachte ich kann dadurch platz gewinnen wenn ich auf die ganzen OPVs verzichten 
kann und gleichzeitich auch was neuens lernen
> Welche zeitliche Auflösung muss der Wandler bieten?
20 bis 50 S/s
 Warum unbedingt I2C
> weil dies bereits in meinem Projekt vorhanden ist

[Terminator (Gast)]

Tomi schrieb:
> Das ist mir auch klar aber wegen Platzmangel auf meiner vorhandenen Platine
> dachte ich kann dadurch platz gewinnen wenn ich auf die ganzen OPVs
> verzichten
> kann und gleichzeitich auch was neuens lernen

Man benötigt nicht unbedingt OPVs dafür.
Einen Eingangs-Tiefpass brauchst du sinnvollerweise eh 
(Widerstand+Kondensator), für die Spannungsanpassung sind lediglich noch 
1-2 weitere Widerstände nötig, da ja keine Verstärkung stattfinden muss.

Welche Versorgungsspannung hat denn dein System? 5V? 3.3V?

[Joe F. (easylife)]

Anpassung mit Standardwiderständen für 5V und 3.3V Systeme.
Grenzfrequenz des Filters liegt um die 90/150Hz.

[Tomi (Gast)]

Terminator schrieb:
> Tomi schrieb:
>> Das ist mir auch klar aber wegen Platzmangel auf meiner vorhandenen Platine
>> dachte ich kann dadurch platz gewinnen wenn ich auf die ganzen OPVs
>> verzichten
>> kann und gleichzeitich auch was neuens lernen
>
> Man benötigt nicht unbedingt OPVs dafür.
> Einen Eingangs-Tiefpass brauchst du sinnvollerweise eh
> (Widerstand+Kondensator), für die Spannungsanpassung sind lediglich noch
> 1-2 weitere Widerstände nötig, da ja keine Verstärkung stattfinden muss.
>
> Welche Versorgungsspannung hat denn dein System? 5V? 3.3V?

Terminator schrieb:
> Tomi schrieb:
>> Das ist mir auch klar aber wegen Platzmangel auf meiner vorhandenen Platine
>> dachte ich kann dadurch platz gewinnen wenn ich auf die ganzen OPVs
>> verzichten
>> kann und gleichzeitich auch was neuens lernen
>
> Man benötigt nicht unbedingt OPVs dafür.
> Einen Eingangs-Tiefpass brauchst du sinnvollerweise eh
> (Widerstand+Kondensator), für die Spannungsanpassung sind lediglich noch
> 1-2 weitere Widerstände nötig, da ja keine Verstärkung stattfinden muss.
>
> Welche Versorgungsspannung hat denn dein System? 5V? 3.3V?

jetzt wird es interressanter :-), also die Spannung ist 5 V. hättst du 
da ein beispiel oder eine Seite wo man das anch verstehen kann

[Joe F. (easylife)]

Tomi schrieb:
> also die Spannung ist 5 V. hättst du
> da ein beispiel

siehe oben, 1. Schaltung (ADC_IN_1)

[Tomi (Gast)]

Joe F. schrieb:
> Tomi schrieb:
>> also die Spannung ist 5 V. hättst du
>> da ein beispiel
>
> siehe oben, 1. Schaltung (ADC_IN_1)

vielen dank Tomi, nun muss ich das verstehen, ich denke ich wird es 
genauso machen.
was ist das für ein Filter?

[Tomi (Gast)]

Joe F. schrieb:
> Tomi schrieb:
>> also die Spannung ist 5 V. hättst du
>> da ein beispiel
>
> siehe oben, 1. Schaltung (ADC_IN_1)

vielen dank Tomi, nun muss ich das verstehen, ich denke ich wird es
genauso machen.
was ist das für ein Filter?

[Joe F. (easylife)]

Tomi schrieb:
> vielen dank Tomi, nun muss ich das verstehen, ich denke ich wird es
> genauso machen.

Hihi, leichte Probleme mit dem eigenen Nickname... ;-)?

Es sind 3 kombinierte Dinge. Das eine ist ein Widerstandsteiler zu einer 
passend gewählten Bias-Spannung, um die -10/+10V auf den Bereich 0V/5V 
zu teilen und verschieben.

Hierfür ist ein Teiler von 3:1 nötig und eine Bias-Spannung von 3.333V.
Man kann die Bias-Spannung gleich mit einem weiteren Teiler machen, der 
zwischen 5V und 0V liegt.
Daraus ergeben sich dann die gezeigten Verhältnisse. Günstigerweise kann 
man für deinen Fall einfach 4x den gleichen Widerstandswert nehmen.

Als Impedanz die der Kondensator "sieht" ergibt sich (Parallelschaltung 
aller Widerstände) 5.5K (22K/4).
Zusammen mit dem Kondensator bildet das einen klassischen RC Tiefpass 
erster Ordnung.
5.5K/300n ergibt eine Grenzfrequenz von ca. 88 Hz, was zu deiner max. 
Abtastrate von 50Hz ganz gut passt.

[Tomi (Gast)]

Joe F. schrieb:
> Tomi schrieb:
>> vielen dank Tomi, nun muss ich das verstehen, ich denke ich wird es
>> genauso machen.
>
> Hihi, leichte Probleme mit dem eigenen Nickname... ;-)?
>
sorry mein Kopf ist  zu warm geworden, hab selber mein Nickname 
vergessen hhhhhhhh
danke für deine Hilfe, ich hab es verstanden.
ich wünsche dir noch einen schönen tag

[Dietrich L. (dietrichl)]

Tomi schrieb:
> Die meisten die ich gefunden habe, haben Bipolare-Eingänge, die man über
> die Software konfigurieren muss Z.B MAX1363.

Wie kommst Du darauf? Die Eingänge des MAX1363 dürfen auch im 
Bipolar-Modus keine negative Spannungen bekommen!

Siehe http://pdfserv.maximintegrated.com/en/ds/MAX1363-MAX1364.pdf
Seite 3 mit Note 7 auf Seite 6:

"Note 7: The absolute input-voltage range for the analog inputs 
(AIN0–AIN3) is from GND to VDD"

[Joe F. (easylife)]

Für 0..20mA sähe die Anpassungsschaltung dann so aus.

[Tomi (Gast)]

Dietrich L. schrieb:

>
> Wie kommst Du darauf? Die Eingänge des  dürfen auch im
> Bipolar-Modus keine negative Spannungen bekommen!
>
> Siehe http://pdfserv.maximintegrated.com/en/ds/MAX1363-MAX1364.pdf
> Seite 3 mit Note 7 auf Seite 6:
>
> "Note 7: The absolute input-voltage range for the analog inputs
> (AIN0–AIN3) is from GND to VDD"

Gutn Morgen Freunde,
Danke dietrich, das habe ich auch gelesen, deswegen habe ich hier im 
Forum nachgefragt, was ich nicht verstehe, warum steht auf der ersten 
Seite bei MAX1363, Software-Programmable Bipolar/Unipolar Conversions? 
was bedeutet dies? wenn ich an den Eingängen keine negative Spannung 
anlegen darf???
Gruss

[Tomi (Gast)]

Joe F. schrieb:
> Für 0..20mA sähe die Anpassungsschaltung dann so aus.

Guten Tag Joe
Ich danke dir für die Hilfe, kannst du mir vielelicht noch das letzte 
mal weiterhelfen ich möchte ganz gerne wissen wie ich von 0-20 mA auf 
eine Schaltung mit -20mA bis 20 mA
Danke im Voraus

[Heiko G. (heikog)]

Tomi schrieb:
> warum steht auf der ersten
> Seite bei MAX1363, Software-Programmable Bipolar/Unipolar Conversions?
> was bedeutet dies? wenn ich an den Eingängen keine negative Spannung
> anlegen darf???

Siehe Tabelle 7 im Datenblatt. Bipolar arbeitet der Chip nur wenn man 
differentielle Eingänge benutzt. Dann kann die Differenz zwischen den 
beiden Eingängen positiv oder negativ sein, die müssen dann beide aber 
trotzdem im erlaubten Bereich liegen.

[Joe F. (easylife)]

Tomi schrieb:
> ich möchte ganz gerne wissen wie ich von 0-20 mA auf
> eine Schaltung mit -20mA bis 20 mA

Der einfachste Weg ist, du nimmst die vorhandene +/-10V Anpassung, und 
sorgst dafür, dass die +/-20mA in +/-10V "umgewandelt" werden.

Dabei hilft dir ein einfacher Lastwiderstand und das Ohm'sche Gesetz
R = U/I
R = 10V/0.02A
R = 500 Ohm

2x 1K Standardwiderstände parallel ergeben 500 Ohm.

Diesen Lastwiderstand legst du einfach vor den +/-10V Eingang (nach 
GND).
Voraussetzung ist natürlich, dass deine +/-20mA Quelle auch +/-10V 
liefern kann. Probiere es mal aus.

Man kann die +/-10V Anpassung natürlich auch in +/-5V ändern (für einen 
250 Ohm Lastwiderstand), wenn das mit den 500 Ohm nicht funktionieren 
sollte.
Entsprechende Schaltung hängt an.

[Tomi (Gast)]

Joe F. schrieb:
> Tomi schrieb:

> Entsprechende Schaltung hängt an.

Ich bin dir unendlich dankbar für deine hilfe
ich hab es gerdae simuliert und es funktioniert, nun werde ich die 
Schlatung mit meinen Ad Wandler aufbauen und testen.
Liebe Grüße

[Joe F. (easylife)]

Tomi schrieb:
> nun werde ich die
> Schlatung mit meinen Ad Wandler aufbauen und testen.

Für die Umsetzung in die Praxis sehr zu empfehlen ist es den ADC Eingang 
mit (Schottky-)Dioden gegen Über-/Unterspannung abzusichern.
Falls deine Quelle mal Spannungen/Ströme ausserhalb des erwarteten 
Bereiches liefert.

    +-- +5V
    |
   ___
   /_\
    |
----+---- ADC_IN
    |
   ___
   /_\
    |
   -+- GND

[Alex (Gast)]

Hallo Frunde
Ich bin auf eure Hilfe angewiesen, weil ich momentan allein nicht weiter 
komme.
Ich habe die beiden Schaltungen oben aufgebaut:
Zuerst zu meiner Hardware:
Ich habe einen Arduino für die I2c Kommunikation und gemessen wird mit 
einem ADS1115 (fertig-Schaltungvon den Cowboys
Meine Spannungsmessung funktioniert wunderbar, ich kann die Spannung von 
-10 V bis 10 v ändern und der Arduino zeigt dem entsprechend den 
Messbereich von 0 bis 5 V und jetzt zu meinem Problem:
Die Strommessung funktioniert leider nicht, am Ausgang der Schaltung ( 
siehe anhang) messe ich die richtige Spannung aber der ADC zeigt nur 
Schwachsinn bzw. Es wird draufhat eine gemessene Spannung von 0,54 V 
angezeigt.
Meine Stromquelle ist ein Calibrator von Metrahit der von 0 bis 20 mA 
als Stromquelle arbeiten kann
Nun  meine Frage. Warum misst der ADC nicht richtig, hat das was mit der
Eingangsimpedanz der Stromquelle, an der Software und die Beschaltung 
kann es nicht legen, dies funktioniert ja mit einer reinen 
Spannungsmessung.

[Joe F. (easylife)]

Wenn du am Ausgang der Schaltung die korrekte Spannung misst, aber der 
ADC nicht, dann stimmt irgendetwas nicht.
Sind denn die GNDs alle korrekt verbunden (Stromquelle, Voltmeter, 
Arduino-Board)?
ADC auf richtigen Eingang konfiguriert?
ADC mal mit einer anderen Spannungsquelle (z.B. Spannungsteiler aus den 
5V) getestet?
Was misst du, wenn die Stromquelle nicht angeschlossen ist (dann sollten 
ca. 2.5V am ADC anliegen)?

[Anfänger (Gast)]

Hallo Joe
> Man kann die +/-10V Anpassung natürlich auch in +/-5V ändern (für einen
> 250 Ohm Lastwiderstand), wenn das mit den 500 Ohm nicht funktionieren
> sollte.
> Entsprechende Schaltung hängt an.

Ich suche auch für meinen ADS1115 eine Strommessschaltung. Die Schaltung 
soll
-20 mA bis 20 mA messen und in 0 bis 5 v umwandeln
Ich  habe deine Schaltung gefunden, ( siehe oben)
Leider habe ich bei-20 mA  ca 23 mV am Eingang des ADs1115 ( wird der
Strom höher Richtung 0 A bzw 0 bis 20 mA sinket der Offset). Ist die
Schaltung falsch ??? oder liegt es an mir ( Anfängerverständis).
Vielleicht hat jemand von euch eine alternative Schaltung??? Oder eine
Erklärung?
Liebe Grüße
Anfänger

[Klaus R. (klara)]

Hallo,
23mV sind ja nicht viel, ca. 1%. Was haben denn Deine Widerstände für 
Toleranzen?
mfg klaus

[Anfänger (Gast)]

Hi Klaus
Danke für deine Antwort
> 23mV sind ja nicht viel, ca. 1%. Was haben denn Deine Widerstände für
> Toleranzen?
Die Widerstände haben eine Toleranz von 0,1%, ich habe gehoffe, dass ich 
eine maximale Abwichung von 0,7% erreiche
Gruß

[Anfänger (Gast)]

meine Simulation bringt genau das gleiche, mit Widerstände (0% 
toleranz). also kann nur an der Schaltung liegen????

[Klaus R. (klara)]

Hallo,
- wie sieht denn Deine Schaltung genau aus?
- womit simulierst Du?
  Wenn es LTspice ist, dann stelle doch bitte mal das ASC-File hier 
hinein.
- wie hast Du Denn die 23mV Abweichung gemessen?
  - Vor dem ADC? Mit Multimeter? -> Eingangswiderstand des Meßbereichs?
  - Nach dem ADC, durch Ermittlung des Bitwertes?
mfg klaus

[Anfänger (Gast)]

Hallo,
> - wie sieht denn Deine Schaltung genau aus?
bitte siehe anhang
> - womit simulierst Du?
mit LTspice Schaltung im Anhang

> - wie hast Du Denn die 23mV Abweichung gemessen?
Ich habe einfach mit einem Kalibrator -20mA am eingang der Schaltung 
eingegeben und demenstsprechend die spannung am Ausgang mit einem 
multimeter gemessen.
folgendes messe ich:
-20 mA -->23mV
-10mA --> 1,266V
0mA --> 2,509
+20mA--> 4,996V

Die simulation ergibt fast identische Ergebnisse

[Anfänger (Gast)]

Sorry noch der Stromlaufplan

[Joe F. (easylife)]

Anfänger schrieb:
> Die simulation ergibt fast identische Ergebnisse

In der Simulation hast du aber 3.0K statt 3.3K hingesetzt.

Die ganze Schaltung ist eigentlich nicht für hochpräzise Messungen 
gedacht gewesen. Dementsprechend ist die Kombination von 270 Ohm und 
3.3K einfach eine praktikable Annäherung mit Standardwiderständen an die 
benötigten 250 Ohm.

Der Fehler entsteht dadurch, dass der Widerstandsteiler 33K/33K 
ebenfalls als Bestandteil des Shunts gesehen wird.

Wenn du einen kleineren Fehler haben möchtest, muss der 
Widerstandsteiler im Bezug zum 250 Ohm Shunt hochohmiger werden.
z.B. 150K/150K (s. Anhang). Damit hast du dann einen Fehler von 4mV bei 
-20mA.

Für Präzisionsanwendungen würde man die Spannung am Shunt mit einem 
Op-Amp als Impedanzwandler vom Widerstandsteiler abkoppeln.

[Anfänger (Gast)]

Vielen Dank für deine Antwort, ich werde es mal ausprobieren

> Für Präzisionsanwendungen würde man die Spannung am Shunt mit einem
> Op-Amp als Impedanzwandler vom Widerstandsteiler abkoppeln.
kennst du einen tutorial wo man das nachvollziehen kann???
oder irgend ein beipsiel
Gruß

[Joe F. (easylife)]

Anfänger schrieb:
> kennst du einen tutorial wo man das nachvollziehen kann???

Ne.
Mir ist aber noch eine einfachere Lösung eingefallen, falls dich bis zu 
20mA Stomverbrauch pro Kanal an den 5V nicht stören (s. Anhang).