Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik ADC für DC Signal


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von John M. (john_m684)


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Hallo liebes Board,

ich habe mir ein Terasic Developer Board gekauft und dazu passend die 
"Highspeed AD/DA Card (HSMC)" von Terasic. Ich musste leider 
feststellen, dass ich damit kein DC Signal digitalisieren kann. Für 
meine Anwedung ist dies aber zwingend erforderlich.
Ich möchte gerne ein 0-2V DC Signal mit mindestens 50 MSPS digilsieren. 
Am liebsten wäre mir ein möglichst fertiges Board zum Anschließen an das 
FPGA-Board (via HSMC oder 2x20 GPIO). Terasic bietet noch die "AD/DA 
Data Conversion Card" an. Wäre die für die Digitalisierung eines 
DC-Signals geeignet? Bzw. wie erkenne ich, ob ein Board für DC 
Digitalisierung geeignet ist?

Danke und Grüße!

: Bearbeitet durch User
von Falk B. (falk)


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Wenn der Signalpfad vollständig DC-gekoppelt ist.

von John M. (john_m684)


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Hallo nochmal,

danke für die Antwort. Sorry für die evtl. dumme Frage. Aber heißt das, 
dass die andere Terasic Karte geeignet wäre? Leider wird das für mich 
nicht aus den Datenblättern ersichtlich.
Dann gibt es von Texas Instruments auch einige Evaluation Boards, die 
man über eine HSMC-Brücke an den FPGA anschließen kann. Wie habe ich als 
ziemlicher Leihe die Change festzustellen, ob die für DC Signale 
geeignet sind? Gibt es da evtl. eine Angabe, für die ich nicht im Detail 
die Handbücher studieren muss?

Und auch Interesse halber: Wenn ich einen üblichen ADC-Chip von Analog 
Devices oder Texas Instruments kaufe, muss ich dann immer selber für 
eine AC- oder DC-Kopplung sorgen? Sind die Chips (wie z.B. der AD9248) 
von Haus aus erstmal nur für die Digitaliserung von AC-Signalen 
geeignet?

: Bearbeitet durch User
von ähm (Gast)


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John M. schrieb:
> Ich möchte gerne ein 0-2V DC Signal mit mindestens 50 MSPS digilsieren.

Was macht es denn für einen Sinn ein sich nicht veränderndes Signal 
50000000 mal in der Sekunde abzutasten?

von guest (Gast)


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John M. schrieb:
> danke für die Antwort. Sorry für die evtl. dumme Frage. Aber heißt das,
> dass die andere Terasic Karte geeignet wäre? Leider wird das für mich
> nicht aus den Datenblättern ersichtlich.

Steht aber drin. Beim ersten Board expizit:
"DA and AD converters do not support DC signaling"

Beim zweite etwas versteckt:
"The inputs to these A/D converters are transformer-coupled ..."

Also bei beiden nix mit DC.

von John M. (john_m684)


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Das DC Signal verändert sich natürlich zeitlich. Auf englischen Seiten 
ließt man häufiger "DC Signaling". Was vielleicht sowas heißt, dass der 
Gleichspannungsanteil aus dem Signal nicht herausgefiltert wird. Oder 
wie kann man die Begrifflichkeiten verstehen?

Danke für das Nachschauen. Das mit dem "DC Signaling" hatte ich zu spät 
gesehen, bzw. es war mir nicht wirklich beim Kauf bewusst, dass ich 
darauf achten muss.
Wieso heißt denn "transformer-coupled", dass Sie für DC Signale nicht 
geeignet sind? In den Datenblättern von Texas Instruments ließt man auch 
häufiger, dass man einen Operationsverstärker (op amp) für DC Signaling 
braucht. Wie hat man das zu verstehen?

: Bearbeitet durch User
von ähm (Gast)


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John M. schrieb:
> Und auch Interesse halber: Wenn ich einen üblichen ADC-Chip von Analog
> Devices oder Texas Instruments kaufe, muss ich dann immer selber für
> eine AC- oder DC-Kopplung sorgen? Sind die Chips (wie z.B. der AD9248)
> von Haus aus erstmal nur für die Digitaliserung von AC-Signalen
> geeignet?

Der AD9248 hat erst mal einen differentiellen Eingang. In der Regel sind 
ADCs für DC Signale geeignet. Eine AC-Kopplung erzeugt man meist einfach 
durch einen Kondensator in Reihe zum Signal.

John M. schrieb:
> Wieso heißt denn "transformer-coupled", dass Sie für DC Signale nicht
> geeignet sind? In den Datenblättern von Texas Instruments ließt man auch
> häufiger, dass man einen Operationsverstärker (op amp) für DC Signaling
> braucht. Wie kann man das Verstehen?

Welche Eigenschaft hat denn ein Trafo bei DC? Wie viel kommt denn 
Sekundärseitig "raus"???
Welche Datenblätter? Ein OPV ist für vieles Gut, aber mit ihm kann man 
nicht digitalisieren.

von John M. (john_m684)


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Hi nochmal,

hmm ok das mit dem Trafo leuchtet ein. Sorry für die dumme Frage.

Ich habe mal ein bisschen auf Digikey gesurft. Dort in der Kategorie 
"Evaluierungsboards - Analog/Digital-Wandler (ADCs)" 
(https://www.digikey.de/products/de/development-boards-kits-programmers/evaluation-boards-analog-to-digital-converters-adcs/791) 
gibt es eine große Auswahl an ADCs mit >50 MSPS. Ich habe zunächst mal 
nach Boards von Texas Instruments und Linear Technology gesucht. Für die 
habe ich passende Adapter zu HSMC gefunden. Allerdings habe ich schon 
viele der Board angeklickt und bei allen das Gefühl, dass die alle AC 
coupled sind. Ist in dem Bereich das so ungewöhnlich ohne AC coupling zu 
arbeiten? Habt ihr noch einen Tipp, wonach ich suche kann?

: Bearbeitet durch User
von ähm (Gast)


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Das hier eventuell? (Ist aus deiner Liste, auf Seite 28 sieht man die 
Schaltung, sieht wie DC aus.)

http://www.ti.com/lit/ug/sbau259a/sbau259a.pdf

von guest (Gast)


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50MS/s sind für DC völliger Overkill. Klar kann man mit den verbauten 
AD-Chips auch DC sampeln. Nur wer soviel Kohle für so ein Evalborad 
ausgibt will eher dessen Grenzen im AC-Bereich testen und da ist dann 
DC-coupling eher störend.

von guest (Gast)


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ähm schrieb:
> Das hier eventuell? (Ist aus deiner Liste, auf Seite 28 sieht man die
> Schaltung, sieht wie DC aus.)

Sieht nicht nur so aus :)
Allerdings hat der AD nur 128kS/s, da macht dann auch der Tiefpass im 
Eingang Sinn. Und auf dem Board ist auch gleich noch ein µC verbaut, den 
der OP wohl eigentlich auch nicht braucht (OK, der läßt sich wohl 
separat ausknipsen).

von John M. (john_m684)


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Es geht um die schnelle Verarbeitung eines Signals, was vom einer 
Photodiode kommt (3 ns Anstiegszeit). Aus einem Verstärker kommt ein 
0-2V Signal. Dadurch die Anforderungen, da ich den absoluten Pegel 
brauche.

von John M. (john_m684)


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Hallo nochmal,

was haltet ihr von dem Board: 
https://www.digikey.de/product-detail/de/texas-instruments/ADS4149EVM/296-30650-ND/2192968

Scheinbar kann man das coupling über Jumper umgehen. Nur habe ich nicht 
verstanden mit welcher Spannung  ich dann letztendlich auf den SMA gehe. 
Sind das immer noch 2Vpp? Da scheint ja dann noch ein Verstärker 
dazwischenzuhängen.

Und noch eine dumme Frage: Kann ich vielleicht noch den Kauf der 
Highspeed AD/DA Card retten? Meint ihr man könnte das coupling da 
irgendwie entfernen? Sollte ich da auch  noch einen Operationsverstärker 
zwischen packen? Machen die Boardhersteller eigentlich zur Entkopplung 
des Eingangs (zB zum Schutz vor zu hohen Spannungen) häufig einen davor?

: Bearbeitet durch User
von Cab_leer (Gast)


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John M. schrieb:
> Es geht um die schnelle Verarbeitung eines Signals, was vom einer
> Photodiode kommt (3 ns Anstiegszeit). Aus einem Verstärker kommt ein
> 0-2V Signal. Dadurch die Anforderungen, da ich den absoluten Pegel
> brauche.

Du hast da noch ein Verständnisptoblem. Ob du wirklich DC brauchst hängt 
von deinem Signal ab und ob der D.C. Anteil wirklich Informationen 
trägt. 3ns klingt allerdings eher nach Puls. Und bei solchen Anwendungen 
genügt oft eine hinreichend kleine Grenzfrequenz, sie muss nur in 
seltenen Fällen wirklich DC sein.

Schaltungen mit derart großen Bandbreiten haben selten eine wirklich 
gute DC Precision und man handelt sich über die DC Kopplung nur 
hässliche z.b. Temperaturabhängige offsets ein.

Es fehlen auch noch Angaben zur gewünschten Auflösung und Genauigkeit.

von John M. (john_m684)


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Es geht um die Untersuchung und Steuerung von Licht-Pulsen, die über die 
Photodiode augenommen werden. Hier soll insbesondere die Höhe und Dauer 
(bzw. das Integral unter dem Puls, Pulsenergie) der Pulse analysiert 
werden. Die Frequenz der Pulse liegt bei ca. 1 kHz und die Dauer 
zwischen 20 und 100 µs. Die erwünschte Auflösung liegt zeitlich bei 20 
ns und die Höhe bei 12-14 Bit.

Deshalb die Anforderung, dass der ADC 50 MSPS DC liefern soll.

von Cab_leer (Gast)


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John M. schrieb:
> Es geht um die Untersuchung und Steuerung von Licht-Pulsen, die
> über die Photodiode augenommen werden. Hier soll insbesondere die Höhe
> und Dauer (bzw. das Integral unter dem Puls, Pulsenergie) der Pulse
> analysiert werden. Die Frequenz der Pulse liegt bei ca. 1 kHz und die
> Dauer zwischen 20 und 100 µs. Die erwünschte Auflösung liegt zeitlich
> bei 20 ns und die Höhe bei 12-14 Bit.
>
> Deshalb die Anforderung, dass der ADC 50 MSPS DC liefern soll.

Dafür brauchst du keinen DC Pfad sondern nur eine hinreichend kleine 
grenzfrequenz.eventuell macht es Sinn die Betrachtung der Energie über 
die Fläche zu machen dann kommst du mit geringerer Auflösung aus denn 
>14
Bit sind bei den Frequenzen nicht mal so einfach gemacht.

von Georg (Gast)


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John M. schrieb:
> Die erwünschte Auflösung liegt zeitlich bei 20
> ns und die Höhe bei 12-14 Bit

Ist dir auch klar, welche Datenmenge da anfällt?

Georg

von John M. (john_m684)


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Hallo nochmal,

es geht nur darum ab einem bestimmten Triggerpunkt (Steuersignal 
Strahlquelle) eine Integration zu starten. Bei Erreichen eines 
Schwellwertes soll die Strahlquelle ausgeschaltet werden. Der Sollwert 
des Integral wird nochmal separat übertragen.

von Georg (Gast)


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John M. schrieb:
> Bei Erreichen eines
> Schwellwertes soll die Strahlquelle ausgeschaltet werden

Soll das heissen, die 50 Mio Samples/s (16 bit) müssen in Echtzeit 
aufintegriert werden?

So etwas liesse sich, ganz gegen den Trend, viel einfacher analog lösen 
- schneller integrierender Verstärker und Komparator zum Abschalten.

Georg

von bla (Gast)


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John M. schrieb:
> Und noch eine dumme Frage: Kann ich vielleicht noch den Kauf der
> Highspeed AD/DA Card retten? Meint ihr man könnte das coupling da
> irgendwie entfernen? Sollte ich da auch  noch einen Operationsverstärker
> zwischen packen? Machen die Boardhersteller eigentlich zur Entkopplung
> des Eingangs (zB zum Schutz vor zu hohen Spannungen) häufig einen davor?

Ohne jegliche Gewährleistung: bei meiner Bachelorarbeit stand ich bei 
der AD/DA-Karte von Terasic (nicht die Highspeed, sondern die die auch 
die Miniklinkenstecker hat) vor dem Problem dass meine untere 
Grenzfrequenz zu niedrig war. Wir haben dann einfach das eine Bein des 
Übertragers am ADC abgelötet, sind single-ended dran und haben einen 
Instrumentationsverstärker als Differenzeill-Singleended-Wandler und 
Treiber verwendet. Signaltechnisch nicht ganz sauber aber klappte.

Ob du das bei deinen schnellen Signalen sauber und reflektionsfrei/-arm 
genug angeschlossen bekomsmt musst du ausprobieren. Wenn du behutsam 
vorgehst kannst du den Trafo aber einfach wieder anlöten.

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