Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik AtMega 328: AVcc Ripple, Uref glatt, ist das ok?


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von stephan (Gast)


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Hallo,

ein Atmega328 macht Messungen mit einigen ADC-Ports.

AVcc des Controllers ist mit 100nF direkt nach GND geblockt und über 
10uH an die Versorgungsspannung von +5V gelegt.

An AREF ist eine Referenzspannung von 2,048V angeschlossen.

AREF ist schön glatt, aber der Ripple der Versorgungsspannung geht zum 
Teil durch die Spule auf AVcc (d.h., die Spannung an AVcc schwankt 
zwischen 4,8V und 5,1V).

Frage: kann sich der Ripple an AVcc negativ auf die ADC-Messungen 
auswirken, auch wenn UREF selber spiegelglatt ist?

von Falk B. (falk)


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stephan schrieb:
> Hallo,
>
> ein Atmega328 macht Messungen mit einigen ADC-Ports.
>
> AVcc des Controllers ist mit 100nF direkt nach GND geblockt und über
> 10uH an die Versorgungsspannung von +5V gelegt.

OK.

> An AREF ist eine Referenzspannung von 2,048V angeschlossen.
>
> AREF ist schön glatt, aber der Ripple der Versorgungsspannung geht zum
> Teil durch die Spule auf AVcc (d.h., die Spannung an AVcc schwankt
> zwischen 4,8V und 5,1V).

Wie hast du das gemessen? Wie sehen die Schwankungen real aus 
(Screenshot?, Frequenz?

> Frage: kann sich der Ripple an AVcc negativ auf die ADC-Messungen
> auswirken, auch wenn UREF selber spiegelglatt ist?

Ja. Wieviel? Keine Ahnung. Wo kommt soviel Ripple her? Hast du ein 
billiges Schaltnetzteil (Wandwarze) als Stromversorgung? Die 10uH + 
100nF filtern nur relativ hochfrequente Störungen im MHz-Bereich. 
Niederfrequente Störungen und Ripple gehen 1:1 durch.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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stephan schrieb:
> der Ripple an AVcc
Wie sieht denn der aus?
Und wie wurde der gemessen? Schon mit Massefeder und so?
Siehe 
https://www.mikrocontroller.net/articles/Oszilloskop#Tastk.C3.B6pfe_richtig_benutzen

Und was siehst du auf dem Oszi, wenn du an einer Ecke deiner Platine die 
Masse anklemmst und mit dem Tastkopf andere Massepins misst?
Ja richtig: Masse gegen Masse messen...  ;-)

: Bearbeitet durch Moderator
von stephan (Gast)


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Danke für die Antworten!


Das ganze ist ein Versuchsaufbau auf einer durchgehenden Massefläche 
(Cu-Seite einer Rohplatine). Dort messe ich überall das gleiche 
Potential, auch von Ecke zu Ecke.


Falk B. schrieb:
> Hast du ein
> billiges Schaltnetzteil (Wandwarze) als Stromversorgung?

Eher ein mittelteures NT.

Falk B. schrieb:
> Wo kommt soviel Ripple her?

Leichtes Gebrutzel vom NT und eher tieffrequente Störungen durch PWM (es 
wird über einen Mosfet eine 2W-LED angesteuert).

Der Hauptstörer an AVcc ist der PWM-Ripple (hoffe, ich verwende die 
Bezeichnung Ripple hier richtig).



Falk B. schrieb:
> Ja. Wieviel? Keine Ahnung. Wo kommt soviel Ripple her? Hast du ein
> billiges Schaltnetzteil (Wandwarze) als Stromversorgung? Die 10uH +
> 100nF filtern nur relativ hochfrequente Störungen im MHz-Bereich.
> Niederfrequente Störungen und Ripple gehen 1:1 durch.

Das bedeutet also, dass Ripple an AVcc 1:1 in die ADC-Messung eingeht, 
auch wenn Uref absolut ripplefrei ist?
(das ist für mich in diesem Beitrag die Hauptfrage)

von Falk B. (falk)


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stephan schrieb:
>> Hast du ein
>> billiges Schaltnetzteil (Wandwarze) als Stromversorgung?
>
> Eher ein mittelteures NT.

Welches?

>> Wo kommt soviel Ripple her?
>
> Leichtes Gebrutzel vom NT und eher tieffrequente Störungen durch PWM (es
> wird über einen Mosfet eine 2W-LED angesteuert).

Ohne Screenshot ist das nur Rätselraten. Wie sieht dein Ripple aus, wenn 
die LED nicht mit PWM gesteuert wird? Möglicherweise fehlt ein passender 
Pufferkondensator für die LED und die PWM. Ein Schaltplan wäre sinnvoll. 
Layoutfehler sind auch möglich, gerade bei pepulsten Strömen.

>> Ja. Wieviel? Keine Ahnung. Wo kommt soviel Ripple her? Hast du ein
>> billiges Schaltnetzteil (Wandwarze) als Stromversorgung? Die 10uH +
>> 100nF filtern nur relativ hochfrequente Störungen im MHz-Bereich.
>> Niederfrequente Störungen und Ripple gehen 1:1 durch.
>
> Das bedeutet also, dass Ripple an AVcc 1:1 in die ADC-Messung eingeht,

NEIN!!! Der geht 1:1 durch den LC-Filter. Wie er dann die ADC-Messung 
beeinflußt, weiß ich nicht. Das hängt sicher auch von der Signalform, 
Frequenz und Amplitude ab.

von stephan (Gast)


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Das mit der PWM und der LED ist eher Nebensache, weil der Aufbau später 
noch mal geändert wird. Kann auch sein, dass die 5V später aus einer 
höheren Spannung generiert werden (mit 7805).


Falk B. schrieb:
> NEIN!!! Der geht 1:1 durch den LC-Filter. Wie er dann die ADC-Messung
> beeinflußt, weiß ich nicht. Das hängt sicher auch von der Signalform,
> Frequenz und Amplitude ab.

Das ist für mich hier die Hauptfrage, wie der Rippel auf AVcc die 
Messung beeinflusst, wenn man eine saubere Referenzspannung verwendet.

(von der Antwort hängen unter anderem auch die späteren Änderungen ab)

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Wenn der ADC ideal wäre, würde der Ripple an Avcc keine Rolle spielen. 
Die Messung ist immer relativ zu Aref.

Nur ist der ADC leider nicht ideal. Wie stark sich das in deinem Fall 
auswirkt, musst du wohl experimentiell ermitteln. Ich glaube, das 
Datenblatt enthält dazu keine verlässliche Angabe.

von Falk B. (falk)


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stephan schrieb:

> Falk B. schrieb:
>> NEIN!!! Der geht 1:1 durch den LC-Filter. Wie er dann die ADC-Messung
>> beeinflußt, weiß ich nicht. Das hängt sicher auch von der Signalform,
>> Frequenz und Amplitude ab.
>
> Das ist für mich hier die Hauptfrage, wie der Rippel auf AVcc die
> Messung beeinflusst, wenn man eine saubere Referenzspannung verwendet.
>
> (von der Antwort hängen unter anderem auch die späteren Änderungen ab)

Es ist generell keine gute Idee, bei deiner analogen Versorgungsspannung 
sparen zu wollen und dort viel "Dreck", sprich Störungen zuzulassen. 
Auch wenn die Bauteile bisweilen einen sehr hohes PSSR haben (Power 
supply reject Ratio, sprich, Störungen auf der Stromversorgung schlagen 
nur stark gedämpft auf die analoge Funktion durch)

Wenn du es genau wissen willst, mußt du messen. Nimm einen 
Funktionsgenerator zur Speisung von AVCC, stell dort den DC Anteil ein 
(Offset) und überlagere ein Sinussignal mit 100, 200 oder mehr mV. Dann 
dreh an der Frequenz und mach ADC-Messungen mit verschiedenen 
Eingangsspannungen.

von Axel S. (a-za-z0-9)


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stephan schrieb:
> Das mit der PWM und der LED ist eher Nebensache, weil der Aufbau später
> noch mal geändert wird. Kann auch sein, dass die 5V später aus einer
> höheren Spannung generiert werden (mit 7805).

Es wäre auf jeden Fall sinnvoll, die geschaltete Last und den µC 
voneinander zu entkoppeln. Dazu reicht im einfachsten Fall eine 
Seriendiode in der Betriebsspannungszuleitung zum µC und dahinter einen 
etwas größeren Elko (ca. 100µ, abhängig von Strombedarf des µC und 
PWM-Frequenz).

> Das ist für mich hier die Hauptfrage, wie der Rippel auf AVcc die
> Messung beeinflusst, wenn man eine saubere Referenzspannung verwendet.

Probiere es aus. Einen Einfluß gibt es auf jeden Fall, denn die analogen 
Komponenten (Transfergates, Komparator) im ADC haben alle eine endliche 
Betriebsspannungsunterdrückung (PSRR). Wenn du deine Meßwerte nur selten 
updaten mußt, würde es helfen, mehrere Messungen zu mitteln. Am besten 
über mehrere PWM-Perioden.

von stephan (Gast)


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Falk B. schrieb:
> Wenn du es genau wissen willst, mußt du messen. Nimm einen
> Funktionsgenerator zur Speisung von AVCC, stell dort den DC Anteil ein
> (Offset) und überlagere ein Sinussignal mit 100, 200 oder mehr mV. Dann
> dreh an der Frequenz und mach ADC-Messungen mit verschiedenen
> Eingangsspannungen.

Danke! Dann ist das also wohl eine Frage, die man selber mit 
Versuchsmessungen klären muss.

Hatte gehofft, dass es eine allgemeingültige Antwort dazu gibt, mist ;)

von Manfred (Gast)


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Falk B. schrieb:
> Es ist generell keine gute Idee, bei deiner analogen Versorgungsspannung
> sparen zu wollen und dort viel "Dreck", sprich Störungen zuzulassen.

Als Freund von Vorkriegstechnik und Hosenscheisser habe ich mir gerade 
erlaubt, meinem AT328 (A*-Nano) einen Trafo samt 7805 zu spendieren! Der 
Aufbau misst mehrere Spannungen, die ich gerne stabil haben will.

Die Last kommt von einem Schaltnetzteil, dem ich aber nicht trauen mag, 
für ein Einzelstück sch*** auf die zwei Euro Mehrkosten.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Manfred schrieb:
> Als Freund von Vorkriegstechnik und Hosenscheisser habe ich mir gerade
> erlaubt, meinem AT328 (A*-Nano) einen Trafo samt 7805 zu spendieren!

Ich verstehe nicht, was du damit aussagen willst.

Erstmal sind die Arduino Nano Module nicht mit einem LM7805 
ausgestattet, sondern mit einem LM1117. Aber das macht keinen großen 
Unterschied.

Diese Spannungsregler sind relativ Träge:
- Bei 20Hz reduzieren sie den Ripple um 60dB
- Bei 100kHz reduzieren sie den Ripple um 40dB
- Bei höheren Frequenzen wird es noch weniger (schätzungsweise 20dB bei 
1MHz)

Dass heisst: Die Spannungsregler sind imstande, den Brummanteil eines 
herkömmlichen Trafo-Netzteils fast vollständig zu entfernen. Ganz anders 
sieht es jedoch mit hochfrequenten Störungen von Schaltnetzteilen und 
Lasten aus - insbesondere wenn Sachen wie PWM oder Funküberttragung mit 
ins Spiel kommen.

Der Arduino Nano nutzt die gleiche Spannung ungefiltert auch zur 
Versorgung des analogen Teils. Er hat keine Referenzquelle auf dem Board 
(außer die mäßig präzise interne des µC) und eine suboptimale 
Leitungsführung.

Ich will Dir den Arduino Nano nicht madig machen, aber bezogen auf den 
Eröffnungspost vom TO hast du hier die schlechteste denkbare Lösung 
genannt. Da war der TO bereits weiter.

von Peter D. (peda)


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stephan schrieb:
> Frage: kann sich der Ripple an AVcc negativ auf die ADC-Messungen
> auswirken, auch wenn UREF selber spiegelglatt ist?

Ich hab da auch nur gute Erfahrungen mit den AVR, die Messungen sind auf 
10 Bit stabil. Ich hab da mal die Firmware für ein schlechtes PCB-Design 
geschrieben, die VCC wackelte um 0,5V, war aber immer über der Referenz 
(4,096V).
Auch mit den ATtiny, die keine extra AVCC haben, hatte ich noch nie 
Probleme.

von Manfred (Gast)


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Stefanus F. schrieb:
> Manfred schrieb:
>> Als Freund von Vorkriegstechnik und Hosenscheisser habe ich mir gerade
>> erlaubt, meinem AT328 (A*-Nano) einen Trafo samt 7805 zu spendieren!
>
> Ich verstehe nicht, was du damit aussagen willst.

Versuche es mit Lesen, evtl. zu einer Tageszeit, wo Du wach bist.

> Erstmal sind die Arduino Nano Module nicht mit einem LM7805
> ausgestattet, sondern mit einem LM1117.

Es ist vollkommen egal, was auf dem Modul ist.
Wenn ich schreibe "einen Trafo samt 7805", meine ich das auch.

Für Dich ein Bild, vielleicht einfacher zu begreifen!
Die Last wird aus einem Schaltnetzteil versorgt, die Meßmimik aus dem 
Trafo.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Manfred schrieb:
> Die Last wird aus einem Schaltnetzteil versorgt, die Meßmimik aus dem
> Trafo.

Gut. Dann sollte die Trägheit des LM7805 keine Rolle spielen.

von Falk B. (falk)


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Stefanus F. schrieb:
> Gut. Dann sollte die Trägheit des LM7805 keine Rolle spielen.

Welche Trägheit? Große Massen haben eine Trägheit, ein Spannungsregler 
sicher nicht.

von Manfred (Gast)


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Falk B. schrieb:
> Stefanus F. schrieb:
>> Gut. Dann sollte die Trägheit des LM7805 keine Rolle spielen.
> Welche Trägheit?

Es gab da ein Verständnisproblem: 
Beitrag "Re: AtMega 328: AVcc Ripple, Uref glatt, ist das ok?" "Diese 
Spannungsregler sind relativ Träge:"

von Falk B. (falk)


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Manfred schrieb:
> Falk B. schrieb:
>> Stefanus F. schrieb:
>>> Gut. Dann sollte die Trägheit des LM7805 keine Rolle spielen.
>> Welche Trägheit?
>
> Es gab da ein Verständnisproblem:
> Beitrag "Re: AtMega 328: AVcc Ripple, Uref glatt, ist das ok?" "Diese
> Spannungsregler sind relativ Träge:"

Vom Nachplappern wird Blödsinn nicht besser, schon gar nicht wenn man 
Pseudoexperten "zitiert".

Ein Spannungsregler hat keine Trägheit sondern einen Frequenzgang! 
Daraus ergibt sich eine Dämpfung (Abschwächung) von Wechselspannung vom 
Eingang auf den Ausgang, angegeben in dB. Man muss und SOLLTE nicht neue 
Umschreibungen für Dinge erfinden, für die es schon einen gescheiten 
Namen gibt.

Und eben diese Eigenschaft der Dämpfung hat mit Trägheit gar nichts zu 
tun, im Gegenteil! Eben WEIL diese Regler relativ schnell sind, können 
sie Wechselspannung am Eingang aktiv ausregeln!

von Manfred (Gast)


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Falk B. schrieb:
> Vom Nachplappern wird Blödsinn nicht besser, schon gar nicht wenn man
> Pseudoexperten "zitiert".

Falk, ich habe das nicht geschrieben. Richte Deine Kritik an Stefanus!

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Manfred schrieb:
> Falk, ich habe das nicht geschrieben. Richte Deine Kritik an Stefanus!

Er wollte kritisieren, dass du mich zitiert hast. Mea Culpa, ich habe 
mit "träge" nicht den korrekten Fachbegriff verwendet.

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