Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik ADC mit pos. und neg. Referenzspannung


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von Stefan S. (mexakin)


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Hallo,

kurze Frage: benutzt ihr Bausteine zur ADC Messung die nicht nur zB eine 
positive Referenzspannung haben sprich 2,5V, sondern auch einen 
"negative" Referenzeingang zB bei 1,5 V, damit dann eben eine delta 
Spannung von 1 V mit entsprechender Bitzahl zB 16 abgetastet werden 
kann, sonst verliere ich in diesem BEispiel ja die unteren 1,5 V an 
Auflösung.

AM MSP430 hat es direkt einen Eingang für pos Referenz als auch neg. 
Referenz, ich würde gerne sowas auch bei einem externen ADC finden, hab 
ich allerdings bisher noch nicht, ich such aber weiter.

Oder steh ich auf dem schlauch und man benutzt dazu einen 
differentiellen ADC und legt die Masse auf die untere Referenzspannung?

Dankeschön.

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


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Stefan S. schrieb:
> kurze Frage: benutzt ihr Bausteine zur ADC Messung die nicht nur zB eine
> positive Referenzspannung haben sprich 2,5V, sondern auch einen
> "negative" Referenzeingang zB bei 1,5 V, damit dann eben eine delta
> Spannung von 1 V mit entsprechender Bitzahl zB 16 abgetastet werden
> kann, sonst verliere ich in diesem BEispiel ja die unteren 1,5 V an
> Auflösung.

Ich habe das jetzt ein paarmal lesen müssen, bis mir der Sinn deiner 
Rede klar wurde. Es wäre deutlich einfacher gewesen, wenn du die Worte 
"positiv" und "negativ" nicht verwendet hättest.

> Oder steh ich auf dem schlauch und man benutzt dazu einen
> differentiellen ADC und legt die Masse auf die untere Referenzspannung?

Wenn man einen ADC mit differentiellen Eingängen hat, dann ist das 
natürlich das Mittel der Wahl. Andererseits kriegt man Signale seltenst 
in der Form, daß sie schon an den Spannungsbereich des ADC angepaßt 
sind. Dann muß man das Signal sowieso in der einen oder anderen Form 
verstärken und/oder verschieben. Nennt sich Signalkonditionierung.

von Route_66 H. (route_66)


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Schon die alten CA3162, C520 konnten -99 ... +999 mV auflösen. Auch die 
ICL7106/7107 und andere aus der Familie haben beide Polaritäten.
Es gibt auch genügend Beispiele bei AD und Konsorten, die positive und 
negative Eingangsspannungen verarbeiten. Sogar die DDR hatte eine C500er 
Serie usw. usw. usw.

von Stefan S. (mexakin)


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tja das Wunder der Kommunikation :)

Danke schonmal für die Antworten.

ICh denke ich muss noch etwas genauer präzisieren:

Ich suche nicht nach pos neg. Eingangsspannungen.

Was ich will ist die Referenzspannung ändern, und zwar die negative, die 
liegt ja normalerweise bei 99% der Anwendungen bei GND, ich will das 
eben nicht und das geht auch bei manchen Bausteinen.

zB TLV2548

http://www.ti.com/product/TLV2548

Der kann als negative Referenz bis zu 2V und als positive dann 4 V, also 
misst er die 2V dazwischen mit 2^12bit Auflösung.

Ich hoffe das wird jetzt klarer :)

von Elias K. (elik)


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Axel S. schrieb:
> Wenn man einen ADC mit differentiellen Eingängen hat, dann ist das
> natürlich das Mittel der Wahl.

Zum Beispiel der ADS1115: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ads1115.pdf
An den einen Eingang die Referenz anschließen, an den anderen das 
Eingangssignal. Den Messbereich kann man mit dem Programmable Gain 
Amplifier PGA Stufenweise anpassen.

von ths (Gast)


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Zwei Referenzen: zweimal thermische Referenzdrift, zweimal 
Alterungsdrift. Deutlich einfacher ist es, einen 16 bit Wandler zu 
nehmen.

von Stefan S. (mexakin)


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Ok
@Elias:
wenn ich jetzt aber das Eingangssignal verschiebe, verschiebt sich ja 
mein Messbereich noch nicht zwingend mit.
Meine Auflösung bestimmt sich doch ausschließlich zwischen pos. 
Referenzspannung und neg. Referanzspannung.

Und ja klar die zwei Referenzen sind natürlich wieder irgendwie abhängig 
von allen Drifts usw. bisher habe ich einen einfachen Spannungsteiler 
genommen, müsste ich mal drübersehen ob da tatsächlich die Variante die 
simpel gegen 0V misst besser abschneided, darum gehts dann auch erst im 
zweiten Schritt, jetzt erstmal nur pb es überhaupt solche Bausteine 
gibt.

Der ADS1115 kann es jedenfalls nicht, der hat nur einen positiven 
Referenzeingang.

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


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Stefan S. schrieb:
> ICh denke ich muss noch etwas genauer präzisieren:
>
> Was ich will ist die Referenzspannung ändern, und zwar die negative,
> die liegt ja normalerweise bei 99% der Anwendungen bei GND

Was soll denn daran bitte präziser sein? GND ist keine 
Referenzspannung. GND ist das Bezugspotential für die 
Referenzspannung. Und für die Eingangsspannung.

> http://www.ti.com/product/TLV2548
>
> Der kann als negative Referenz bis zu 2V und als positive dann 4 V

Das ist keine negative Referenzspannung. Nenn es meinetwegen "obere" 
und "untere" Referenzspannung. Aber "negativ" ist definitiv falsch und 
maximal irreführend.

von Elias K. (elik)


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Stefan S. schrieb:
> wenn ich jetzt aber das Eingangssignal verschiebe, verschiebt sich ja
> mein Messbereich noch nicht zwingend mit.
> Meine Auflösung bestimmt sich doch ausschließlich zwischen pos.
> Referenzspannung und neg. Referanzspannung.
> [...]
> Der ADS1115 kann es jedenfalls nicht, der hat nur einen positiven
> Referenzeingang.

Dann solltest du vielleicht mal einen Schaltplan malen. Denn ich bin der 
Meinung, der ADS kann, was du brauchst. An den Pin AIN0 legst du deine 
Referenz.
Dann stellst du den PGA auf den passenden Messbereich zwischen ±256 mV 
und ±6.144 V. An den zweiten Eingang legst du dein Messsignal, dass sich 
um V_AIN0 ± Messbereich bewegen muss.
Die Auflösung ist in erster Näherung Messbereich / 2^N. Da der ADS 
positiv und negativ messen kann, du aber nur positiv brauchst, landest 
du bei max. 2^15.

Wenn du bisher deine Referenz über zwei Widerstände machst, brauchst du 
dir über die doppelte Referenz meiner Meinung nach keinen Kopf zu 
machen...

von Theor (Gast)


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Stefan S. schrieb:
> Ok
> @Elias:
> wenn ich jetzt aber das Eingangssignal verschiebe, verschiebt sich ja
> mein Messbereich noch nicht zwingend mit.
> [...]

Meinst Du mit "Eingangssignal verschieben", dass die Eingangsspannung 
zunächst etwa im Bereich 1,5 bis 2,5V veränderlich ist und dann z.B. im 
Bereich 1,8V bis 2,8V? (Delta ? 1V) oder etwa dann z.B. im Bereich 2V 
bis 3,5V (Delta =1,5V).

Verstehe ich das richtig?

Das Ziel scheint zu sein, unabhängig von Eingangsspannungsbereich und 
absoluter Lage dieses Bereiches, die maximale mögl. Auflösung des 
Wandlers zu nutzen. Natürlich können Bereich und Lage nicht grenzenlos 
beliebig sein, aber sie sollen doch variabel sein. Richtig?


Eine gedanklich einfache Lösung ist, die absolute Spannung der unteren 
Bereichsgrenze von der Eingangsspannung zu subtrahieren.
Das wird üblicherweise auch so gemacht, wenn man keinen ADC mit 
differentiellen Eingängen oder mit zwei Referenzeingängen benutzt.
Die Frage und den Fall gibt es hier öfter im Forum.



Ich glaube, wir müssen bei den Schaltungsvorschlägen aufpassen, dass wir

die Referenzspannungseingänge des ADCs strikt von den Messeingängen 
unterscheiden
und diese wiederum von einer oder zwei Spannungen die wir als 
Referenzspannung in Bezug auf die Messaufgabe betrachten.
Das ist z.B. bei Elias Vorschlag nämlich wichtig.

Elias schlägt vor, dass die Referenzspannung eben an einen der 
differentiellen Eingänge gelegt wird - NICHT an einen dedizierten 
Referenzspannungseingang des ADC. Technisch gesehen ist das die oben 
beschriebene Subtraktion.

Wichtig ist Klarheit über die Bezugspunkte der Spannungen. Sonst sind 
die Schaltungen und deren Wirkung nicht wirklich verständlich.

von Stefan S. (mexakin)


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@ Theor  Dankeschön, wunderbare Antwort.

An die anderen auch Danke, ich muss mich entschuldigen für die konfuse 
Schreibweise, kurze Definitionen:

pos Referenz: obere Vergleichsspannung, üblicherweise zB 3,3 V oder 2,5 
V oder externen IC zb 4,096 V
neg. Referenz: (nur gegeben falls der benutzte ADC eben soetwas besitzt, 
das war auch meine ursprüngliche Frage :) ) meistens (immer?) positiver 
als GND und logischerweise kleiner als die positive Referenz.
Bei den oben genannten ADCs gibt es zB einen eingang für die neg 
Referenz, beim MSP430 zB V-eref genannt. Beim MSP430 kann diese zB Werte 
annehmen von 0...2V beim TLV ebenso, wobei der MEssbereich der dann 
zwischen pos Referenz und neg. Referenz aufgespannt wird meisten größer 
2 V sein muss, dh ich kann nicht einfach 12bit Auflösung auf ein 100 mV 
Spannungssignal messen,( das ist nur als Info genannt)

Um nochmal klarer auf mein Problem einzugehen.

Ich habe einen Offset auf meinem Messsignal von 0,7 V den kann ich 
dauerhaft abziehen, bisher habe ich das über eben anpassen der neg. 
Referenzspg am MSP430 getan, ich könnte natürlich auch direkt das 
Messsignal verschieben durch eine zusätzliche OpAmp Verschaltung, daher 
kommt die Motivation.

Dankeschön.

von georg (Gast)


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Stefan S. schrieb:
> AM MSP430 hat es direkt einen Eingang für pos Referenz als auch neg.
> Referenz

Du schreibst hier mit grosser Sturheit von Referenz, meinst aber die 
minimale und maximale Eingangsspannung für den ADC. Das ist was ganz 
anderes, so kann man sich nicht verstehen.

Die Referenz (es gibt nur eine!!) kann gleich der maximalen 
Eingangsspannung sein, muss aber nicht. Ein ADC kann z.B. einfache oder 
differentielle Eingänge von -5 ... +5 V haben, aber eine 
Referenzspannung von 1,2 V.

Am universellsten ist natürlich ein ADC mit Differenzeingang und einem 
zulässigen Spannungsbereich von -x bis +x V.

Georg

von Stefan S. (mexakin)


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georg schrieb:
> Stefan S. schrieb:
>> AM MSP430 hat es direkt einen Eingang für pos Referenz als auch neg.
>> Referenz
>
> Du schreibst hier mit grosser Sturheit von Referenz, meinst aber die
> minimale und maximale Eingangsspannung für den ADC. Das ist was ganz
> anderes, so kann man sich nicht verstehen.

JA die Sturheit ist angebracht.
Der MSP430 sowie einige der genannten ADC besitzen sehrwohl zwei 
separate Eingänge für Referenzspannungen, eben die Grenzen der Auflösung 
nach oben und nach unten, also positiv und negativ, wenn man so will.

Das hat erstmal nichts mit der Eingangsspannung des ADCs zu tun.
ZB könnte meine Referenz ja maximal 2,5 V betragen, aber mein 
Eingangssignal ist elektrisch zulässig bis 3 V, dann wäre eben der ADC 
im Anschlag über 2,5 V was aber durchaus elektrisch zulässig wäre, ob es 
messtechnisch sinnvoll ist, ist ja eine andere Frage.

von Elias K. (elik)


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Stefan S. schrieb:
> Ich habe einen Offset auf meinem Messsignal von 0,7 V den kann ich
> dauerhaft abziehen,

Du willst die -Differenz- deines Messsignals zum Bezugssignal von 0,7 V 
messen? Dann nimmst du einen -differenziellen- ADC und legst das 
Bezugssignal 0,7 V an den einen und dein Messsignal an den anderen 
Eingang an. Um die ADC-Referenzen brauchst du dich nicht kümmern (beim 
ADS111x).

Ich versteh nicht, was dir daran nicht passt?

von Stefan S. (mexakin)


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Elias K. schrieb:
> Ich versteh nicht, was dir daran nicht passt?


garnichts, so werde ich das mal versuchen, das klingt logisch.

Das bedeutet aber, dass der ADc jetzt den negativen Eingang als 0 V 
Potential erkennt?, also 0,7V werden zB als 0 counts ausgegeben, 
richitg?

Das bedeutet ja dass meine 0,7V sehr stabil sein sollten, ansonsten 
schwankt ja da auch mein ADC Ergebnis.

Und wenn jetzt mein MEsssignal einen differentiellen Spannungshub von 
2,5V hat, dann muss meine Referenz logischerweise diesen Spannungshub 
erkennen, also auch 2,5 V betragen ggü. Masse 0V.

Dann könnte also mein positiveres SPitzensignal zB 3,5 V sein, und die 
Referenz 2,5 V und der ADC wäre noch nicht in Sättigung, richtig?

von Theor (Gast)


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@ Stefan

Ich habe jetzt zum wiederholten Mal den Eindruck, dass es Dir um ein 
zweite Forderung geht. Du hast aber meine erste Darstellung nur mit 
"wundervolle Antwort" kommentiert - sie aber nicht inhaltlich in den 
einzelnen Punkten bestätigt oder sogar paraphrasiert.
Es geht hier nicht um "Wunder" sondern um Fakten. :-)

Ich kann Dir nur noch ein zweites Mal raten, Skizzen zu machen und so 
genau wie nur möglich zu formulieren.

z.B.: Referenzen "erkennen" nichts.

Es scheint, als wenn der Eingangsspannungsbereich und dessen absolute 
Lage sich während der Funktion des Gerätes verändern können sollen und 
dabei der Messbereich fortlaufend, also dynamisch, angepasst werden 
soll.
Ist das korrekt und vollständig beschrieben?
Bitte zitiere diesen Satz oder gib ihn mit eigenen Worten wieder und 
antworte darauf.


Und wenn ich so einen Satz lese:

"Das bedeutet ja dass meine 0,7V sehr stabil sein sollten, ansonsten 
schwankt ja da auch mein ADC Ergebnis."

dann möchte ich am liebsten antworten: "Bingo! Genau das macht eine 
Referenzspannung aus. Sie ist stabil, resp. konstant".

Das weisst Du sicher auch. Aber was ist dann der springende Punkt bei 
diesem Einwand? Oder ist das gar kein Einwand?


Ich bin jetzt aber mal raus.
Ich wünsche Dir Erfolg und hohes Vakuum! :-)

von Elias K. (elik)


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Stefan S. schrieb:
> Das bedeutet aber, dass der ADc jetzt den negativen Eingang als 0 V
> Potential erkennt?, also 0,7V werden zB als 0 counts ausgegeben,
> richitg?
Richtig.

Stefan S. schrieb:
> Das bedeutet ja dass meine 0,7V sehr stabil sein sollten, ansonsten
> schwankt ja da auch mein ADC Ergebnis.
Richtig. Das ist ein generelles Problem. Wenn du deine Bezugsspannung 
(bitte nutze den Begriff, nicht Referenz, um Verwechslungen zu 
vermeiden) sich ändert, kann das deine Schaltung nicht erraten. Völlig 
egal, ob ein Differenzverstärker die Bezugsspannung abzieht, oder der 
differentielle Eingang vom ADC.

> Und wenn jetzt mein MEsssignal */einen differentiellen Spannungshub/* von
> 2,5V hat, dann muss meine Referenz logischerweise diesen Spannungshub
> erkennen, also auch 2,5 V betragen ggü. Masse 0V.
Du meinst nicht den differentiellen Spannungshub, sondern die 
Bezugsspannung ändert sich. Differentieller Spannungshub ist die 
Spannungsdifferenz zwischen deinem Messignal und der Bezugsspannung! 
Bitte die Begriffe möglichst nicht so durcheinander verwenden.
Ansonsten: Richtig.

> Dann könnte also mein positiveres SPitzensignal zB 3,5 V sein, und die
> Referenz 2,5 V und der ADC wäre noch nicht in Sättigung, richtig?
Kommt auf den ADC und seinen Messbereich an. Am ADS111x kann wie gesagt 
ein Messbereiche zwischen ±256 mV und ±6.144 V gewählt werden.
Anmerkung: Die Spannungen selbst können natürlich trotzdem nicht 
beliebig groß werden gegenüber GND. Also 100V und 101V messen geht 
nicht. Lt. Datenblatt müssen sich die Spannungen zwischen GND - 0.3V und 
Vdd + 0.3 V bewegen.

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