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Variable Spannungsanpassung für einen ADC
Gast
#5787130
Hallo allerseits, ich würde gerne ein periodisches Signal welches einen Bereich von +/-5mV bis +/-50V haben kann über einen ADC quantisieren. Ich habe sowas vorher noch nie gemacht, gibt es da gängige Methoden um das Signal automatisch passend auf 0-5 V (Messbereich des ADC) anzupassen ? Die Aplituden sind pro Messung in der Regel relativ konstant, allerdings werden Frequenzen von bis zu 50 kHz erreicht. Viele Grüße, Marcel
Gast
#5787134
Dafür verwendet man üblicherweise einen Spannungsteiler. Ist in dem Frequenzbereich noch kein besonderes Hexenwerk. Mit einem Operationsverstäker addierst du anschließend 2,5V um in den Arbeitsbereich des ADC zu kommen. Es gibt auch ADC, die negative Spannungen messen können, so dass der Operationsverstärker mit all seinen Nachteilen entfallen kann. Marcel He. schrieb: > gibt es da gängige Methoden um das Signal automatisch > passend auf 0-5 V (Messbereich des ADC) anzupassen ? Ja, schau Dir mal ein Multimeter mit automatischer Meßbereichsumschaltung an. Marcel He. schrieb: > allerdings werden Frequenzen > von bis zu 50 kHz erreicht. Auf dem Signal welches du messen willst? willst du diese 50kHz auch sehen oder nur den Durchschnitt/Maximalwert über eine kurzen/langen Zeit? Wenn es nicht nur 50kHz Sinus sein sollen müsstest du schon ca. 500kHz Bandbreite und Samplingrate einplanen. Wenn du langsamer messen willst, z.b. mit 1khz, dann nimm nen kleinen Kondensator als Tiefpass dazu, sonst misst du nicht den Mittelwert sondern nur irgendeinen zufälligen Wert in der Sampledauer (bzw. deine Messung ist dann Müll). Wenn du 50V auf 2.5V herabteilst ist das 1/25 1/25 von 1mV sind noch 0.04mV, ein 5V 16 bit ADC hat 0.07mV auf dem LSB, du wirst also maximal eine Auflösung von 2mV erhalten, aber die Genauigkeit musst du erstmal im Aufbau hinbekommen. -> Spannungsteiler Umschalten -> z.b. 24 bit ADC das muss etwas mehr als 5% Widerstände auf Lochraster werden, mit sauberer Signalführung, Spannugnsversorgung, <0.1% Widerständen usw. - ist deine Samplingrate >>50kHz, bzw. willst du die 50kHz Signal sehen können? - Wenn nein, willst du Mittelwerte/Maximal/Minimalwerte mit welcher Rate messen? - Welche Auflösung und Genauigkeit? - Langzeitmessung? Drift über Zeit und Temperatur? - was passiert mit den Daten? 50kHz Samplerate sind noch nicht so wild, 500kHz bei 24bit sind 1.5Mbit/s, wenn du 32 bit Systeme verwendest wird das einfacher jeden Messwert in 32bit Int zu speichern, also 2Mbit/s, ist noch nicht schlimm muss aber beachtet werden.
Gast
#5787213
Harald W. schrieb: > Ja, schau Dir mal ein Multimeter mit automatischer > Meßbereichsumschaltung an. Ja, wo kann man sich das anschauen?
Gast
#5787437
Ersteinmal vielen Dank für die schnelle und kontruktive Hilfe ! Stefanus F. schrieb: > Dafür verwendet man üblicherweise einen Spannungsteiler. Aber dann müsste ich ja per Hand durchschalten je nachdem welche Spannung grad am Eingangssignal anliegt, oder? Harald W. schrieb: > Ja, schau Dir mal ein Multimeter mit automatischer > Meßbereichsumschaltung an. Guter Ansatz, werde mal versuchen ein ESB zu bekommen und zu schauen wie es dort üblicher weise gemacht wird. Das Signal soll etwa mit einem MSPS abgastet werden und dabei 12 Bit aufgelöst sein. K. S. schrieb: > Wenn du 50V auf 2.5V herabteilst ist das 1/25 meintest du vielleicht 1/20 ? Ich muss einen 12 Bit ADC verwenden und würde da gerne den Auflösungsbreich von 4096 Bit immer über 80 % halten. Würde das bedeuten, dass ich Spannung Verhältnis 50 20 40 16 32 12.8 25.6 10.24 20.48 8.192 16.384 6.5536 13.1072 5.24288 10.48576 4.194304 8.388608 3.3554432 6.7108864 2.68435456 5.36870912 2.147483648 4.294967296 1.717986918 3.435973837 1.374389535 2.748779069 1.099511628
Gast
#5787446
Na jetzt bin ich versehentlich auf Absenden gekommen. Würde es bedueten, dass ich gemäß der oben stehenden Tabelle die Spannungsteiler dimensionieren müsste ? Bei der Verstärkung würde ich schauen was Sinn macht, ich kann mir vorstellen, dass ich irgendwann die Störsignale zu groß werden. Die Messsung wird übrigends 1-2 Sekunden maximal dauern. Die Messwerte sollen erst einmal in eine Datei gespeichert werden und später von einem separatem Programm verarbeitet werden.
Gast
#5787458
Marcel He. schrieb: > Aber dann müsste ich ja per Hand durchschalten je nachdem welche > Spannung grad am Eingangssignal anliegt, oder? Du kannst deine +/- 5mV bis 50V durch 20 teilen und dann 2,5V addieren. Dann kommst du auf 0 bis 5 Volt, das ist genau der Bereich, den dein ADC erfassen kann. Warum willst du Bereiche umschalten? Ich hatte dich so verstanden, dass du eine AC Signal (Audio?) mit einem beliebigen Wert zwischen 5mV und 50V messen willst. Die Bereichsumschaltung setzt voraus, dass du den Bereich vor der Messung einstellst oder genug Zeit hast, dies automatisch zu tun und danach zu messen. Sie bringt dafür den Vorteil einer höheren Auflösung.
Gast
#5787470
Genau das ist es. Wenn wir annehmen, dass ich keine Bereichsanpassung durchführe, dann habe ich 12 mV Schritte (50 V / 4096 Steps) , was definitiv zu wenig ist, da ich ja Signale von 5 mV erfassen muss. Mir scheint es nur, dass es ziemlich viel Aufwand ist, immer mindestens 80% des Auflösungsbereis des ADC nutzen zu wollen. Sobald ich unter 80 % also unter 2 V mit dem Maximalwert falle würde ja eine Bereichsanpassung nötig sein. Das wären 14 Möglichkeiteten die Spannung zu Teilen und 26 um sie zu Verstärken. Oder habe ich da grad einen Denkfehler? Wenn man letztlich eine Auflösung von 12 Bit haben möchte und den Aufwand für die Bereichsumschaltung im sinnvollen Rahmen halten möchte, dann läuft es auf einen 16 Bit ADC und 5 dekadische Bereichsumschaltungen hinaus. Der Aufwand hält sich also in Grenzen, aber frequenzkompensierte Verstärker mit Umschaltungen sind schon ein gewisses Thema für sich. Willi S. schrieb: > Wenn man letztlich eine Auflösung von 12 Bit haben möchte und den > Aufwand für die Bereichsumschaltung im sinnvollen Rahmen halten möchte, > dann läuft es auf einen 16 Bit ADC und 5 dekadische > Bereichsumschaltungen hinaus. > > Der Aufwand hält sich also in Grenzen, aber frequenzkompensierte > Verstärker mit Umschaltungen sind schon ein gewisses Thema für sich. Hallo, du könntest dein Signal auch durch einen logarithmischen Verstärker schicken und in einer 2ten Stufe die Bereichsanpassung für den AD-Wandler machen. Könnte allerdings aufwendig und teuer werden...also nur mal eine Anregung... Gruß Rainer Marcel He. schrieb: > Spannung Verhältnis > 50 20 > 40 16 > 32 12.8 > 25.6 10.24 > 20.48 8.192 > 16.384 6.5536 > 13.1072 5.24288 > 10.48576 4.194304 > 8.388608 3.3554432 > 6.7108864 2.68435456 > 5.36870912 2.147483648 > 4.294967296 1.717986918 > 3.435973837 1.374389535 > 2.748779069 1.099511628 Viel Spass dafür dann Spannungsteiler mit einem Fehler von max. 0,01% zu bekommen. Zusätzlich hast du das Problem das genau genug umzuschalten und in der Genauigkeit auch noch niederohmig genug zu puffern, daß man mit 1MS/s präzise messen kann. Stichwort 'Programmable Gain Amplifier' (PGA): http://www.ti.com/amplifier-circuit/pga-vga/overview.html# https://www.analog.com/en/products/amplifiers/specialty-amplifiers/programmable-gain-amplifiers.html https://www.maximintegrated.com/en/products/analog/amplifiers/specialized-amplifiers.html Gibt natürlich noch mehr Hersteller. Matthias S. schrieb: > Stichwort 'Programmable Gain Amplifier' (PGA): > > http://www.ti.com/amplifier-circuit/pga-vga/overview.html# > https://www.analog.com/en/products/amplifiers/specialty-amplifiers/programmable-gain-amplifiers.html > https://www.maximintegrated.com/en/products/analog/amplifiers/specialized-amplifiers.html > > Gibt natürlich noch mehr Hersteller. Wenn ich nicht irre, dann ist 50V "ungefähr" das Zehntausendfache von 5mV. Ich glaube, das Suchen nach geeignetem PGA kann man sich sparen... Willi S. schrieb: > Wenn ich nicht irre, dann ist 50V "ungefähr" das Zehntausendfache von > 5mV. Ich glaube, das Suchen nach geeignetem PGA kann man sich sparen... Ist mein Reden, obwohl ich keine Erfahrung habe, ob logarithmisch wirklich weiter helfen könnte! Zumal der TO nicht gesagt hat, ob ihm eine - wie auch immer gestaltete "Bereichsumschaltung" zeitlich überhaupt passt... Sach mal...TO... Gruß Rainer Gain 0.1-1-10-100-1000 BW 100 kHz (-3dB) Machbar ist es. Nur muss ein günstiges Aufwands/Kosten-Verhältnis gefunden werden und anstelle von irgendwelchen prinzipiellen Ideen bräuchte der TO einen Schaltplan (...) Willi S. schrieb: > Machbar ist es. Nur muss ein günstiges Aufwands/Kosten-Verhältnis > gefunden werden und anstelle von irgendwelchen prinzipiellen Ideen > bräuchte der TO einen Schaltplan (...) Ja, und es bräuchte auch noch eine Menge zusätzlicher Infos...was mich zu dem Schluß kommen läßt, der TO hat sein Problem noch nicht wirklich erkannt. Ich warte auf weitere Infos/Fragen...trotzdem ein interessantes Projekt! Gru0 Rainer Schwache Erinnerung an eine Screencopy letztens, ja richtig, da ist sie ja... Somit ist die Schaltung samt Bauteilen eigentlich klar. Den Spannungsteiler am Eingang muss man natürlich abschaltbar machen, weil man ja sonst bis zu 100.000-fach verstärken müsste. Auch 10.000-fach ist schon ziemlich grenzwertig, aber für max 50kHz -3dB müsste es noch gehen. Die zweite Stufe mit der PGA-Funktion muss man ein zweites Mal vorsehen. Mit einer Verstärkung von jeweils bis zu 100 kommt man somit auf insgesamt 10.000. OPV und MUX können zwar bis zu 180 MHz, aber bei höheren Gain bis 100 reicht es gerade noch für 200 kHz. Was ja für diese Aufgabe genug ist. Aber man sieht daran, dass es mit nur "einer" Stufe natürlich nicht mehr geht. Mit käuflichen PGA-IC habe ich noch keine wirklich brauchbare Type gefunden, auch nicht zum zehnfachen Preis. Das beste Preis/Leistungsverhältnis kann man von den Chinesen lernen: Dreimal OPV und zwei MUX kosten sogar bei Bastlerstückzshlen nur 10-12€.
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