Verbesserungsvorschläge für Schaltung (Bereichsanpassung für ADC)

[Kai (Gast)]

Schönen Sonntag zusammen,

ich sitze gard an einer Schaltung welche ein Signal an den 
Spannungsbereich eines ADC anpasst. Es geht hier nicht um ein 
Audiosignal, sondern es muss eine Spannung gemessen werden. Das Signal 
hat folgende Eigenschaften:

- Frequenz: 25 kHz
- Spannungsbereich von 0.01 mV bis 40 V. Umschaltung erfolgt über 
Widerstände am ersten OPV 1k Ohm => 0.01 V und 400k Ohm =>40 Volt
- Periodisches Signal, allerings in unbekannter Form
- ADC sampelt mit 500 kHz
- Filter wurde mit Filter Pro dimensioniert(F_cut 55 kHz F_stop 250kHz)

Wenn ihr Verbesserungsvorschläge habt wäre ich euch dafür sehr dankbar. 
Ich hätte ohnehin noch 3 offene Fragen:

-> Wie würdet ihr den Überspannungsschutz realisieren also für den Fall 
,dass versehentlich der falsche Widerstand ausgewählt wurde ? Sofern ich 
mit Dioden arbeite, spielt aufgrund der geringen Ströme immer gleich die 
Schaltung verrückt.
-> Wo würdet ihr Entstörkondensatoren in welcher Größe einplanen?
-> Sollte eventuell aufgrund der Genauigkeit auf einen Butterworth IC 
Filter 5. Ordnung zurückgegriffen werden ?

Viele Grüße,
Niklas

[Einer (Gast)]

Die Schaltung um U6 ist falsch.

[Lurchi (Gast)]

Mit einer empfindlichen Schaltung sollte man eine Ladungspumpe für die 
negative Spannung vermeiden. Das sind oft die reinsten Störquellen.

Der Kondensator C5 geht schon mal gar nicht.

Der Aufbau ist so noch nichts. Die Eingangsimpedanz ist stark von der 
Verstärkung abhängig. Das will man in der Regel nicht.

Ich würde mich eher an der Eingangsstufe eines Oszilloskops oder dem AC 
Bereich eines guten DMMs orientieren.  Die Umschaltung also eher in mehr 
Stufen und dabei ggf. auch erst Teilen und dann wieder verstärken.
D.h. der Aufbau wäre wohl eher Richtung passiver Teiler und dann ein 
paar Stufen mit Verstärkung umschaltbar zwischen 1 und 10. Ganz so viel 
Verstärkung wird man vermutlich nicht brauchen. Das Rauschen des 
Verstärkers setzt dem ganzen eine Grenze.

Wenn man ein 25 kHz Signal durch einen 50 KHz Tiefpaß schickt, komm fast 
unabhängig von der Wellenform ein Sinus raus. D.h. von verschiedener 
Wellenform wird man nicht viel sehen.

[Niklas (Gast)]

Guten Abend zusammen,

eine Sache hatte ich noch vergessen zu erwähnen:
Der ADC Messberiech liegt zwischen 0-3.3V, daher würde ich gerne das 
Signal zwischen 3.15 und 0.15 V auflösen (0.15 mV Toleranzbereich, um 
evtl. Peaks abzufangen)

Lurchi, danke dir für die Verbesserungsvorschläge. Leider konnte ich 
mich nicht schneller zurückmelden, da ich nicht eher aus dem Büro 
gekommen bin. Ich habe das Ganze noch einmal abgeändert gemäß deinem 
Vorschlag mit dem Spannungsteiler. Wenn ich dich richtig verstanden 
habe, dann sollte eher der passive Spannungsteiler geschaltet werden und 
die OPV weisen dann eine feste Verstärkung auf. Demnach würde es ja Sinn 
machen, durch den Spannungsteiler jedes Signal auf 0.01 V runter zu 
teilen, um dann mit der festen Verstärkung auf 1.5 zu verstärken. 
Zuletzt dann den Offset von 1.65 V addieren + Filterung.

Viele Grüße,
Niklas

[Lurchi (Gast)]

Man sollte schon den Teiler und die Verstärkung umschalten. Die höchste 
Verstärkung wird vermutlich (ADC mit >= 8 Bit) grenzwertig sein vom 
Rauschen - ganz so weit will man also nicht runter teilen.
Wenn man den Teiler in Dekaden haben will, wären dass Teilerstufen von 
1, 10, 100. Den Rest machen dann etwa 3 oder 4 Verstärkungsfaktoren 
(z.B. in 2 Stufen).

Ob eine so hohe Verstärkung sinnvoll ist, hängt vom ADC ab. Je höher die 
Auflösung des ADC, desto weniger Verstärkung ist sinnvoll, einfach weil 
das Rauschen des Verstärkers begrenzend wird.

[Niklas (Gast)]

Hallo zusammen,

ich hoffe ich habe dich richtig interpretiert , Lurchi und die Sachen 
jetzt geändert die du gesagt hastest. Jetzt wird der Teiler und die 
Verstärkung über die Widerstände der Rückkoppelung geschaltet. Weiter 
habe ich die Offset Addition geändert, diese sollte jetzt richtig sein. 
Was sagt ihr zu dem Aufbau ?

Viele Grüße,
Niklas

[Niklas (Gast)]

*Zusatz: Ich hatte überlegt die beiden Verstärkerstufen zu einer 
zusammen zu fassen. Würde das mir Nachteile einbringen oder meint ihr 
die Verstärkung um 50x wäre für eine Stufe zu hoch. Das Gain Bandwidth 
Product des ADC liegt bei 9 MHz. Die Slewrate bei 5V/µS.

Viele Grüße,
Niklas