Spannung messen ohne Port

Hier ist erklärt, wie das geht: 
https://www.sciencetronics.com/greenphotons/?p=1521

Im Prinzip geht es darum, die internen 1,1V relativ zu VCC zu messen.

Der ATmega48P kann das, der ATmega48 nicht.

Stefanus F. schrieb:

> Im Prinzip geht es darum, die internen 1,1V relativ zu VCC zu messen.
>
> Der ATmega48P kann das, der ATmega48 nicht.

Auch der ATmega48 kann das. MUX3..0 auf 1110 und REFS1..0 auf 01 oder 00 
(bei 00 ist eine äußere Verbindung zwischen Vcc und AREF nötig).

Der Trick ist: man muss einfach nur die Formel für die Auswertung 
umstellen, denn die Referenzspanung ist hier die veränderliche Größe, 
die gemessen werden soll. Das ist schon alles.

U. M. schrieb:

> -> Betriebsspannung des uC? Wozu, die ist doch eh stabilisiert

Nicht notwendigerweise. Gute µC (wie halt die meisten AVR8) sind in der 
Lage, über einen recht breites Spannungsintervall hinweg stabil zu 
arbeiten. Da braucht dann nix stabilisiert werden.

Genau das ist ja deren Hauptvorteil im Batteriebetrieb. Man braucht 
keine Reglerverluste in Kauf zu nehmen, weil man schlicht keinen Regler 
braucht.

> -> Akkuspannung (vor Regler)? Natürlich nicht, wie auch?

Auch das ginge. Dafür wäre dann im konkreten Fall REFS1..0 = 00 zu 
setzen und statt der Verbindung von AREF zu Vcc eine zu einem 
Spannungsteiler herzustellen, dessen oberes Ende halt direkt am Akku 
hängt.
Den Spannungsteiler kann man zwar ziemlich hochohmig auslegen, er zieht 
aber eben doch dauerhaft einen Querstrom.
Der Hauptnachteil einer solchen Lösung ist allerdings: der ADC ist dann 
für nix anderes mehr zu gebrauchen.

Dieter R. schrieb:
> c-hater schrieb:
>
>> Genau das ist ja deren Hauptvorteil im Batteriebetrieb. Man braucht
>> keine Reglerverluste in Kauf zu nehmen, weil man schlicht keinen Regler
>> braucht.
>>
>
> Sieh dir
>
> 
http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/ATmega48P_88P_168P-DS40002065A.pdf
>
> Figure 30-2
>
> an und überleg dir den Satz noch mal. Das Gegenteil ist der Fall.

???

1) Das ist das Datenblatt des M48P. Es ging aber um den M48. Spielt aber 
weiter keine Rolle, denn für beide gilt (abgesehen von den konkreten 
Nummern der Diagramme):

2) Das genannte Diagramm beschäftigt sich mit der Stromaufnahme in 
Abhängigkeit vom Systemtakt. Ist also vollkommen irrelevant für's Thema.

3) Das richtige Diagramm im DB für den M48P wäre 29-1 oder 29-2 gewesen, 
denn das beschäftigt sich mit dem Stabilitätsthema bei unterschiedlichen 
Spannungen und Taktfrequenzen.

4) Und dieses Diagramm bekräftigt, was ich sagte: die Dinger sind über 
einen weiten Spannungbereich hinweg stabil. Der ist typisch umso 
breiter, je geringer der Takt ist.

c-hater schrieb:
>> Der ATmega48P kann das, der ATmega48 nicht.
> Auch der ATmega48 kann das. MUX3..0 auf 1110

Bist du Dir da ganz sicher? Laut "meinem" Datenblatt hat der Multiplexer 
gar nicht so viele Bits, dass man da den Wert 1110 hinein schreiben 
könnte.

Dieter R. schrieb:

> DEIN Thema war ein anderes, nämlich Reglerverluste.

Nein. Mein Thema war, dass Reglerverluste eben keine Rolle spielen, weil 
man durch die Eigenschaften der AVR8 auch bei Betteriebetrieb oft 
schlicht überhaupt keinen braucht.

> Faktisch sind die Reglerverluste negativ.

Ja klar...

Du hast überhaupt nicht verstanden, was das von dir genannte Diagramm 
eigentlich zeigt. Das ist kein Diagramm irgendeines Reglers...

Und im Übrigen: ein Regler, der negative Verluste produziert, heisst: 
"perpetuum mobile". Und nein, so gut die AVR8 auch sind, so ein Ding 
dort einzubauen ist auch Atmel nicht gelungen. Das mag daran liegen, 
dass sie in unserem Universum leider völlig unmöglich sind...

c-hater schrieb:
> Das mag daran liegen,
> dass sie in unserem Universum leider völlig unmöglich sind...

Völlig unmöglich?! Das bist Du doch selbst auch.

>> Genau das ist ja deren Hauptvorteil im Batteriebetrieb. Man braucht
>> keine Reglerverluste in Kauf zu nehmen, weil man schlicht keinen Regler
>> braucht.

Dieter R. schrieb:
> Sieh dir Figure 30-2 an ... Das Gegenteil ist der Fall.

Ich denke, dass du das Diagramm falsch interpretierst. Es soll lediglich 
die Stromaufnahme bei unterschiedlichen Spannungen und Frequenzen 
darstellen. Niemand verlangt, dass du dich für genau eine dieser 
Spannungen entscheidest.

Lediglich die maximal mögliche Taktfrequenz ist von der Spannung 
abhängig , aber es hat ja niemand verlangt, den Chip mit z.B. 20MHz zu 
takten.

Kleiner Hinweis: Auch die internen Referenzquellen des ADC stellen 
Anforderungen an die Spannung. mit 2,5V Versorgungsspannung kann man 
logischerweise intern keine 2,56V Referenz-Spannung erzeugen.

Stefanus F. schrieb:

> Bist du Dir da ganz sicher? Laut "meinem" Datenblatt hat der Multiplexer
> gar nicht so viele Bits, dass man da den Wert 1110 hinein schreiben
> könnte.

Mein DB (allerdings schon recht betagt) sagt ja. Siehe Anhang.

Dieter R. schrieb:
> Das
> 
http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/ATmega48_88_168_megaAVR-Data-Sheet-40002074.pdf
> scheint mir das aktuelle Datenblatt zu sein (?)
> Der kann das.

Woran erkennst du das? Ich schaue in Table 23-1 und sehe auch dort, dass 
es nur drei MUX Bits gibt (nicht vier, wie bei der P-Version) und keine 
der 8 möglichen Werte misst die interne Bandgap Referenz.

c-hater schrieb:
> Mein DB (allerdings schon recht betagt) sagt ja. Siehe Anhang.

Ist ja bescheuert, es darf nicht sein, dass die Datenblätter sich da so 
eindeutig widersprechen. Wenn ich kommerzieller Anwender wäre, würde ich 
jetzt Microchip um Stellungnahme bitten.

Möglicher Weise schrieb:

> Völlig unmöglich?! Das bist Du doch selbst auch.

cogito ergo sum

Jetzt habe ich es geschnallt: In dem Datenblatt gibt es zwei Tabellen, 
die ADMUX darstellen. Und zwar zuerst eine für den Komparator und ein 
paar Seiten weiter unten noch eine für den ADC. Und dort gibt es 
plötzlich ein Bit mehr.

Das ist ja echt fies.

U. M. schrieb:
> -> Betriebsspannung des uC? Wozu, die ist doch eh stabilisiert
>
> -> Akkuspannung (vor Regler)? Natürlich nicht, wie auch?

Ich hab den blanken uC ohne Regler. Wozu auch? Wenn es an 4,5V hängt 
wozu dann regeln?

>
> Letzteres wära ja interessanter, weil du dann reagieren kannst, bevor
> die stabilisierte Betriebsspannung einbricht oder Akkus tiefentladen
> werden.

Genau das will ich ja machen.
Hab nur keinen freien ADC und es ist alles bereits verlötet.

Grüße
Ralf

Bei Mikrocontrollern, die viel Zeit im Tiefschlaf verbringen, bewirken 
die allermeisten Spannungsregler eine Erhöhung der Gesamtstromaufnahme.

Eine TV Fernbedienung wäre z.B. so ein Kandidat.

U. M. schrieb:

> Bei 3 NimH Akkus mit Entladeschlusspannung von angenommen 0,9V hat man
> mit Regelung auf angenommen 2,8V stabilisierte Spannung bei z.B. 1 Mhz
> Takt über die gesamte Betriebszeit ca. 0,5mA Stromverbrauch (Fig. 30-1).
>
> Ohne Regler wird aber über die längste Zeit mit Akku-Spannung um
> 3,6...3,8V   der Stromverbrauch um 0,7...0,8mA liegen!

Jetzt verstehe ich, worauf du (bzw. Dieter R.) hinaus wollen. Mit eine 
Step-Down-Wandler könnte man so u.U. tatsächlich einen Vorteil in der 
Energiebilanz erzielen. Dazu müßte aber der Takt des µC ziemlich hoch 
sein und der Wirkungsgrad des Wandlers ebenfalls. Außerdem dürfte das 
recht stark vom "Duty-Cycle" des µC abhängen, also vom Verhältnis der 
Zeit, die er im Tiefschlaf verbringt zu der Zeit, die er aktiv ackert. 
Die ist allerdings tendenziell umgekehrt zum Takt.

Also würde ich mal behaupten: Wirklich Energie sparen kann man mit 
diesem Ansatz nur in einer sehr begrenzten Zahl von Fällen, nämlich 
dann, wenn der µC praktisch durchläuft und dies obendrein bei einem 
recht hohen Takt.

Also irgendwie nicht gerade die typische Batterieanwendung. Aber klar: 
es kann Anwendungen geben, die ein derartiges Profil erfordern und die 
halt trotzdem auf Batteriebetrieb angewiesen sind. Dann mag das sinnvoll 
sein.

Dieter R. schrieb:

> Es reicht ein Linearregler und die Energieersparnis ist bei jeder
> Taktfrequenz gegeben.

Nein und nein.

Dieter R. schrieb:
> Es reicht ein Linearregler und die Energieersparnis ist bei jeder
> Taktfrequenz gegeben.

Nur mal so zum Nachdenken:

Dem ESP8266 wird nachgesagt, nur wenige 10µA im Deep Sleep Modus 
aufzunehmen. Doch immer wieder beklagen sich Anfänger darüber, dass ihre 
NodeMCU Module stattdessen mehr als 1mA aufnehmen.

Warum wohl? Wegen dem Spannungsregler! (Je nach Modell auch wegen dem 
USB-UART Chip.)

AVR Mikrocontroller sind dafür bekannt, mit CR2032 Knopfzellen locker 5 
Jahre (eher noch länger) betriebsbereit zu schlafen. Deswegen steht bei 
einigen AVR Modellen auch der nette Ausdruck "Pico Power" im Datenblatt. 
Doch immer wieder fragen verwirrte Anfänger nach, warum ihre Arduino 
Nano Module sehr viel mehr aufnehmen, wo doch weniger als 0,0001mA 
erwartet wurden.

Warum wohl? Wieder wegen dem Spannungsregler! (Je nach Modell auch wegen 
dem USB-UART Chip.)

Die meisten Spannungsregler nehmen 0,5mA oder mehr schon im Ruhezustand 
auf. Wenn du mit Hilfe eines Spannungsreglers Strom sparen willst, muss 
es auch ein speziell sparsamer sein. Leider haben die besonders 
sparsamen Modelle schlechtere Eigenschaften, als die normalen. Die 
meistens sind z.B. Damit überfordert, die stark schwankende 
Stromaufnahme von Funkmodulen aus zu regeln.

Ein guter wäre z.B. der HT7833, der hat 4µA Ruhestromaufnahme, wenn man 
einen guten erwischt hat. Im Vergleich zu den 0,1µA eines ATtiny13 sieht 
er aber immer noch blass aus.

Finde mal einen Spannungsregler, der weniger als 0,1µA Ruhestromaufnahme 
hat und damit klar kommt, wenn sich die Stromaufnahme der Last plötzlich 
von 0,1µA auf 10000µA (10mA) erhöht. Oder gar 400mA, falls ein Funkmodul 
beteiligt ist.

Dieter R. schrieb:
> dass die Überlegung nicht für spezielle
> Low-Power-Applikationen im Sub-Mikroamperebereich gilt, wurde nun
> mehrfach erwähnt und sollte eigentlich klar sein.

Einverstanden.

Aber in nicht-low-power Anwendungen brauchen wir nicht um ein paar 
Milliwatt mehr oder weniger zu diskutieren.

> Gegen Lastsprünge helfen Kondensatoren.

Ja bedingt. Diverse (nicht nur meine) Erfahrungen mit ESP8266 bestätigen 
das. Wenn du es mit allzu dicken Elkos verschlimmbesserst, versagt 
wieder der Spannungsregler oder der Kriechstrom durch den Elko ist 
wieder höher, als die Ruhestromaufnahme des Mikrocontrollers.

Die obige Empfehlung, bei Langzeit-Batteriebetrieb möglichst auf 
Spannungsregler zu verzichten, halte ich für durchaus angebracht.