Guten Abend, ich würde gerne ein Signal für einen ADC anpassen. Die Schaltung steht auch schon soweit (s. Anhang) Folgende Bauteile sind geplant: Spannungsfolger: https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/OP27.pdf PGA: https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD8253.pdf Offset-OPV: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/opa340.pdf ADC: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/adc122s706.pdf Jetzt sind allerdings noch zwei Sachen offen. Frage 1: Ich suche einen Analog Demux, welcher die Widerstände beim Spannungsteiler schaltet und dabei einen möglichst geringen Eingangswiderstand aufweist um den Teiler nicht zu sehr zu beeinflussen. Am liebsten sollte dieser mit der bereits vorhandenen +12V/-12V Supplyspannung laufen. Ich tendiere zur Zeit zum NLAS4051. Dieser weist allerdings ein V-Supply_max von +/-7V auf. Ich würde ungern neben den +/- 12V , 5V V_ref für den ADC sowie 6V V_supply für die den OPA2340 noch zusätzlich +/-7V "erzeugen". Frage 2: Da der ADC eine Spannung von -0,3V bis 6.5V verträgt, gibt es aus meiner Sicht zwei Möglichkeiten diesen zu Schützen. Variante 1 wäre mittels Schottky-Dioden mögliche Überspannung abzuleiten. Dabei wird allerdings das Signal verfälscht was ich nur ungern machen möchte. Variante 2 (welche ich in der Simulation auch verwende) wäre die Absicherung durch einen RR OPV welcher eben nur mit 0-5V versorgt wird. Dabei wird das Signal allerdings auch im Bereich der 0 und 5 V verfälscht (laut DB werden 5V zu 4,8V, für 0V habe ich keine Angabe gefunden). Einen Tod muss man hier aber wohl sterben. Welchen weg würdet Ihr da bevorzugen?
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Nick schrieb: > Variante 1 wäre mittels > Schottky-Dioden mögliche Überspannung abzuleiten. Dabei wird allerdings > das Signal verfälscht was ich nur ungern machen möchte. Die BAT60A hat eine sehr geringe Flußspannung. (extreme low VF drop (typ. 0.12V at IF = 10mA)) Negative Spannungen können damit für den ADC sicher abgeschnitten werden. Zur Begrenzung der positiven Spannung benötigst Du dann +5V. Ich denke nicht dass das Signal verfälscht wird. Der OPV geht eher in die Strombegrenzung. Kannst Du ja simulieren. TI hat auch Zero-Offset ICs. mfg Klaus
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Nick schrieb: > Welchen weg würdet Ihr da bevorzugen? Normale Doppeldiode wie BAS199 hat so einen geringen Sperrstrom dass sie auch hochohmige Eingangssignale nicht verfälscht, erlaubt zwar -0.7V aber ein Vorwiderstand schon von 1k zum ADC begrenzt dabei den Strom über seine Eingangsschutzdioden auf ungefährliche Werte. Der NLAS4051 ist jetzt nicht so viel besser als der CD4051 zumal bei 7V statt 12V als dass sich der lohnt.
MaWin schrieb: > aber ein Vorwiderstand schon von 1k zum ADC begrenzt dabei den Strom > über seine Eingangsschutzdioden auf ungefährliche Werte. Ich hatte mal mit einem ADC zu tun gehabt der nur ca. 50 K Eingangswiderstand hatte. Da ist ein Vorwiderstand von 1 K schon störend. mfg Klaus
Vielen Dank für eure Anregungen. Laut Datenblatt hat der ADC einen Widerstand von 20pF (C_INA)im TrackMode. Das macht 159 kOhm bei 50kHz. Habe das ganze einmal simuliert, da beeinträchtigt der 1kOhm Vorwiderstand doch schon ziemlich. Bezüglich des Demux habe ich mich für den DG408 entschieden, den kann ich direkt mit meinen +/-12V verbinden. Habe das ganze nochmal entsprechen angepasst, habe mal die BAT54 zur Simulation genommen, würde dann im Aufbau zur Bat60A tendieren. Sofern eine Überspannung anliegt, leiden die Dioden 27mA ab. Das würde auf den Versogunganschluss von einem laufenden RaspberryPi laufen, Last wäre also da. Gibts noch etwas was Ihr ändern würdet?
Nick schrieb: > Laut Datenblatt hat der ADC einen Widerstand von 20pF (C_INA)im > TrackMode. Das macht 159 kOhm bei 50kHz. Die 20 pF sind nur die Eingangskapazität. Zum Eingangswiderstand habe ich keine Angaben im Datenblatt gefunden. Beim Einschalten wird durch D2 ein negativer Impuls fließen. Verwende statt .tran 0.0002 --> .tran 0.0002 startup Daurch werden alle externen DC Spannungsquellen mit 0 V gestartet. Das entspricht eher einem echten Einschaltvorgang. mfg klaus
Nick schrieb: > ich würde gerne ein Signal für einen ADC anpassen. Was ist genau dein Ziel? In welchem Spannungsbereich liegt dein Signal? Welchen Bereich kann dein ADC wandeln?
Klaus R. schrieb: > Die 20 pF sind nur die Eingangskapazität. Achso, dachte weil dort keine Eingangsimpedanz angegeben ist, ist diese eben darüber selbst zu ermitteln. Wie simuliere ich den ADC denn dann am Besten ? Klaus R. schrieb: > Beim Einschalten wird durch D2 ein negativer Impuls fließen. Macht sowas Probleme ? Ohne Vorwiederstand sind das immerhin 27mA Danke dir für den Tipp mit dem Simulieren des Einschaltvorganges !
Wolfgang schrieb: > Was ist genau dein Ziel? > > In welchem Spannungsbereich liegt dein Signal? > Welchen Bereich kann dein ADC wandeln? Signal kann zwischen 50mV und 40V liegen. Deshalb auch die Umschaltung über die Widerstände am Anfang um erstmal auf >= 2.5V zu kommen und dann ggf. zu verstärken und hoch zu setzen. Das Signal wollte ich auf 0-5V skallieren, so entspricht es dem Messbereich des ADC für V_cm=2.5V V_ref=5V angeschlossen als Single Ended.
Hallo Nick, R11 und R12 würde ich wegen kleinrem Rauschen niederohmiger machen, mindestens 10 K. Parallel zu R12 schalte noch einen Kerko mit 100 nF. Warum haben R1 und R6 900 K? Stört das Widerstandsrauschen denn nicht?
Hallo Klaus Nick schrieb: > Klaus R. schrieb: >> Beim Einschalten wird durch D2 ein negativer Impuls fließen. > Macht sowas Probleme ? Ohne Vorwiederstand sind das immerhin 27mA Kleine Korrektur, ich habe es mal so simuliert, dass erst die Schaltung startet und etwas später dann das Eingangsignal darauf gegeben wird. Das entspricht auch mehr der späteren Anwendung. Somit liegt der Strom im Einschaltvorgang an D2 bei -15 bis 18 uA ich denke das sollte keine Probleme machen. Klaus R. schrieb: > R11 und R12 würde ich wegen kleinrem Rauschen niederohmiger machen, Oh da hab ich etwas ausprobiert und vergessen zu ändern, geplant sind eigentlich 10kOhm, danke für den Hinweis ! Klaus R. schrieb: > Warum haben R1 und R6 900 K? Stört das Widerstandsrauschen denn nicht? Hauptsächlich um den Einfluss des Demux Widertsandes (100 Ohm) gering zu halten. Sollten 90k Ohm zu 900k Ohm so viel rauschärmer sein?
Nick schrieb: > Klaus R. schrieb: >> Die 20 pF sind nur die Eingangskapazität. > > Achso, dachte weil dort keine Eingangsimpedanz angegeben ist, ist diese > eben darüber selbst zu ermitteln. Wie simuliere ich den ADC denn dann am > Besten ? Du kannst nur nehmen was Du hast. Anscheinend ist die Eingangsimpedanz ohne belang. Zumindest hast Du die 20 pF. Nick schrieb: > Signal kann zwischen 50mV und 40V liegen. Deshalb auch die Umschaltung > über die Widerstände am Anfang um erstmal auf >= 2.5V zu kommen und dann > ggf. zu verstärken und hoch zu setzen. Das Signal wollte ich auf 0-5V > skallieren, so entspricht es dem Messbereich des ADC für V_cm=2.5V > V_ref=5V angeschlossen als Single Ended. Deswegen wohl die 900 K. Muß der Teiler so hochohmig sein? Wenn du alles um Faktor 10 verkleinerst dann rauscht es schon etwas weniger. mfg klaus
Klaus R. schrieb: > Du kannst nur nehmen was Du hast. Anscheinend ist die Eingangsimpedanz > ohne belang. Zumindest hast Du die 20 pF. Naja je höher die Eingangsimpedanz ist, desto mehr stört ein mögl. Widerstand vor den Dioden... Klaus R. schrieb: > Deswegen wohl die 900 K. Muß der Teiler so hochohmig sein? Wenn du alles > um Faktor 10 verkleinerst dann rauscht es schon etwas weniger. Nein das ist tatsächlich eine Überlegung wert. Somit wird der 20K Ohm zu 2K Ohm, der Widerstand des Demux entspricht davon dann etwa 5%. ich denke das ist okay, auch wenn 0.5% natürlich schöner sind. Ich werde mir das später noch einmal aufgebaut ansehen und vergleichen. Ich würde noch einmal zu einem anderen Punkt kommen wollen, um die Schaltung etwas zu vereinfachen überlege ich, ob ich alle OPV + Demux auch mit 5V Versorgen kann. Das Signal sieht auch bis zum 4 OPV ganz vernünftig aus, danach wird das Signal jedoch bei 4V gekappt. Er müsste aber doch bis 5V kommen?
Nick schrieb: > Sollten 90k Ohm zu 900k Ohm so viel rauschärmer sein? Das hängt natürlich auch von der Bandbreite ab. 20 Hz bis 20 kHz 900 kOhm = 12,2 µV 90 kOhm = 3,8 µV Danach verstärkst Du ggf. ja wieder. mgh klaus
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Nick schrieb: > Ich würde noch einmal zu einem anderen Punkt kommen wollen, um die > Schaltung etwas zu vereinfachen überlege ich, ob ich alle OPV + Demux > auch mit 5V Versorgen kann. Das Signal sieht auch bis zum 4 OPV ganz > vernünftig aus, danach wird das Signal jedoch bei 4V gekappt. Er müsste > aber doch bis 5V kommen? Habe nochmal ein Bild angehängt. Da sieht man wie das Signal gekappt wird sofern die OPV mit +/5 V versorgt werden. Wieso kann der OPV4 nicht bis auf 5V hoch?
Nick schrieb: > Wieso kann der OPV4 nicht bis auf 5V hoch? weil es ein OP27 ist Nick schrieb: > Das Signal sieht auch bis zum 4 OPV ganz vernünftig aus, danach wird das > Signal jedoch bei 4V gekappt. Er müsste aber doch bis 5V kommen? Nö. Nicht mit einem beliebigen OPV
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Hallo Nick, ich denke, Achim meint damit, daß der OP27 kein Rail2Rail OP ist. Teste ihn doch mal mit +/- 7V. OP 04 ist jedoch nicht als Summierer geschaltet. Das ist so ein Zwischending, das auch etwas summiert, aber nicht richtig. Wenn Du solche Fragen hast, so solltest Du auch das ASC - File mitliefern. Dann kann man Dir besser helfen. mfg klaus
Klaus R. schrieb: > ich denke, Achim meint damit, daß der OP27 kein Rail2Rail OP ist. Teste > ihn doch mal mit +/- 7V. Ja, habe mir auch gedacht dass es an der fehlenden RR-Fähigkeit liegt. Daher hatte ich dann den AD823 ausprobiert, der hat auch gleich 2 Channel. +7/-7 würde funktionieren, aber würde ich ungern so machen, da ich gerne den Kompletten Aufbau von einem +/-5V DCDC Wandler betreiben möchte. Klaus R. schrieb: > OP 04 ist jedoch nicht als Summierer geschaltet. Das ist so ein > Zwischending, das auch etwas summiert, aber nicht richtig. Ja ein normaler Summierer ist anders beschaltet, allerdings hatte ich mich an die Empfehlung von TI gehalten (http://www.ti.com/lit/an/sboa097b/sboa097b.pdf , Seite 2) Das ASC File habe ich mit angehängt, aber sollte doch jetzt eigentlich so alles funktionieren, es sei denn euch fällt noch das ein oder andere zu verbessern ein :)
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Nick schrieb: > Ja, habe mir auch gedacht dass es an der fehlenden RR-Fähigkeit liegt. > Daher hatte ich dann den AD823 ausprobiert, der hat auch gleich 2 > Channel. Der AD823 ist auch ein Rail2Rail OPV. Ich würde mich dann auch strikt an den TI Vorschlag halten. Speise den OPV mit +5V und 0V. In der Simulation wirst Du die vollen 5V nur leider mit einer leichten Verzerrung bei +5V erhalten. Ich bin bei der Quelle bis auf 24,6V heruntergegangen. Womöglich ist das Modell nicht ganz exakt. Den LTC1569-7 nutzt Du als Antialiasing-Filter. Dieser Baustein verschlechtert Dir die Eigenschaften etwas, da der AD823 eben besser ist. Zur Bandbreite hattest Du Dich noch nicht geäußert. Ich würde R16 noch mit einem parallel geschalteten Kondensator versehen und so die Bandbreite auf das nötige Maß begrenzen. R12 sollte mit mindestens 100nF bis 1µF (KerKo) ebenfalls beschaltet werden. Das die Versorgung der OPV mit ca. 100nF geblockt werden soll ist ja klar. Mir ist noch eine Lösung zum Spannungsteiler eingefallen. Ich habe eine Teilerkette, hier mit jeweils 50K, getestet. Du gehst mit den Anlalogschaltern jeweils an T1 bis T4 heran. T1 hat jedoch bei 40V schon etwas über 15V. Das muß der Analogschalter mitmachen. Man kann auch R5 etwas kleiner wählen, so das die Spannung unproblematisch wird. Über den Analogschalter gehst Du direkt an +IN des OPV. Auf diese Weise würde der Innenwiderstand des Analogschalters keine Rolle mehr spielen. Es fließt ja kein Strom. Bei dieser Beschaltung hat man ca. 81K Eingangswiderstand. Die Impedanzen von T1 bis T4 betragen: T1 = 19K T2 = 22K T3 = 24K T4 = 31K mfg klaus
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Warum verwendest Du den AD8253 nicht so wie im Datenblatt? Siehe Levelshift und Verstärkung. Gerhard
Hey Klaus, erst einmal vielen Dank, dass du so viel Zeit in meinen Aufbau steckst und dir dazu richtig Gedanken machst, danke ! Klaus R. schrieb: > n der > Simulation wirst Du die vollen 5V nur leider mit einer leichten > Verzerrung bei +5V erhalten. Ja, das Signal wird dann ja nur verzerrt sofern es wirklich bis zu 5V hoch geht. Auch wenn das vielleicht recht selten ist, würde ich das natürlich schon gerne vermeiden. Ich habe mir dazu überlegt, die Schaltung dahingehend zu ändern, dass das Signal zunächst auf +/-2V runtergeteilt wird. Anschließend wird ein Offset von 2V addiert. Dann bekomme ich ein verzerrungsfreie Signal von 0-4V. Der ADC kann so angepasst werden, dass der Messbereich 0-4,096 V beträgt. Das hätte auch gleichzeitig den Vorteil, dass 1mV=1Bit-Stufe entspricht. Nachteil ist natürlich dann, dass das rauschen der OPV etwas stärker ins Gewicht fällt, das würde ich dann ja aber ohnehin versuchen über den Filter zu dämpfen. Klaus R. schrieb: > Zur Bandbreite hattest Du Dich noch nicht geäußert. Das Signal hat eine maximale Grundfrequenz von 25kHz, wobei allerdings Frequenzanteile von 200kHz im Signal vorhanden sind. Ich würde daher gerne ab 200kHz recht steil Filtern um bei 250kHz (F_sample/2) gemäß Nyquist-Shannon zu bekommen. Deshalb auch den Filter 10 Ordnung. Klaus R. schrieb: > Ich würde R16 noch mit einem parallel geschalteten > Kondensator versehen und so die Bandbreite auf das nötige Maß begrenzen Wie meinst du das genau, der Filter übernimmt doch diese Aufgabe? Klaus R. schrieb: > Mir ist noch eine Lösung zum Spannungsteiler eingefallen. Das sieht sehr interessant aus. Ich schau mir das mal genauer an und Versuche für die Messbereiche die ich mir überlegt habe die Widerstände zu dimensionieren. Gerhard schrieb: > Warum verwendest Du den AD8253 nicht so wie im Datenblatt? Ganz ehrlich? Ich hab das total übersehen... Das macht das hochsetzen ja schon einfacher, der OP823 fällt damit dann ja weg. Zudem kann ich für den ADC und den PGA die gleiche V_Ref nehmen. Vielen Dank für den Hinweis! Manchmal verliert man sich in Kleinigkeiten und übersieht dabei das Offensichtliche ...
Nick schrieb: >> Warum verwendest Du den AD8253 nicht so wie im Datenblatt? Habe das ganze eben noch einmal simuliert. Leider kommt der AD8253 nur auf 3,6V, sofern er mit den vorhandenen +/-5V vorsorgt wird. Das hatte ich eigentlich deshlab gemacht um den ADC vor Überspannung zu schützen, falls am Anfang mal falsch geteilt wird. Ich könnte OPV-Schaltung auch mit 12V versorgen und vor dem Eingang des ADC 2 Dioden setzen welche auf die 5V und GND vom Raspberry die Überspannung ableiten. Bei der oberen Lösung (Versorgung der Schaltung mit 5V habe ich allerdings ein besseres Gefühl, einfach weil Überspannung am ADC nicht auftreten kann. Lediglich -5V die ich ja aber nach GND ableiten könnte.
Nick schrieb: > Das Signal hat eine maximale Grundfrequenz von 25kHz, wobei allerdings > Frequenzanteile von 200kHz im Signal vorhanden sind. Ich würde daher > gerne ab 200kHz recht steil Filtern um bei 250kHz (F_sample/2) gemäß > Nyquist-Shannon zu bekommen. Deshalb auch den Filter 10 Ordnung. Wenn ich das richtig verstanden habe, Du hast im Signal noch Frequenzen von 200 kHz und Du filterst auch erst ab 200 kHz. Abtasten willst Du mit 500 kHz. Das ist soweit in Ordnung. Dabei wirst Du aber trotzdem Aliasing-Artefakte erhalten. Die Größenordnung kannst Du dadurch bestimmen indem Du ermittelst welche Dämpfung das Filter bei 500 kHz hat. Um diesen Wert ist dann das Seitenband der Frequenz von 200 kHz gedämpft. Nick schrieb: > Klaus R. schrieb: >> Ich würde R16 noch mit einem parallel geschalteten >> Kondensator versehen und so die Bandbreite auf das nötige Maß begrenzen > Wie meinst du das genau, der Filter übernimmt doch diese Aufgabe? Man sollte den Filter schon zuvor etwas unterstützen. Es geht ja nur um 6 dB / Oktave. Im Diagramm des Filters "Frequency Response, fCUTOFF = 128kHz/32kHz/8kHz" sieht man bei fg = 128 kHz einen steilen Verlauf bei 200 kHz bis auf -70 dB, der allerdings sogleich wieder auf ca. -45 dB hochgeht um dann bei 300 kHz wieder bei -90 dB landet und wieder bei etwas unter 400 kHz eine Spitze von ca -65 dB hat. Der AD8253 ist wirklich interessant. mfg klaus
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