Hallo, in einem Bastelprojekt möchte ich den Ausgang von einem gated Integrator ACF2101BU http://www.ti.com/lit/ds/symlink/acf2101.pdf mit einem ADC erfassen. Jetzt hat der Stein den Nachteil, dass die Ausgangsspannung negativ ist. Wie schließt man das üblicherweise an einen ADC an? Ich würde jetzt als Laie die Spannung invertieren aber vielleicht gibt es ja eine bessere Lösung. Vielen Dank!
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So, ich habe mal ein grobes Konzept gemalt. Das ganze wird galvanisch vom Rest der Hardware getrennt. Ich würde also die Masse vom ADC dann auf -15V legen und so wie eben in dem Bild. Funktioniert das so? Ich habe stark vereinfacht und viele IOs weggelassen, aber hier geht es mir erstmal nur um die Versorgung. Vielen Dank!
Alles viel zu kompliziert. Du musst die negative Spannung in den Positiven Bereich heben und gleichzeitig verkleinern. Das ISO zeug kannst weglassen. Also aus +-15V mach zB 0-5V fuer den ADC. Bedeutet per Spannungsteiler div 6 mach +- 2.5V, und dann plus 2.5V addieren. Das Alles leistet ein Subtrahierer (nachschauen) mit Multiplikator 1/6, gespiesen von +-15V Aeh.. -15V an die Masse des SMA ist eine schlechte Idee...
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Bonzo N. schrieb: > Das ISO zeug > kannst weglassen. Ja, aber hier wird sowieso galvanisch getrennt. Sonst habe ich ja zwei Massen, die vom SMA und die vom Rest. Das bildet hier sonst eine sehr große (mehrere Meter) Masseschleife die aufgetrennt werden soll. Bonzo N. schrieb: > Aeh.. -15V an die Masse des SMA ist eine schlechte Idee... Wenn es galvanisch getrennt ist müsste das doch egal sein oder? Edith: Ja, sollte ich mit der isolierten Masse verbinden.
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So, jetzt habe ich eine Layoutfrage: Der gated Integrator hat Masse Pins. Der ADC hat Masse Pins. Dazwischen sitzt ein OPV. Wie verbinde ich die Massen möglichst gut: 1. Am Integrator auf eine Ground Plane (4-Lagig) und am ADC auch. Wobei die Ground Plane auch für andere Signale genutzt wird. 2. Auf Top oder einer anderen Lage eine Leiterbahn zwischen den Grounds von Integrator und ADC verlegen die möglichst nahe/neben dem Signal liegt. Dabei 2a) am Integrator GND nicht mit der Masselage verbinden und nur am ADC (pseudo differentiell, -VIN wird mit masse verbunden) den -VIN mit der Masse verbinden. 2b) auch am Integrator Masse mit der Masselage verbinden, dan hat der Strom/Rückpfad zwei Wege, Masselage und die Zusatzleiterbahn. Am einfachsten ist natürlich 1. Zweite Frage: Auf Seite 8 http://www.ti.com/lit/ds/symlink/acf2101.pdf werden Guard Traces verwendet. So wie ich das verstehe machen die Sinn gegen Leckströme auf der Oberfläche wegen Verunreinigung. Wenn ich aber Lötstopplack verwende, dann sollte die Verunreinigung darüber egal sein. Aber das Package hat ja freiliegende Pins. Muss ich dann den Stopplack bis und inklusive der Guard Traces entfernen, damit die freiliegenden Pins trotzdem geschützt werden?
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Gibt es eigentlich einen Grund wieso da im Datenblatt auf Seite 9 ein Instrumentenverstärker eingezeichnet ist? Die negative Ausgangsspannung invertieren und abschwächen geht auch mit einem normalen OPV. Hier mal zwei Schaltungen. Ich bin noch unsicher wo ich Com oder SW Com mit der Masse verbinden soll. Erst am OPV oder schon am Eingang, der Buchse, oder überall wo möglich, an der Buchse, am Integrator und am OPV. Ich habe eine durchgehende Masselage.
Gustl B. schrieb: > Gibt es eigentlich einen Grund wieso da im Datenblatt auf Seite 9 ein > Instrumentenverstärker eingezeichnet ist? Die negative Ausgangsspannung > invertieren und abschwächen geht auch mit einem normalen OPV. Der Widerstandswert des Switches (einige hundert Ohm) geht ggf. in deinen Verstärkungsfaktor mit ein und verfälscht ihn. Gustl B. schrieb: > Ich bin noch unsicher wo ich Com oder SW Com > mit der Masse verbinden soll. Willst du denn tatsächlich mehrere Kanäle multiplexen? Andernfalls könntest du auch direkt OUT und COM für den nachfolgenden Verstärker nutzen (und SW_out und SW_COM unbenutzt lassen).
Achim S. schrieb: > Der Widerstandswert des Switches (einige hundert Ohm) geht ggf. in > deinen Verstärkungsfaktor mit ein und verfälscht ihn. Stimmt, aber da kann ich dann einen anderen Widerstand nehmen bis es passt. Achim S. schrieb: > Willst du denn tatsächlich mehrere Kanäle multiplexen? Andernfalls > könntest du auch direkt OUT und COM für den nachfolgenden Verstärker > nutzen (und SW_out und SW_COM unbenutzt lassen). Guter Punkt. Ne, eigentlich nicht. Der ADC hat 2 Kanäle, der Integrator auch, also muss ich nichts umschalten. Aber wo verbinde ich die Massen? Irgendwie fühlt sich das für mich komisch an wenn ich einfach an jeder Stelle (SMA-Buchse, COM am Integrator, + IN am Verstärker und - IN am ADC) mit einem oder mehreren Vias nach Masse gehe und nur den einen Signalpfad verlege.
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Gustl B. schrieb: > Stimmt, aber da kann ich dann einen anderen Widerstand nehmen bis es > passt. dann viel Spaß mit der Stabilität der Verstärkung. Gustl B. schrieb: > Aber wo verbinde ich die Massen? COM kommt direkt an Masse, SW_COM ist egal
Achim S. schrieb: > COM kommt direkt an Masse, SW_COM ist egal OK, so habe ich das auch in meinem derzeitigen Layout. Weil COM und GND sowieso direkt nebeneinander liegen. Aber wie geht es weiter? Gehe ich nur mit OUT zum Verstärker und verbinde die Massen über die Masselage oder brauche ich einen Instrumentenverstärker und sollte die Massen mit Leiterbahnen wie auch das Signal verbinden? Aber wenn ich die Massen mit Leiterbahnen verbinde aber auch eine Massenlage habe, dann sind das 2 Verbindungen?! Achim S. schrieb: > dann viel Spaß mit der Stabilität der Verstärkung. Gut, das Problem habe ich nur wenn ich die SW Ausgänge verwende. Ich will den Ausgang von Out nur invertieren, also dass das nicht von GND nach -15V integriert sondern nach +15V und dann abschwächen oder teilen damit es im Eingangsbereich des ADCs landet. -------------------------------------------------- Etwas OT: Hat schon Jemand hier was mit den DDCxxx Bausteinen von TI gemacht? Das sind gated Integratoren mit ADC in einem Stein. Der DDC316 http://www.ti.com/product/DDC316 ist sogar einigermaßen schnell wenn man will, hat aber nur einen 16 Bit ADC im Gegensatz zu den anderen Familienmitgliedern mit 20 Bits.
Gustl B. schrieb: > OK, so habe ich das auch in meinem derzeitigen Layout. Weil COM und GND > sowieso direkt nebeneinander liegen. Aber wie geht es weiter? > Gehe ich nur mit OUT zum Verstärker und verbinde die Massen über die > Masselage oder brauche ich einen Instrumentenverstärker und sollte die > Massen mit Leiterbahnen wie auch das Signal verbinden? Aber wenn ich die > Massen mit Leiterbahnen verbinde aber auch eine Massenlage habe, dann > sind das 2 Verbindungen?! Im Endeffekt musst du dafür sorgen, dass das Potential an COM und am Verstärker identisch sind. Am einfachsten durch eine niederimpedante Masselage und indem keine unnötig großen Distanzen zwischen COM und Verstärker sind. Und indem "kritische" Verbraucher möglichst so angeordnet werden, dass keine großen Ströme (und keine schnell varrierende Ströme) über diese Stelle der Masselage fließen. Ohne Nutzung der SW_Ausgänge und mit stabiler Masseverbindung hat der Instrumentenverstärker keine relevanten Vorteile mehr gegenüber dem einfachen OPV-Inverter.
Vielen Dank! Ich habe eine ununterbrochene Massenlage und die einzigen Ströme die queren sind die Versorgungen zum Integrator, also wenige mA. Dann bleibe ich bei einem normalen OPV.
So, Platine ist bestückt und es gibt ein Problem: Der Integrator integriert schön nach unten, aber wenn ich dann ins Hold gehe, also wie im Datenblatt http://www.ti.com/lit/ds/symlink/acf2101.pdf auf Seite 9 Hold und Reset auch high lege geht am Ausgang die Spannung weiter ins Negative. Zwar nichtmehr so steil, aber trotzdem schön linear. Am Eingang habe ich eine SMA Buchse und dahinter einen 250k Widerstand und dann eben den IC. Wenn ich den Eingang mit dem Finger (oder mit einer leitenden Pinzette) berühre (beliebig zwischen Widerstand und IC Eingang Pin 1 oder 24, also jeweils der SW_IN) dann wird nicht weiter integriert wenn es im Hold ist, die Spannung ist dann schön horizontal am Ausgang. Woran könnte das liegen? Im Hold wird doch der Eingang SW_IN komplett getrennt?! Die restliche Schaltung ist wie im Datenblatt Seite 7 links. Zuerst hatte ich den Verdacht, dass die Pins 2,3 oder 22,23 irgendwie mit Pin 1 bzw. 24 verbunden sind, aber jetzt habe ich die Pins 2,3 komplett von den Pads gelöst und hochgebogen. Die sind weiterhin untereinander verbunden aber sonst mit nichts.
Ohne Schema wird's schwierig. Welches sind die Potentiale, welche du anlegst bezueglich was. Ganz klar muessen alle Signale zwischen den Speisungen liegen. Die Steuerleitungen kommen von ? und gehen an ? Das Datenblatt istb eher aufwendig .. was es alles zu beachten gibt. Also was haengst du am Eingang an? Ich wuerde dort eher keinen Widerstand erwarten.
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Nun, jetzt ein paar Bildchen, das eine Zeigt die Beschaltung, das andere ist vom Oszi. Bei der Beschaltung der Widerstand vor dem Eingang ist drinnen, weil das Signal nicht von einer sehr schwachen Stromquelle kommt (Photodiode) sondern von einem Messgerät. Hier zu Testzwecken aus einem Funktionsgenerator. Das Ganze sitzt auf einer galvanisch getrennten Platine, bekommt +15V und -15V wobei der Integrator nur -15V und +5V bekommt. Die Steuersignale kommen von einem FPGA, sind aber natürlich auch galvanisch getrennt und haben am Integrator einen Pegel von 5V wenn high (siehe Oszi-Bild). Das Oszi-Bild zeigt von oben nach unten: Lila das Hold Signal. Das ist alles active-low. Sprich das bleibt 100us unten und während dieser Zeit wird integriert. Blau das Reset Signal. Hellblau/Türkis mein analoges Quellsignal, das ist ein 2V DC + 1Vpp Rauschen aus dem Oszi-Signalgenerator. Gelb ist der Ausgang des Integrators, also das aufintegrierte verrauschte hellblaue Signal. Ab dem Trigger geht es also los mit 100us Integration. Dann folgen 29us Hold (keine Integration und kein Reset). Dann geht es in den Reset für 20us und danach ist noch 1us Hold bis es wieder mit der nächsten Integration weitergeht. Die Dauern kann ich bequem am FPGA einstellen. Jedenfalls geht es während der Integration schön nach unten, das ist fein. Aber auch beim Hold geht es nach unten und das sollte nicht sein und ist auch nicht so wenn ich die Leiterbahn zwischen Widerstand und IC-Eingang berühre. Das kann ich mir nicht erklären weil der Hold Switch das trennen sollte. Während des Reset geht es steil nach oben, klar, aber danach immer noch im Reset geht es noch deutlich weniger steil weiter nach oben. Der Reset geht also nicht sofort nach 0V sondern am Ende ziemlich langsam in diese Richtung. Ich bin ja bereit das zu akzeptieren, aber ich verstehe es nicht. Und wenn man mir noch zeigt wie ich die Farben für die Kanäle ändern kann wäre ich sehr dankbar. Vermutlich geht das aber nicht da die Hardware selbst in diesen Farben angemalt ist. Dieses Dunkelblau ist echt schlimm schlecht lesbar. Ein Graustufenmodus wäre ja auch was oder so ...
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Noch eine Detail finde ich seltsam: Jetzt gebe ich einen Rechteck an den Integratoreingang. Das ist auch beim Hold am Ausgang zu sehen. Beim Hold ist zwar die Steigung etwas flacher, aber es sollte nicht weiterintegriert werden. Irgendwas mache ich falsch oder der IC ist kaputt ...
Der Schalter am hold Eingang ist nur für kleine positive Spannungen spezifiziert. Bei mehr als +0.5 V kann der Schalter Leckstrom zeigen (Seite 2 des Datenblatt) vermutlich ist das so etwas wie eine parasitäre Diode eines MOSFETs drin. D.h. für eine sichere Abschaltung bräuchte man einen zusätzlichen Schalter nach Massen. Eventuell geht der Schalter für COM_out, wenn der nicht benötigt wird. Alternativ könnte man wohl den GND Pegel verschieben: etwas V+ and 10 V, GND an +5 V und COM als Messen und dann -10 V als V-.
Du meinst SW_IN noch mit SW_COM verbinden und so den Eingang während Hold mit dem Select Steuereingang auf Masse legen? Mich wundert das trotzdem etwas, da sollte doch nur der Eingangsstrom zählen oder nicht? Wenn ich an den Eingang eine negative Spannung anlege wird ins Positive integriert, aber da ist hier bei grob +1V Schluss. Da sieht man aber jetzt ein sauberes Hold. Sollte ich bei einer Eingangsspannung von 0 ... +12V statt eines großen Widerstandes zur Strombegrenzung lieber einen Spannungsteiler verbauen um die Spannung unter 0,5V und den Strom unter 100uA zu halten? Das wäre dann 55kOhm und 5kOhm.
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Tatsache! Danke, hat geholfen. Edit: Und weil es so schön ist noch ein Bildchen mit Rechteck so, dass er zwischen 0 und 2,5V wechselt. Man sieht schon den zeitlichen Zusammenhang.
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Und noch ein kleines Update. Die Software kann jetzt entweder kontinuierlich abtasten so schnell wie der ADC eben kann (knapp 1 MSample/s) oder es wird immer nur dann einmal abgetastet wenn der Gated-Integrator vom Integrieren ins Hold geht. Bei Ersterem bekommt man den ganzen Spannungsverlauf während der Integration mit, bei Zweiterem sieht man nurnoch sehr langsame Änderungen. Hier habe ich DC aus einer Spannungsreferenz angelegt. 2,5V werden über 80us integriert. Ich bin jetzt doch recht zufrieden, das sind noch ungeschirmte Laborkabel zwischen Quelle und Integrator.
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So, letztes kleines Update. Ich habe einen Filter eingebaut und man sieht schön den Unterschied wenn man den ADC mit maximaler Abtastrate abtasten lässt: Ohne Filter zu sehen in gated_ohne_filter_max_samplerate.png und mit Filter gated_mit_filter_max_samplerate.png . Durch das Filter kann ich jetzt natürlich nicht sofort nach der Integrationsphase abtasten und resetten. Ich brauche einihe us Hold bis da schönes DC anliegt und dann wird einmal je Zyklus abgetastet. Aus vielen, hier 16k, dieser Abtastwerte wird ein Histogramm gebaut. Ohne Filter gated_ohne_filter_sample_before_reset.png und mit Filter gated_mit_filter_sample_before_reset.png . Das kommt schon sehr nahe an das DC-Histogramm des ADCs ran. Durch das Filter muss leider eine sehr geringe Samplerate gewählt werden. Es dauert fast 20 us bis nach dem Hold eine konstante Spannung anliegt. Reset dauert knapp 10 us und für die Integration selbst sind ja auch eine us fällig.
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