Hallo, ich habe ein Signal das ein wildes Gemisch ist. Daraus interessiert mich aber nur ein sehr leiser Anteil. Von dem 0V bis 12V Signal interessiert mich ein Signal das von 0V nach ca. 1V geht. Bisher digitalisiere ich das volle Signal bis 12V, verliere aber ADC Bits für das schwache Signal. Ich könnte jetzt auch das schwache Signal verstärken um alleine damit schon den ADC Eingangsbereich voll zu nutzen. Aber: Wie schütze ich den ADC? Wie macht man das typischerweise? Ich kann mir zwei Möglichkeiten denken: 1. Schutzdioden 2. "große" Widerstände die den Strom klein halten. Was davon verfälscht mein Signal am wenigsten? Um das jetzt einfach mal zu testen ist Lösung 2 mit den Widerständen am einfachsten. Da muss nur anders bestückt werden. Im ADC sind ja auch Schutzdioden. Da genügt es doch wenn ich beim Maximalstrom unter dem Strom bleibe den die Schutzdioden aushalten oder?
Was ist mit filtern ? Sofern der Siff auf einer anderen Frequenz wie das Nutzsignal ist.
Leider nein. Es geht um Radioaktivitätsmessung. Derzeit bin ich auch ganz zufrieden nur würde ich es gerne weiter verbessern. Mein derzeitiger Eingangsbereich deckt auch Impulse ab die von sehr energiereichen Zerfällen stammen. Diese brauche ich aber nicht, es reichen die deutlich niederenergetischeren. Also statt der jetzt 12V reichen mit alle Impulse bis 1V. Die 12V habe ich bisher nur verwendet, weil das das Maximum ist das aus dem Detektor rauskommt. Mein ADC hat 4V Eingangsbereich. Ich werde also statt einer Abschwächung eine Verstärkung von 4 oder vielleicht auch drüber bauen. Filtern geht nicht weil die Impulsform immer gleich ist. Nur die Amplituden unterscheiden sich. Der ADC Treiber kann 10mA am Eingang vertragen, der ADC hat zwar Schutzdioden, aber leider steht nicht dabei was die vertragen. Ich werde also größere Widerstände verbauen.
Kannst du eine Limiter Schaltung in den Verstärker integrieren? Oder per OPV noch ergänzen? Bei allen Lösungen kannst du den energiereichen Zerfall aber nicht mehr unterscheiden. Da müsstest du eigentlich einen Filter entwerfen der so einen Impuls komplett aus dem Signal holt und nicht nur begrenzt.
-gb- schrieb: > Filtern geht nicht weil die Impulsform immer gleich ist. Nur die > Amplituden unterscheiden sich. Fensterkomparator wäre eine Möglichkeit, wenn Du unterhalb auswerten möchtest...
-gb- schrieb: > Der ADC Treiber kann 10mA am Eingang vertragen, der ADC hat zwar > Schutzdioden, aber leider steht nicht dabei was die vertragen. Ich werde > also größere Widerstände verbauen. Kann man machen, letztendlich brauchst du eine Meßbereichsumschaltung und einen Begrenzer, ala limiting amplifier. Der ist bei jedem DMM und jedem Oszilloskop Standard. Man kann die internen Dioden des 1. OPVs dafü nutzen, wenn diese ansatzweise spezifiziert sind. Sind sie meistens aber nicht. Also externe. Die BAV199 ist dein Freund, gibt es für wenig Geld an jeder Ecke.
Gustl B. schrieb: > Wie schütze ich den ADC? > > Wie macht man das typischerweise? Ich kann mir zwei Möglichkeiten > denken: > 1. Schutzdioden > 2. "große" Widerstände die den Strom klein halten. Normalerweise ein Vorwiderstand, maximal erlaubter Wert der noch keinen Messfehler bewirkt, z.B. 10k, die Schutzdioden sind schon drin. Wenn Schutzdioden wie BAV199 extern, noch ein Widerstand 100R-1k zum Wandler.
Schutzschaltung: https://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/ovprot.htm Beitrag "OP-Amp schützen"
Vielen Dank für die vielen Anregungen! Ich habe jetzt die einfachste Lösung umgesetzt bei der ich kein neues Layout brauche und zwar andere Widerstände. Bis jetzt ist nichts abgeraucht und es sieht einigermaßen gut aus. Im nächsten Layout werde ich auf jeden Fall Schutzdioden vorsehen.
-gb- schrieb: > Der ADC Treiber kann 10mA am Eingang vertragen, der ADC hat zwar > Schutzdioden, aber leider steht nicht dabei was die vertragen. Rechne mal mit 1mA. Dann kann nichts schief gehen. Um welchen Frequenzbereich geht es? Evtl. kannst du beim Vorverstärker parallel zum Gegenkopplungwiderstand eine Z-Diode einbauen, die das Signal begrenzt.
Naja das sind sehr steile Flanken, also schon höhere Frequenzen, der ADC den ich derzeit zum Basteln verwende hat 5MSps, das reicht mir. DC muss nicht sein, aber fast bis runter. Das sind exponentielle Pulse, also steile Flanke und dann langsamer Spannungsabfall. Jetzt habe ich am Eingang 10kOhm. Danach kommt aus den Verstärkern maximal die Versorgungsspannung raus, also 5V. Da gehe ich dann über 1kOhm auf den ADC. Da merkt man dass der Samplekondensator nicht schnell lädt, also weniger Widerstand wäre besser. Aber es passt so aktuell, gerade läuft eine Messung.
So, jetzt habe ich mal ein paar Stunden gemessen und man kann etwas vergleichen. Im Anhang sind zwei Spektren, je Kanal ein Wert. Original war eine alte Messung vollständig mit unverbastelter gekaufter Hardware und neu ist von mir gemessen mit ADC, dann Filterung im FPGA. Im neu sind im letzten Kanal viele Impulse gelandet, das ist so, weil es noch höhere Energien gibt die jetzt eben clippen. 8192 ist 2**13, man könnte hier mehr Bits verwenden, aber weil die alte Hardware 13 Bits liefert ist hier die ganze Auswertesoftware auch auf 13 Bits ausgelegt. In Zukunft könnte man da was dran ändern, ist aber am Ende nicht sehr sinnvoll. Ja, was soll man sagen, ich bin zufrieden, das Ergebnis ist minimal besser als die Fertighardware (die aber schon alt ist). Ich habe von jedem Impuls nach dem Gefiltere im FPGA das Maximum genommen. Denkbar wäre auch, dass man die Fläche unter dem Impuls nimmt. Das werde ich auch noch versuchen.
Man teilt die Spannung soweit runter, daß der Maximalwert innerhalb VCC ist und benutzt einen ADC mit integriertem Verstärker, der die Spannung auf den gewünschten Bereich anhebt.
Gustl B. schrieb: > Denkbar wäre auch, dass man die Fläche unter dem Impuls nimmt Das ist sinnvoll, weil verlangsamende Effekte (Kapazitäten, Induktivitäten) die nicht ändern, aber den Peak mindern können. Fläche ist also aussagekräftiger für die Energie als Spitzenwert. Das wusste auch der Depp nicht, der Überlichtgeschwindigkeit in seiner Signalübertragung gefunden haben wollte.
Peter D. schrieb: > Man teilt die Spannung soweit runter, daß der Maximalwert innerhalb VCC > ist und benutzt einen ADC mit integriertem Verstärker, der die Spannung > auf den gewünschten Bereich anhebt. Empfehlungen? Und was passiert im ADC wenn das Signal clippt? Ja das mit der Fläche ist so eine Sache, die gekaufte alte Hardware nimmt auch nur einen Wert. Aber wie ist das wenn ich diese exponentiellen Pulse filtere damit sie annäherns wie ein Gauß aussehen, dann dann ist jedes Ausgangssample ein gewichteter Mittelwert der Eingangssamples (FIR Filter). Das ist doch dann schon eine Fläche oder? Klar nicht direkt die Fläche, das wäre ein gleitender Mittelwert oder FIR mit lauter gleichen Koeffizienten, aber eben doch eine Art verzerrte Fläche. Macht es da wirklich Sinn nochmal die Fläche unter diesem gaußförmigen zu berechnen?
Noch eine vielleicht komische Frage: Wenn ich eine Eingangsschutzschaltung habe mit Diode dann kann da ja ein großer Strom fließen wenn das Signal am Eingang mal zu groß ist. Wie ist das für die Quelle? Die sieht doch dann einen Kurzschluss. Beispiel die Quelle liefert 0 ... +15V, mit einer Diode schneidet man alles über 4V ab. Halten das übliche Geräte aus?
Gustl B. schrieb: > Und was passiert im ADC wenn das Signal clippt? Es wird halt hart auf 2^n (n: ADC-Wortbreite) begrenzt. Gustl B. schrieb: > Wenn ich eine Eingangsschutzschaltung habe mit Diode dann kann da ja ein > großer Strom fließen wenn das Signal am Eingang mal zu groß ist. > Wie ist das für die Quelle? Die sieht doch dann einen Kurzschluss. Ja, schon. Aber kann die Quelle beliebig Strom liefern? Eine Signalquelle wird das i.A. nicht tun, wenn du aber Versorgungsspannungen misst, dann könnte das vorkommen. Man hilft sich mit einem Serienwiderstand, so dass der Strom nicht übermäßig groß wird, aber trotzdem noch die Quellimpedanz für den ADC ausreichend niedrig ist. Ein anderes Problem ergibt sich dadurch, dass ein Ableiten von Strömen über die Dioden auf die Versorgungsspannung diese ggf. erhöht - auch über das Maß hinaus, das die Schaltung verträgt und insbesondere dann, wenn z.B. ein µC schläft und fast keinen Strom benötigt. In dem Fall muss man mit einer Z-Diode den maximalen Pegel begrenzen.
HildeK schrieb: > Ja, schon. Aber kann die Quelle beliebig Strom liefern? Eine > Signalquelle wird das i.A. nicht tun Natürlich, aber kann ich etwas kaputt machen an der Quelle? Ich habe hier noch nie den Ausgang eines Signalgenerators kurzgeschlossen, könnte mir aber vorstellen, dass das nicht gut ist. Gut, bei Messgeräten und Generatoren wird der Hersteller schon einen Schutz verbaut haben, aber andere Geräte die am Ausgang ein bestimmtes anderes Gerät erwarten weiß ich das nicht. Serienwiderstände habe ich jetzt und verwende die Schutzdioden in den OPVs vor dem ADC. funktioniert wunderbar. Bei mir ist das sowieso unkritisch weil das nur kurze Impulse sind, da werden diese Dioden vielleicht etwas warm, können aber dann vergleichsweise lange abkühlen.
Gustl B. schrieb: > Ich habe > hier noch nie den Ausgang eines Signalgenerators kurzgeschlossen, könnte > mir aber vorstellen, dass das nicht gut ist. Deshalb hatte ich ja von einem Schutzwiderstand gesprochen, der direkt vor den Eingang gelegt wird - in Serie. Es hängt halt von den Spezifikationen der Quelle ab. Normale Signalgeneratoren haben 50Ω Innenwiderstand, bei Ton-NF auch 600Ω, die sind üblicherweise kurzschlussfest. Das ist sogar wichtig bei HF: ein Stück Leitung am Ende offen transformiert bei der passenden Frequenz einen Kurzschluss an den Anfang. Gustl B. schrieb: > Bei mir ist das sowieso > unkritisch weil das nur kurze Impulse sind, da werden diese Dioden > vielleicht etwas warm, können aber dann vergleichsweise lange abkühlen. Serienwiderstände welchen Wertes? Welche Schutzdioden? Was für Quellen? Welche Pegel? It depends ... Das Hauptproblem bleibt aber: HildeK schrieb: > Problem ergibt sich dadurch, dass ein Ableiten von Strömen > über die Dioden auf die Versorgungsspannung diese ggf. erhöht - auch > über das Maß hinaus, das die Schaltung verträgt und insbesondere dann, > wenn z.B. ein µC schläft und fast keinen Strom benötigt.
Danke. Aus dem externen Gerät kommen kurze Impulse raus die ins Negative gehen, von 0 nach -15V. Mich interessieren davon 0 ... -1V ca. Das geht erstmal über 10kOhm auf einen OPV und dann auf einen fully-differential-amplifier der das zu einem differentiellen Signal macht. Aus dem ersten OPV können am Ausgang maximal die ±5V der Versorgung rauskommen. Dieser erste OPV hat ESD Dioden drinnen die laut Datenblatt 10mA aushalten - dauerhaft. Bei mir sind das kurze Impulse mit maximal 1,5mA durch die 10kOhm. Das würde also auch mit 1kOhm vermutlich noch gut gehen, ist zwar mehr als die 10mA, aber die Imulse sind so exponentiell abfallend, also die Zeit die der Strom >10mA ist ist nur sehr kurz, deutlich unter einer us. Die allermeisten Impulse sind sowieso klein genug um nicht angeschnitten zu werden, also zwischen 0 und -5V. Die großen Impulse sind sehr selten, weniger als einer je Sekunde. Es kommen also maximal ±5V raus zum fully-differential-amplifier und der hat eine Verstärkung von 5. Habe ich so eingestellt weil das gut passt zu dem interessanten Bereich im Signal. Der ADC dahinter kann 0 ... 4,096V am Eingang erfassen. Ich gucke mir also von der Quelle einen Bereich etwas kleiner als 1V an. Da passiert das was erfasst werden soll. Dieser fully-diferential-amplifier hat als iderstände 10kOhm und 50kOhm und kann an seinem Ausgang wieder maximal ±5V liefern. Das ist also 1V über dem ADC Bereich, aber der ADC hält laut Datenblatt maximal die Versorgungsspannung +0,3V aus, das halte ich also ein auch wen es clippt. Der fully-differential-amplifier hat selber ESD-Dioden und der ADC auch. Dass die Versorgungsspannung verschoben wird kann sein, aber nur sehr gering und sollte egal sein weil weder V_CM für den fully-diferential-amplifier noch die ADC Referenzspannung über einen Spannungsteiler erzeugt werden. Dass das Massepotential leicht angehoben wird könnte auch sein, aber das ist eine durchgehende Masselage mit doch einigen Kondensatoren. Da müssten also schon viele Ladungen hinfließen.
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