Für den ADC ADS124s06, der auf dem EvalBoard ADS124S08EVM sitzt mit
einer Referenzspannungsquelle REF5025, möchte ich mit einer etwas
stromstärkere Referenzspannungsquelle wechseln. Der Grund ist, dass der
REF5025 nur 10 mA liefern kann, ich aber 22 mA brauche. Bei der suche
nach Alternativen habe ich zwei anderen Referenzensp. gefunden, nämlich
den LT1461AIS8-2.5 und ADR431BRZ. Jetzt weiß ich aber nicht, wie ich das
mit den Daten bzgl. Rauschen, Initial Accuracy usw. machen soll. Ich
habe mal die m.M.n. wichtigsten Daten rausgesucht und verglichen, dabei
kam das raus:
Bei Noise steht beim REF5025 und ADR431 die Einheit µVpp/V und beim
LT1461 ppm_RMS. Ich nehme an, dass das beides nicht das gleiche ist.
Kann man also ppm_RMS nach µVpp/V umrechnen?
Um die absolute Abweichung auszurechnen denke ich, muss ich die Daten
von Strom und Ref.-Spannung mit den einzelnen Werten multiplizieren und
dann zusammen rechnen, so habe ich das jetzt mal gemacht. Dabei kam das
raus:
Line Regulation = 1 ppm/V = 0,000001 pro Volt
= 2,5V × 0,000001 = 2,5 µV
Initial Accuracy = 0,05%
= 2,5V × 0,0005 = 1,25 mV
Load Regulation = 50 ppm/mA = 50µ pro mA
= 22 mA * 0,00005 = 1,1 µA
Da der Lastwidestand konstant ist (2,5V ÷ 22 mA = 113,64 Ohm = 3× 350
Ohm parallel, Stromwert aufgerundet), ist die Spannungsabweichung auch
konstant, also
1,1 µA × 113,64 Ohm = 125,004 µV
Noise = 3 μVPP/V = 3µV Peak-Peak pro Volt Ausgangsspannung (2,5 V)
= 2,5V × 0,000003 = 7,5 µV
Jetzt alles zusammengerechnet ergibt eine Abweichung nach oben oder
unten von insgesamt:
0,0025 mV + 1,25 mV + 0,125 mV + 0,0075 mV = 1.385 mV
Für den ADR431 komme ich auf 1,309 mV
und den LM1461 komme ich auf 1,055 mV.
Den Unterschied macht die Initial Accuracy aus.
Soviel könnte die Referenzspannung vom Idealwert abweichen*, wobei ich
die Temperatur jetzt mal rausgelassen habe. Das Gerät wird letztlich
beim Raumtemperatur gebraucht.
*Beim REF5025 kann das aber nicht sein, weil der REF5025 nur 10 mA
liefern kann ich aber mit 22 mA gerechnet habe.
Ich frage mich auch, ob das überhaupt sinnvoll ist, also die vorhandene
Referenzspannungsquelle wegen dem Strom gegen eine andere auszutauschen.
Vllt. wäre es besser, die jetzige drin zu lassen und einen OP als
Stromverstärker zu benutzen. Ein Kollege hat den OP350 vorgeschlagen
aber da gibt es sicher bessere mit weniger Stromverbrauch (OP350 ca. 7
mA, Batteriebetrieb). Generell aber haben OP's doch mehr negativen
Einfluss als eine andere Referenz meine ich, wenn ich an Offset,
Linearität, Rauschen usw. denke.
Ist das soweit richtig? Oder anders, ist das überhaupt sinnvoll, so
vorzugehen?
Eine Referenz ist keine Strom-/Spannungsquelle. Man sollte sie nur
minimal belasten, und nicht etwas zu speisen versuchen, allenfalls einen
ADC Referenzeingang und einen hochohmeigen Spannungsteiler.
Worum geht es denn ?
K. H. schrieb:> Ich frage mich auch, ob das überhaupt sinnvoll ist,> also die vorhandene Referenzspannungsquelle wegen> dem Strom gegen eine andere auszutauschen.
I.d.R. wird das nicht sinnvoll sein.
> Vllt. wäre es besser, die jetzige drin zu lassen> und einen OP als Stromverstärker zu benutzen.
Richtig.
> Generell aber haben OP's doch mehr negativen Einfluss> als eine andere Referenz meine ich, wenn ich an Offset,> Linearität, Rauschen usw. denke.
Unsinniger Ansatz.
Jedes funktionierende technische System ist ein
Kompromiss.
Es kommt nicht darauf an, ob es schlechter als das
theoretische Ideals ist -- es kommt darauf an, dass es
für Deinen konkreten Zweck gut genug ist.
Anfänger lösen Probleme, die sich gar nicht stellen;
sie lassen den Impedanzwandler weg, weil er ja die
Daten der Referenzquelle verschlechtern KÖNNTE --
und handeln sich dadurch einen ganzen Sack viel
schlimmerer Probleme ein.
Fachleute rechnen nach, ob die Verschlechterung im
akzeptablen Rahmen liegt, und verbessern bei Bedarf (!!)
den Impedanzwandler.
K. H. schrieb:> Für den ADC ADS124s06, der auf dem EvalBoard ADS124S08EVM sitzt mit> einer Referenzspannungsquelle REF5025, möchte ich mit einer etwas> stromstärkere Referenzspannungsquelle wechseln. Der Grund ist, dass der> REF5025 nur 10 mA liefern kann, ich aber 22 mA brauche.
Es ist sinnvoller, das Du bei der REF5025 bleibst und diese per BUFFER
abpufferst, um Deine 22mA Verbraucher zu versorgen.
Joggel E. schrieb:> Worum geht es denn ?
Die Referenz soll zwei Dinge versorgen, zum einen den ADC-Ref Eingang
und zum anderen den Kraftsensor (3-achsig, deswegen 3x 350 Ohm
parallel). Generell soll es ja so gemacht werden, dass die Spannung, die
den 3 Wheatstone-Brücken versorgt auch an den Ref-Eingang vom ADC liegt.
Das Problem ist aber, dass eine Menge Bastel wird, wenn ich den
Ausgangspin von der Referenz unterbrechen würde und diesen Pin nur zum
OP führe und von da wieder zurück. Ich habe dann einen losen OP da
irgendwo rumbaumeln. Meine Idee war, die vorhandene Referenz gegen eine
weitgehenst pinkompatibele Referenz zu wechseln, das wäre das einfachste
und schnellste Art, zumal die Referenzen deutlich über 20 mA liefern
können.
Egon D. schrieb:> I.d.R. wird das nicht sinnvoll sein.Andrew T. schrieb:> Es ist sinnvoller, das Du bei der REF5025 bleibst und diese per BUFFER> abpufferst, um Deine 22mA Verbraucher zu versorgen.
Warum können dann, bzw. warum sind dann Referenzen so ausgelegt, dass
sie ohne Probleme bis 100 mA ausgeben können, wenn man es letztendlich
so handhabt, dass die Referenzen nur ein paar µA liefern müssen?
K. H. schrieb:> Warum können dann, bzw. warum sind dann Referenzen> so ausgelegt, dass sie ohne Probleme bis 100 mA> ausgeben können, wenn man es letztendlich so handhabt,> dass die Referenzen nur ein paar µA liefern müssen?
???
Entscheide Dich mal bitte: Entweder KÖNNEN die
Referenzen den Strom liefern, den Du brauchst, oder
sie KÖNNEN ES NICHT.
Wenn sie es können -- warum erzählst Du dann, sie
könnten es nicht?
K. H. schrieb:> Warum können dann, bzw. warum sind dann Referenzen so ausgelegt, dass> sie ohne Probleme bis 100 mA ausgeben können
damit man ein Verkaufsargument für unerfahrene Kunden hat ;-)
Andrew (und die andern) haben Recht: es ist eine schlechte Idee, von der
Referenz einen großen Strom liefern zu lassen. Wenn Leistung gefordert
ist, dann sollte die von einem anderen Bauteil (Buffer) bereitgestellt
werden. Schon, damit nur der Buffer warm wird, nicht die Referenz
selbst.
K. H. schrieb:> Generell aber haben OP's doch mehr negativen> Einfluss als eine andere Referenz meine ich, wenn ich an Offset,> Linearität, Rauschen usw. denke.
Welche Bandbreite würdest du denn für deine Referenz brauchen?
Vielleicht hilft gegen Rauschen ein Tiefpassfilter
Achim S. schrieb:> K. H. schrieb:>> Warum können dann, bzw. warum sind dann Referenzen>> so ausgelegt, dass sie ohne Probleme bis 100 mA>> ausgeben können>> damit man ein Verkaufsargument für unerfahrene Kunden> hat ;-)
Das ist die Kurzfassung :)
Die Langversion wäre: Nicht alle Anwendungen sind
gleichermaßen kritisch; es kommt -- siehe oben -- immer
auf den richtigen Kompromiss an.
Es mag also durchaus unkritischere Anwendungen geben,
bei denen man die reduzierte Zahl an Komponenten haben
will und die etwas schlechteren Daten in Kauf nehmen
kann.
K. H. schrieb:> Warum können dann, bzw. warum sind dann Referenzen so ausgelegt, dass> sie ohne Probleme bis 100 mA ausgeben können, wenn man es letztendlich> so handhabt, dass die Referenzen nur ein paar µA liefern müssen?
Weil man,
wenn man denn einige 100mA haben will,
auch 4-leiter Verdrahtung benötigt. Genau das haben aber "einfache"
Referenzen nicht. Gibt aber Weiterentwicklungen.
Schau mal hier, da sieht man das sehr schön in den Applikationen:
https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/LT6658.pdf
K. H. schrieb:> Die Referenz soll zwei Dinge versorgen, zum einen den ADC-Ref Eingang> und zum anderen den Kraftsensor (3-achsig, deswegen 3x 350 Ohm> parallel). Generell soll es ja so gemacht werden, dass die Spannung, die> den 3 Wheatstone-Brücken versorgt auch an den Ref-Eingang vom ADC liegt.
Das deutet an, dass es sich um eine ratiometrische Messung handelt.
In diesem Fall muss die Referenzspannungquelle hohe (d.h. etliche mA)
Ströme liefern, stabil sein, aber nicht unbedingt eine definierte
Spannung haben; es kommt nur auf das Verhältnis an.
Da würde ich am ehesten den LT1461 sehen; vielleicht würde sogar ein
LM317 oder LM723 reichen.
Egon D. schrieb:> Entscheide Dich mal bitte: Entweder KÖNNEN die Referenzen den Strom liefern,> den Du brauchst, oder sie KÖNNEN ES NICHT. Wenn sie es> können -- warum erzählst Du dann, sie könnten es nicht?
Vllt. hast du mich falsch verstanden, die zwei alternativen Referenzen,
die ich ausgesucht habe, können mehr als die geforderten 22 mA liefern,
die originale REF5025 kann nur 10 mA liefern. Deswegen war meine Idee,
einfach die REF5025 gegen eine andere zu tauschen. Die Berechnung von
oben, zu der ich noch nicht weiß ob die ok ist oder Käse, dient nur zum
Vergleich.
my2ct schrieb:> Welche Bandbreite würdest du denn für deine Referenz brauchen?
Es sollen 100 Messwerte/Sekunde dabei rauskommen. Für den ADC hieße das
wahrscheinlich, dass der diverse hundert Samplings/Sekunde machen muss
und dann filtern.
Egon D. schrieb:> Nicht alle Anwendungen sind gleichermaßen kritisch;> es kommt -- siehe oben -- immer auf den richtigen Kompromiss an.
Ebent. Und daher war mein Gedanke, statt der Bastelei mit OP wegen der
nur 22 mA@2,5 V bei 3,3V Versorgung die Referenz zu tauschen. Würde der
Strom jenseits der 50 mA sein, dann sähe das anders aus aber 22 mA finde
ich jetzt nicht soooo viel, dass es kritisch werden würde. Deswegen auch
die Vergleichsrechnung ganz oben.
Die Verlustleistung in der Referenz wäre doch:
(3,3 V - 2,5 V) × 22 mA = 17.6 mW, mit Eigenverluste vllt. 18 mW.
Andrew T. schrieb:> Schau mal hier, da sieht man das sehr schön in den Applikationen:
Das ist eine Doppel-Referenz mit Sensing für eben größere Ströme. Aber
da bin ich nicht, sondern bei 22 mA und einer Leitungslänge von vllt. 30
cm.
K. H. schrieb:> Das ist eine Doppel-Referenz mit Sensing für eben größere Ströme. Aber> da bin ich nicht, sondern bei 22 mA und einer Leitungslänge von vllt. 30> cm.
Ja, schön. Ist das so schwer sich da mal intensiver reinzulesen und das
Thema nachzuvollziehen?
Dann nimmst Du halt nur einen Ausgang davon,
und machst das Sensing (für kleineren Strom).
Oder Du nimmst BEIDE Ausgänge, und stellst sie auf die gleiche Spannung
ein, verteilt den Strom auf Deine Lasten.
Oder Du nimmst es einfach als Grundlage, Dein Wissen über den Einsatz
Referenzspannungsquellen mit Buffer (Integriert oder separat) so
anzugleichen, das Du einen für Deine speziellen Einsatz geeignete Lösung
erstellst.
Da wir bisher nur wissen, wieviel Strom Du benötigst und nicht wissen
wie es optimiert werden soll: Du bist der einzige der das entscheiden
kann.
Wie geschrieben, es geht um das Prinzip der Nutzung bei höherem
Stromverbrauch.
Und 30 cm 0,1 mm2 Hinweg und das gleiche zurück haben halt auch schon
0,1 Ohm --
NACHTRAG: "3× 350 Ohm parallel, "
also vermutlich DMS, ggfs. mehrere -- Dann bitte mal ansehen:
https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/LT6370.pdf
ab p. 22
K. H. schrieb:> Egon D. schrieb:>> Entscheide Dich mal bitte: Entweder KÖNNEN die>> Referenzen den Strom liefern, den Du brauchst,>> oder sie KÖNNEN ES NICHT. Wenn sie es können -->> warum erzählst Du dann, sie könnten es nicht?>> Vllt. hast du mich falsch verstanden, [...]
Nee -- ich verstehe Dich GAR NICHT.
Du rechnest an Leistungsdaten herum, ohne die
Anforderungen zu kennen. Genau das habe ich mit
"Probleme lösen, die sich gar nicht stellen"
gemeint.
Die 22mA kennen wir ja jetzt.
Welchen Innenwiderstand darf die Quelle haben?
Keine Aussage.
Genauigkeit? Temperaturdrift? Alterung? Rauschen?
Sonstige Anforderungen (wie Kurzschlussfestigkeit,
Unempfindlichkeit gegen Fremdspannung, EMV, ...)?
Alles Fehlanzeige.
Ist die interne Referenzspannung vielleicht herausgeführt,
damit man -- horribile dictu -- auf einem externen
Tochterboard einen Impedanzwandler unterbringen kann?
Oder gibt es umgekehrt die Möglichkeit, dem Board eine
extern erzeugte Referenzspannung zuzuführen?
Egon D. schrieb:> Welchen Innenwiderstand darf die Quelle haben?
Der Außenwiderstand ist so gut wie konstant und beträgt rein rechnerisch
120.833 Ohm = 6x (350+375) Ohm parallel. Wie groß sollte der
Innenwiderstand der Referenz also sein? Steht das im Datasheet?
Ich bin übrigens von (350+350) Ohm ausgegangen, habe aber nochmal im
Datasheet nachgesehen. Daher beträgt die Stromaufnahme des Sensors rein
rechnerisch 20,69 mA. Der Spannungsfall auf der Leitung (3 Stränge zu je
2x 0,032 mm² und ca. 30 cm Länge oder weniger, je Strang also 6,9 mA)
wird so bei 2 mV liegen, aber das kann der µC später raus rechnen.
> Genauigkeit?
Der 24-Bit ADC soll mit mindestens 14 ENOB (effictive number of bits)
liefern können, wenn es letztendlich 17 werden, um so besser.
> Temperaturdrift? Alterung? Rauschen?
Das Gerät wird ausschließlich im Labor gebraucht = Raumtemperatur.
Generell wird die Einsatzdauer über einen Tag verteilt bei ein paar
Stunden liegen mit Unterbrechungen, insgesamt über die Lebensdauer aber
bei unter 1000 Stunden vermutlich.
> Sonstige Anforderungen (wie Kurzschlussfestigkeit,> Unempfindlichkeit gegen Fremdspannung, EMV, ...)?
Das spielt keine Rolle, da alles intern verkabelt wird und man daran
nicht "rumschraubt" = sozusagen unveränderliche Festinstallation, da
wird auch nichts nach außen geführt. Deswegen wird es auch kein
Kurzschluss geben und wenn doch, wird man es an den Messwerten sehen.
Sollte das Teil daraufhin kaputt sein, ist es nicht tragisch, weil es
ist kein Massenprodukt sondern Laborequipment und von den Teilen werden
nur zwei gebaut. Von daher muss das Teil auch keine besonderen
Anforderungen erfüllen, denn das Gerät läuft mit einem
Standard-Handy-Akku (3,7 V, 2000 mAh) und der soll nach Möglichkeit
einen Tag = 8 Stunden durchhalten. Fremdeinflüsse gibt es eigentlich
auch nicht, lediglich ein Prozessor mit angeschlossenem OLED-Display
arbeitet in dem Gerät und sendet über Bluetooth 5 die Daten nach
draußen. An dem Gerät befindet sich eine USB-Buchse zum laden des Akkus
aber das Kabel darf während des Betriebs nicht angeschlossen sein, nur
zum laden. Weitere Komponenten im Gerät sind der Akkulade-Manager mit
Buck-Boost Converter (3,3V Ausgangsspg.) und I2C-Verbindung für den
Akkustand, ein serielles EEPROM, eine IMU-Einheit (Fertigprodukt), der
rein passive Sensor inkl. ADC (SPI-Verb.) befindet sich auf Abstand zum
Batterie-Manager, Display (SPI) und µC mit BLE (evtl. externe Antenne).
Evtl. kommt fürs Datenlogging noch eine SD-Karte mit rein, halte ich für
äußerst sinnvoll (Backup), sollte Bluetooth nicht zeitsynchron laufen
können wegen zuviel Wifi in der Umgebung oder dasss der Datendurchsatz
nicht ausreicht (ca. 100 kBit/s). Das tut nicht wirklich was zur Sache,
aber vervollständigt das Bild des Gesamtsystems. Ich habe auch irgendwo
eine Grafik dazu.
Andrew T. schrieb:> also vermutlich DMS, ggfs. mehrere -- Dann bitte mal ansehen:> https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/LT6370.pdf> ab p. 22
Habe ich mir angesehen und deine Vermutung mit DMS ist völlig richtig.
Allerdings gehen die 10 V so wie im Datenbladel garnicht, weil dann ist
der Sensor im Eimer (teuer Dingen, knappe 3000 € inkl. Kalibrierung und
Kalibriermatrix), die maximale Sensorspannung darf 5V nicht übersteigen,
zur Verfügung stehen aber nur 3,3 V.
Und ob eine Eingangsverstärker nötig ist ist noch offen. Die Kollegen
meinten, wäre nicht nötig, weil der ADC ja einen internen Verstärker hat
mit einem max. Verstärkungsfaktor von 128 und das würde ausreichen. Aber
der Sensor liefert nur max 0,5 mV/V Full Scale. Damit wären am
ADC-Eingang mit 128 × 0,5 mV/V × 2,5V = max. 160 mV zu rechnen und das
dann auf 24 Bit verteilen. Muss ich nochmal nachrechnen ob das so geht.
Auf der anderen Seite, wie soll mit ext. Vorverstärker die Kalibrierung
gehandhabt werden?
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