Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Hallsensor 30A Version Rauschen lässt sich nicht filtern, 20A schon


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von was (Gast)


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Ich habe hier 2 Module mit dem ACS712 Hall-Stromsensor an 10-bit ADCs. 
Aufgenommen wurden 3k Samples bei 5kHz und I_mess = 0.

https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/A200/ACS712.pdf

Die 20A Version rauscht ohne externen Filter-C um 1,27 LSB 
(Standardabweichung), mit 10µF an Pin 6 um 0,44 LSB.

Die 30A Version rauscht ohne externen Filter-C um 0,89 LSB, mit 10µF an 
Pin 6 aber immernoch um 0,81 LSB.


Wie kann das sein, dass die 10µF das Rauschen einmal deutlich 
reduzieren, und einmal praktisch garnicht?

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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was schrieb:
> Wie kann das sein

Die beiden Sensoren haben womöglich unterschiedlich starke 
Ausgangstreiber bzw. unterschiedlich hohe Ausgangswiderstände.

Ein Kondensator alleine filtert gar nichts. Dazu gehört ein Widerstand:
1
            10kΩ
2
Sensor o----[===]----+---o Auswertung
3
                     |
4
                    === 100nF
5
                     |
6
                    GND

von was (Gast)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Ein Kondensator alleine filtert gar nichts. Dazu gehört ein Widerstand:

Das ist schon klar, der Widerstand (laut DaBla 1,7 kOhm) ist im ACS712 
integriert und bildet zusammen mit dem externen C einen RC-Tiefpass, 
gefolgt von einem Spannungsfolger.
Dadurch lässt sich die Bandbreite einstellen bzw. das Rauschen 
reduzieren.

Klappt bei der 20A Version auch wunderbar, bei der 30A Version hingegen 
überhaupt nicht.

von Wolfgang (Gast)


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was schrieb:
> Die 30A Version rauscht ohne externen Filter-C um 0,89 LSB, mit 10µF an
> Pin 6 aber immernoch um 0,81 LSB.

Die Lötstelle am Pin 6 ist in Ordnung? ;-)

von was (Gast)


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Wolfgang schrieb:
> Die Lötstelle am Pin 6 ist in Ordnung?

Ja, hab ich durchgepiepst und sieht auch optisch gut aus. Das andere 
Beinchen liegt auch auf GND.

- C hat auch tatsächlich 10,2µF und ist nicht verpolt.
- Sensoren liegen direkt nebeneinander und weit entfernt von jeglichen 
Stromführenden Leitungen oder sonstigen Magnetfeldern.
- Versorgungsspannung ist die selbe.
- Das Problem wandert mit den Sensoren mit, am ADC Kanal oder Software 
liegts also nicht.

von Dietrich L. (dietrichl)


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was schrieb:
> - Das Problem wandert mit den Sensoren mit

Hast du mehrere Exemplare zum Vergleichen? Vielleicht hat der 30A-Typ ja 
eine Macke...

von Wolfgang (Gast)


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was schrieb:
> Ja, hab ich durchgepiepst und sieht auch optisch gut aus. Das andere
> Beinchen liegt auch auf GND.

Dann wäre der nächste Schritt doch, am Pin 6 mal ein Oszi anzuklemmen 
und das Signal während eines Stromsprungen zu betrachten.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Ach der Kondensator ist an Pin 6, das habe ich nicht mitbekommen. Dachte 
er sei am Ausgang.

von was (Gast)


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Wolfgang schrieb:
> Dann wäre der nächste Schritt doch, am Pin 6 mal ein Oszi anzuklemmen
> und das Signal während eines Stromsprungen zu betrachten.

Ich habe leider nur ein Hantek 6022 hier, das ist für so kleine Signale 
unbrauchbar.

Dietrich L. schrieb:
> Hast du mehrere Exemplare zum Vergleichen? Vielleicht hat der 30A-Typ ja
> eine Macke...

Nein, werd wohl eines organisieren müssen.

von Wolfgang (Gast)


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was schrieb:
> Ich habe leider nur ein Hantek 6022 hier, das ist für so kleine Signale
> unbrauchbar.
???

Wie groß sind denn die Signale? Du solltest natürlich nicht nur ein paar 
Milliampere fließen lassen. Notfalls nimmst du einen OP und baust damit 
einen Elektrometerverstärker, um das Signal passend zu verstärken.

von was (Gast)


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Wolfgang schrieb:
> ???
>
> Wie groß sind denn die Signale? Du solltest natürlich nicht nur ein paar
> Milliampere fließen lassen.

Ich verstehe die Frage nicht. Mir geht es hier ums Rauschen und das 
bewegt sich wie gesagt im Bereich von <1 LSB bei 10 bit, was bei 5V VCC 
nunmal <5 mV bedeutet. Das ist eine Größenordnung unter dem, was mein 
DSO ordentlich auflösen kann.

Ein großer oder kleiner Messstrom verschiebt den Gleichanteil des 
Signals nur, das hilft mir nicht weiter. Ich lasse hier wie gesagt genau 
0,000 mA fließen, um da schonmal garantiert keine Rauschquelle zu haben.

Wolfgang schrieb:
> Notfalls nimmst du einen OP und baust damit
> einen Elektrometerverstärker, um das Signal passend zu verstärken.

Kann ich machen, mach ich vielleicht auch, aber dann sehe ich das 
Signal, das ich mir nicht erklären kann halt noch genauer.

Was ich wirklich brauche sind Erklärungsvorschläge für meine Beobachtung 
aus dem Eröffnungspost.

von Achim S. (Gast)


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was schrieb:
> Ich verstehe die Frage nicht.

stimmt. Wolfgang hat die vorgeschlagen die Bandbreite deines Sensors 
nachmessen. um die Ursache für deine Beobachtung zum Rauschen 
herauszufinden.

was schrieb:
> Was ich wirklich brauche sind Erklärungsvorschläge für meine Beobachtung
> aus dem Eröffnungspost.

dann mach die von Wolfgang vorgeschlagene Messung um als ersten Schritt 
zu prüfen, ob die Bandbreite des Signals sich verhält wie erwartet

von Petra (Gast)


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Hallsensoren direkt nebeneinander montieren ist keine gute Idee. Die 
beeinflussen sich sehr gerne, besonders bei hohen Strömen. Besser ist 
es, sie versetzt und zueinander verdreht zu montieren. Vielleicht stammt 
das Rauschen von einer unsauberen Betriebsspannung oder beeinflussen 
sich die Sensoren?

von was (Gast)


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Petra schrieb:
> Die
> beeinflussen sich sehr gerne, besonders bei hohen Strömen.

Ist klar, aber der Strom ist ja jetzt grade zum testen 0. Nebeneinander 
habe ich sie für jetzt mal gesetzt, damit ich mit Sicherheit nicht mit 
einem Störungen einfange, die der andere nicht abbekommt.

Petra schrieb:
> Vielleicht stammt
> das Rauschen von einer unsauberen Betriebsspannung

Auch wenn das so wäre erklärt das nicht den Unterschied zwischen den 
Sensoren, denn die werden wie gesagt mit derselben Betriebsspannung 
gespeist.

von Chris K. (kathe)


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Datenblatt Bitte selber ausrechnen.
Application 6. When a low pass filter is constructed
externally to a standard Hall effect device, a resistive
divider may exist between the filter resistor, RF, and
the resistance of the customer interface circuit, RINTFC.
This resistive divider will cause excessive attenuation,
as given by the transfer function for ΔVATT.

von was (Gast)


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Chris K. schrieb:
> When a low pass filter is constructed
> externally to a standard Hall effect device

is aber nicht, bei mehr geht Pin7 (VIOUT) direkt auf den ADC-Eingang. 
Ich hab auch keine Anzeichen von "excessive attenuation". Also 
irrelevant, richtig?

von Wolfgang (Gast)


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was schrieb:
> Kann ich machen, mach ich vielleicht auch, aber dann sehe ich das
> Signal, das ich mir nicht erklären kann halt noch genauer.

Das ist erstmal völlig egal. Erstmal ist zu klären, warum du keinen 
Einfluss vom Filterkondensator am Pin 6 siehst.
Es geht sozusagen darum, die Signalkette vom Hallsensor zum DAC 
systematisch zu prüfen.

> Was ich wirklich brauche sind Erklärungsvorschläge für meine Beobachtung
> aus dem Eröffnungspost.

Wenn das Datenblatt stimmt, darf es nicht sein, dass der Kondensator 
keinen Einfluss hat.

Darum sollst du einen Stromsprung auf den Eingang geben und die 
Sprungantwort am Kondensator (Pin 6) mit dem Oszi angucken. Das Signal 
muss so groß sein (notfalls mit zusätzlichem Verstärker), dass du den 
Sprung auf dem Oszi gut siehst. An Pin 7 (VIOut) muss die Signalform 
ähnlich aussehen, nur verstärkt.
Es muss sich die bekannte Lade-/Entladekurve eines Kondensator im 
RC-Tiefpass zeigen. Die Zeitkonstante muss abhängig vom Wert des 
Kondensators sein.
Der ADC ist hier erstmal völlig egal.

von Gnorm (Gast)


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Wie waere es mal mit max. 10 nF statt uF gemaess Datenblett?

von Wolfgang (Gast)


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Gnorm schrieb:
> Wie waere es mal mit max. 10 nF statt uF gemaess Datenblett?

Wenn der Kondensator einen Faktor 1000 zu groß ist, muss er erst recht 
einen Großteil des von vorne kommenden Rauschens platt machen.
Alle höherfrequenten Signalanteile, die sich davon nicht beeinflussen 
lassen, entstehen dahinter, d.h. in der Verstärkerstufe zwischen Pin 6 
und 7, in der Signalführung von VIout zum ADCin (Einstreuung) oder im 
ADC selbst (Eigenrausche ADC, unsaubere Referenz).

von Jens G. (jensig)


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Wolfgang (Gast) schrieb:

>Gnorm schrieb:
>> Wie waere es mal mit max. 10 nF statt uF gemaess Datenblett?

>Wenn der Kondensator einen Faktor 1000 zu groß ist, muss er erst recht
>einen Großteil des von vorne kommenden Rauschens platt machen.

Nöö. Der der TO einen Elko verwendet, könnte der bei etlichen 10kHz 
durchaus noch reichlich durchlassen. Man nehme also mal einen KerKo ...
(erklärt natürlich nicht den Unterschied zw. 20A und 30A)

Die Frage wäre auch noch, ob der Pfad zw. Sensor und ADC nicht einen 
wesentlichen Teil an dem "Rauschen" beiträgt, oder gar der ADC selber.
Was zeigt denn der ADC bei kurzgeschlossenem Eingang an?

: Bearbeitet durch User
von was (Gast)


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Gnorm schrieb:
> Wie waere es mal mit max. 10 nF statt uF gemaess Datenblett?

Wieso? Ich kann keine Gefahr für Instabilität erkennen, also warum nicht 
10µF?

Jens G. schrieb:
> Die Frage wäre auch noch, ob der Pfad zw. Sensor und ADC nicht einen
> wesentlichen Teil an dem "Rauschen" beiträgt, oder gar der ADC selber.

Wie gesagt, Sensoren getauscht, Rauschen wandert mit -> Am ADC liegts 
nicht.
Der Pfad zwischen Sensor und ADC ist bei beiden identisch, 50cm 
verdrillte Servolitze und nichts sonst in der Nähe dazu.

Jens G. schrieb:
> Der der TO einen Elko verwendet, könnte der bei etlichen 10kHz
> durchaus noch reichlich durchlassen. Man nehme also mal einen KerKo ...
> (erklärt natürlich nicht den Unterschied zw. 20A und 30A)

Richtig, um den geht's aber. Elkos sind auch vom selben Typ und wurden 
auch bereits vertauscht, ohne Änderung.

von was (Gast)


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Jens G. schrieb:
> Was zeigt denn der ADC bei kurzgeschlossenem Eingang an?

Stabil 0, oder was meinst du mit kurzgeschlossen?

von Wolfgang (Gast)


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was schrieb:
> Wie gesagt, Sensoren getauscht, Rauschen wandert mit -> Am ADC liegts
> nicht.

Du hast nicht nur den Sensor getauscht, sondern auch die 
Signalaufbereitungselektronik.
Hast du jetzt mal die Signale an den Pins 6 und 7 angeguckt und einen 
Stromsprung draufgegeben?

Die Aufklärung deiner Beobachtung wird ohne aussagekräftige Messungen 
schwierig.

von Gnorm (Gast)


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Wolfgang schrieb:
> Gnorm schrieb:
>> Wie waere es mal mit max. 10 nF statt uF gemaess Datenblett?
>
> Wenn der Kondensator einen Faktor 1000 zu groß ist, muss er erst recht
> einen Großteil des von vorne kommenden Rauschens platt machen.
> Alle höherfrequenten Signalanteile, die sich davon nicht beeinflussen
> lassen, entstehen dahinter, d.h. in der Verstärkerstufe zwischen Pin 6
> und 7, in der Signalführung von VIout zum ADCin (Einstreuung) oder im
> ADC selbst (Eigenrausche ADC, unsaubere Referenz).

Ach so, Du weißt also, daß das Problem davor entsteht?
Dieses Blockdiagramm ist ziemlich sicher eine Vereinfachte Darstellung 
des tatsächlichen Aufbaus. Egal. Auch dort sind OP's, Widerstände und 
Kondensatoren dargestellt. Und jetzt kommt ein um Faktor 1.000 
falschdimensioniertes Bauteil da rein, und das soll besser sein? Der 
Hersteller wird sich schon was dabei gedacht haben, die Werte anzugeben, 
da er das großes Interesse hat, daß sein Produkt sich a.) bestmöglich 
verhält und b.) genau so, wie in seinem Datenblatt beschrieben.
Wenn jemand etwas nicht so wie im Datenblatt beschrieben betreibt, muß 
er sich nicht wundern! Hat der TO denn schon mal den korrekten Wert 
benutzt und dann gemessen?

Auf S. 10 unten ist auch schön die sogenannte rise-time beschrieben. 
Wenn jetzt also z.B. die Versorgungsspannung da schön rumeiert, kann er 
bei so großen Zeitkonstanten ja nur das beobachtete Ergebnis bekommen! 
Und da ist die 145-fache Zeit dargestellt, und das nur bei 470 nF 
statt 1 nF. Interpolier mal selber zu 10 µF...

Und wo nimmt der TO überhaupt das "Problem" der sagenhaften 0,81 LSB 
her? Das Datenblatt gibt nur 11 mV bei der Variante 20 A und 7 mV bei 
der Variante 30 an. Kein min und kein max! Und das bei 2 kHz statt der 
2,5 mal höheren Samplerate des TO. Jetzt kommt es auf die ADC-Schaltung 
des TO an, was denn 7 mV bei 2500 mV in seiner Schaltung darstellen. Ein 
ADC zumindest in Mikrocontrollern hat selbst ein mehrfaches als 0,8 LSB 
an "Problemen". Und welche Versorgungsspanung haben die beiden? Ohne die 
komplette Schaltung inkl. ADC ist das hier keine Diskussion wert!!!

Jens G. schrieb:
> (erklärt natürlich nicht den Unterschied zw. 20A und 30A)

Na ja, das sind ja auch unterschiedliche Schaltungen mit 
unterschiedlicher Empfindlichkeit und unterschiedlichem Aufbau (wie oben 
beschrieben).

von was (Gast)


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Gnorm schrieb:
> Und wo nimmt der TO überhaupt das "Problem" der sagenhaften 0,81 LSB
> her?

Die Frage verstehe ich nicht. Ich habe einen Stromregelkreis und 0,81 
LSB Rauschen ist halt zu viel um auf die Performance zu kommen, die ich 
gern hätte. Ist das ziemlich auf Kante genäht? Ja. Gäbe es genauere 
Möglichkeiten den Strom zu messen? Ja. Krieg ich die Freitagnachmittag 
noch irgendwo her? Nein.

Gnorm schrieb:
> Ohne die
> komplette Schaltung inkl. ADC ist das hier keine Diskussion wert!!!

Dafür war dein Beitrag aber lang :)
Der Rest der Schaltung interessiert nunmal nicht, da die einzige 
Variable die als Fehlerquelle nicht durch Tauschen ausgeschlossen werden 
konnte nunmal das ACS712-Modul selbst ist. Ich weiß, als TO hat man hier 
grundsätzlich keine Ahnung, schon klar, aber im Dunkeln stochern kann 
ich auch alleine.
Ich hatte gehofft jemand hat diesbezüglich Erfahrung mit den Dingern 
oder hat sonst eine schlüssige Erklärung, dem ist wohl nicht so, kann 
man nichts machen.

Gnorm schrieb:
> Na ja, das sind ja auch unterschiedliche Schaltungen mit
> unterschiedlicher Empfindlichkeit und unterschiedlichem Aufbau (wie oben
> beschrieben).

Achso, unterschiedliche Schaltungen, na dann ist es ja klar warum das 
Signal den Gesetzen der Physik trotzt und den Tiefpass einfach 
ignoriert.




Allen die versucht haben zu helfen danke ich, leider kann ich mit den 
begrenzten Mitteln auf dem heimischen Schreibtisch einfach keine 
großartigen Messungen liefern, so gern ich wollte.

Ich hab das Problem jetzt so gelöst: Ich konnte noch ein 5A Modul 
organisieren, dem habe ich einen kleinen Bypass aus Silberdraht 
spendiert um so wieder auf meine 20A Messbereich zu kommen.

Dieses Modul verhält sich brav und kommt auch schon mit nur 470nF 
Filter-C auf 0,34 LSB Rauschen, das reicht für meine Anwendung.

Schönes Restwochenende :)

von letallec (Gast)


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was schrieb:
> - C...
> - Sensoren...
> - Leitungen...
> - Versorgungsspannung...
> - Problem...
> - Zeig doch mal deine Berechnungen.

von letallec (Gast)


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was schrieb:
> Ich verstehe die Frage nicht.

Geschätzt?

Schätze, Du kannst nicht schätzen. Kann ich auch nicht, deswegen rechne 
ich immer nach.

von Wolfgang (Gast)


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Gnorm schrieb:
> Ach so, Du weißt also, daß das Problem davor entsteht?

Nein, der TO möchte es wissen. Und um festzustellen, woher seine 
Störungen kommen, muss man einen Blick in die Signalkette tun.

> Interpolier mal selber zu 10 µF...
Da braucht man gar nicht rumzuinterpolieren. Der Wert des Widerstandes 
ist im Datenblatt direkt als Zahlenwert angegeben.

Gnorm schrieb:
> Und wo nimmt der TO überhaupt das "Problem" der sagenhaften 0,81 LSB
> her? Das Datenblatt gibt nur 11 mV bei der Variante 20 A und 7 mV bei
> der Variante 30 an.

Er hat gemessen - 3 kSamples und dann ein bisschen Statistik gemacht.

was schrieb:
> Aufgenommen wurden 3k Samples bei 5kHz und I_mess = 0.
> ...
> Die 20A Version rauscht ohne externen Filter-C um 1,27 LSB
> (Standardabweichung), mit 10µF an Pin 6 um 0,44 LSB.


was schrieb:
> Ich hab das Problem jetzt so gelöst: Ich konnte noch ein 5A Modul
> organisieren, dem habe ich einen kleinen Bypass aus Silberdraht
> spendiert um so wieder auf meine 20A Messbereich zu kommen.

... und nix dabei gelernt. Dafür hättest du den Thread hier nicht 
aufmachen müssen.

von letallec (Gast)


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Wolfgang schrieb:
> Und um festzustellen, woher seine Störungen kommen, muss man einen Blick
> in die Signalkette tun.

Konfusius ich hör Dich trapsen.

von was (Gast)


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Wolfgang schrieb:
> ... und nix dabei gelernt.

Doch schon, nur halt nicht hier.

Wolfgang schrieb:
> Dafür hättest du den Thread hier nicht
> aufmachen müssen.

Tja, das weiß ich JETZT auch. Nachher ist man immer schlauer.

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