DA-Wandler 1Bit (Zählverfahren)

[Tom (Gast)]

Hi,

ich verfüge am Mikrocontroller noch über einen digitalen Ausgang (3V).
Diesen möchte ich nutzen, um eine analoge Spannung von 0-10V zu 
generieren.

Ich habe eine +15V Spannungsversorgung in meiner Schaltung, optimal für 
einen OPV.

Ich dachte an einen 1-Bit-DA-Wandler nach dem Zählverfahren, sprich:
Kondensator über Widerstand laden und mittels nicht-invert-OPV das 
Signal Verstärken.

Anforderungen:
- Geschwindigkeit ist kein großes Thema, die Schaltung hat locker 1-2s 
Zeit, um die gewünschte Ausgangsspannung zu erreichen.
- Strombelastbarkeit ist auch kein Thema, ~10mA für den analog-Out 
reichen mir.
- Restwelligkeit, sollte sich im Bereich von max. 10mV bewegen, gerne 
auch besser
- als digital-Frequenz am Mikrocontrollerausgang wäre bis zu max. 1kHz 
super, 10kHZ aber theoretisch noch möglich

Leider scheitere ich an der konkreten Dimensionierung hinsichtlich 
Widerstände und Kondensator.

Kan mir jemand mit einer Formel auf die Sprünge helfen?

Vielen Dank

[Tom (Gast)]

Noch zur Auflösung:
mir reichen 50mV-Schritte für den analog-Out locker, nur sollte diese 
eben nicht stärker als 10mV schwanken.

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Tom schrieb:
> Ich dachte an einen 1-Bit-DA-Wandler nach dem Zählverfahren

Das klingt unnötig kompliziert - es sei denn, du meinst doch PWM, die 
ich dir empfehlen würde. Wenn der Ausgang nicht schon PWM Funktionalität 
hat, kann man so etwas mithilfe eines Timer und sogen. Soft-PWM 
praktisch an jedem MC realisieren.

Tom schrieb:
> - Strombelastbarkeit ist auch kein Thema, ~10mA für den analog-Out
> reichen mir.

Naja, das erfordert meist schon einen Buffer, weil die PWM ja einen 
glättenden Tiefpass antreiben muss. Aber das kann ja dein Opamp gleich 
mit erledigen, wenn du ihn als Integrator beschaltest.

[Tom (Gast)]

Hi Matthias,

Matthias S. schrieb:
> Soft-PWM

genau sowas habe ich gemeint.

Hast du einen Tipp, wie ich die Schaltung hierfür dimensioniere?

[Martin (Gast)]

@ Tom

Alles mit einem Pin? Kannst du die Schaltung kurz skizzieren?

[Gustl B. (gustl_b)]

Da reicht oft ein analoges Tiefpass Filter an dem Pin.

[Baendiger (Gast)]

Tom schrieb:
> Hast du einen Tipp, wie ich die Schaltung hierfür dimensioniere

Was denn für eine Schaltung? Du erwähnst mehrfach "die Schaltung" aber 
zeigst keine.

Ein 1 Bit DA Wandler ist bspw. PWM mit nachgeschalteten Tiefpass. Dieser 
Tiefpass braucht aber keine OPV.

Tom schrieb:
> Strombelastbarkeit ist auch kein Thema, ~10mA für den analog-Out reichen
> mir.

Ändernde Last oder Konstant? Eine wechselnde Last ist ein Problem, weil 
so ein Steller nicht mehr ohne weiteres ausreicht. Dann könnte man 
wirklich einen OPV nutzen.

Wie präzise soll denn die Spannung sein? Restwelligkeit 10mV lässt 
vermuten, dass du gewisse Anforderungen hast.

[Tom (Gast)]

ja, ein Pin:

                    --------------------------------------
--------|           |      +15V                          |
        |           |       |                            |
µC      |           |       |                            |
        |           \----| -     |                       |
 3V Pin |---- R ----+----| + OPV |------+--- Aout        |
--------|           |    |       |      |                |
                    |       |           |                |
                    C       |         23.3k              |
                    |       |           +-----------------
                    |       |         10.0k
                    |       |           |
                   GND     GND         GND

Ich hoffe das ist verständlich ;)

[Achim S. (Gast)]

vielleicht hilft dir dieser Artikel beim Dimensionieren:
https://www.mikrocontroller.net/articles/Pulsweitenmodulation#RC-Filter_dimensionieren

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Gustl B. schrieb:
> Da reicht oft ein analoges Tiefpass Filter an dem Pin.

Da er allerdings sowieso mehr Pegel braucht, kann der OpAmp auch gleich 
einen aktiven Tiefpass bilden - evtl. mit ein wenig vorfiltern direkt 
nach dem MC. Zum integrieren wird im einfachsten Fall ein Kondensator 
über den 23,3k Widerstand gelegt.

[Gustl B. (-gb-)]

Natürlich. Ich schrieb das eher als Antwort auf den Post über meinem.

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Tom schrieb:
>> Soft-PWM
>
> genau sowas habe ich gemeint.
> Hast du einen Tipp, wie ich die Schaltung hierfür dimensioniere?

Das hängt davon ab.

Um aus einem PWM-Signal eine Gleichspannung zu erzeugen, muß man die 
Pulse tiefpaßfiltern. Der Filter muß dabei einerseits die Impulsfrequenz 
(und deren Vielfache, was bei einem Tiefpaß normalerweise automatisch 
gegeben ist) weit genug unterdrücken, so daß der Ripple auf der 
Ausgangsspannung klein genug ist. Andererseits soll das Ausgangssignal 
einer Änderung des Tastverhältnisses aber nicht zu langsam folgen. 
Irgendwo dazwischen liegt das Optimum.

Also: welche PWM-Frequenz kannst du erzeugen udn wie schnell soll das 
DC-Signal einer Änderung der Pulsweite folgen? Daraus ergibt sich, 
wieviel Aufwand du beim Tiefpaßfilter treiben mußt. Evtl. reicht ein 
simples RC-Filter wie oben gezeigt. Oder du mußt ein aktives Filter 
höherer Ordnung aufbauen.