Gleichspannungsoffset ausgleichen

Fram schrieb:
> Meine Idee deswegen: eine Schaltung, welche je nach Eingangsspannung
> kippt und mir ein Digitalsignal liefert: ist die Ausgansspannung am
> OpAmp >0V, so wird das eine Signal auf HIGH gesetzt, ist sie kleiner als
> 0V, wird der andere Pin auf HIGH gesetzt. Sollte die Spannugn wirklich
> exakt bei 0V liegen, sind beide Pins auf LOW

Eine nette Vorstellung aber tatsächlich wird das nicht funktionieren. 
Selbst mit den besten Messgeräten bleibt eine Messunsicherheit, von 
"exakt 0V" zu reden, macht also keinen Sinn.

Fram schrieb:
> Wann immer ich einen ADC einsetze, um die Spannung zu messen, kommen
> dessen Ungenauigkeit und die Bauteiltoleranzen für die Umwandlung der
> Spannung von -5V..+5V auf 3V dazu

Was du dir überlegt hast, ist ja im Prinzip ein weiterer ADC, nur eben 
diskret aufgebaut. Wenn du es schaffst, den so aufzubauen, dass die 
Messunsicherheit unter dem von deinem "echten" ADC liegt, wirst du das 
Offset besser annähern können, eine exakte Messung existiert aber nicht.

Fram schrieb:
> eine MCU, welche über einen DAC mit einem OpAmp verbunden
> ist, der -5V..+5V Ausgangsspannung liefert. Hier kommt ein
> vergleichsweise preiswerter OpAmp zum Einsatz, welcher dementsprechend
> einen Gleichspannungs/-Nulloffset hat (real sind das etwa 0,002 bis
> 0,005V).

Wie hoch ist denn der Offset des DAC? Der OPV allein bringt Dir wenig. 
Aber es ist ja nicht nur der Offset den man an Deinem OPV (welcher das 
auch immer ist) kompensieren kann. Ein gewöhnlicher OPV driftet auch. 
Aber es gibt auch OPV mit Zero Drift. Und die haben dann auch gewöhnlich 
einen geringen Offset.

Ich hatte vor ca. 2 Jahren bei TI eine Vergleichsliste entsprechender 
OPV erstellt. Den OPA333 hatte ich vor 10 Jahren als bezahlbaren Top OPV 
eingesetzt. Jetzt sind die noch etwas besser geworden. Ach übrigens, das 
Rauschen kann auch eine Rolle spielen.

Wenn der Offset konstant wäre, dann mach doch zuerst eine Messung mit 
kurzgeschlossenem Eingang und messe mit Deinem ADC. So erhältst Du einen 
Momentwert des Offsets.
mfg Klaus

Fram schrieb:
> sowohl der DAC-Offset als auch die Drift ließe sich mit meiner
> oben beschriebenen Methode ja ausgleichen

Jetzt solltest Du noch sagen um welche Genauigkeit es eigentlich geht. 
Wieviel Bit haben DAC und ADC?

> welcher dementsprechend
> einen Gleichspannungs/-Nulloffset hat (real sind das etwa 0,002 bis
> 0,005V).

Das heißt, nach Offsetabgleich bleiben noch 2 mV bis 5 mV?
mfg Klaus

Fram schrieb:
> Der DAC (extern) hat 20 Bit, der ADC (in der MCU) nur 12, die passen
> also gar nicht zusammen.

Mit 12 Bit kannst Du prinzipiell 1/4096 auflösen. Aber andersherum wird 
man bei 20 Bit in die Gegend des Rauschpegels kommen und kann die 20 Bit 
auch nicht voll nutzen ohne einigen Aufwand zu betreiben.

Eine Möglichkeit wäre den Offsetabgleich mit Hilfe eines Integrators zu 
machen. Auf Seite 10 des Datenblattes wird so eine "Servo Loop" 
beschrieben.

https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/lt1115fa.pdf

Diese Schaltung, also nur der Servo, hat mit den 100 K und 1 µF eine 
Zeitkonstante von 100 ms. Mit 1 M und 1 µF kommt man auf 1 s. Für 
Wechselstrom ist dies gut geeignet. Sie regelt den Gleichanteil 
herunter.

Wenn es um Gleichstrommessungen geht, also mit Gleichanteil, dann kann 
man den Servo nur als Indikator für einen Gleichanteil verwenden. Im 
einfachsten Fall regelt man über ein Abgleichpoti manuell, so daß der 
Anstieg minimal wird. Geht er dann mal auf und mal ab, dann hast Du den 
Rauschbereich erreicht.
mfg Klaus

Man sollte sich im Klaren sein :
- Wie klein darf ein Offsetfehler sein ?
   Was bewirkt ein Messfehler in der Realitaet ?
   Wenn ein Messfehler irgendwelche Panik bewirkt,
   ist man noch nicht in der Realitaet angekommen.
- Was ist besser/guenstiger/zuverlaessiger..
   einen besseren OpAmp, oder Zeugs aussen
   rum zur Autokalibration.
- Wie oft muss man eine autokalibration laufen lassen.
- Vertraegt der Prozess eine disruptive Autokalibration

Fram schrieb:
> Der DAC (extern) hat 20 Bit

Erzähl mal noch Witz. Einen OPV mit 5mV Offset nimmt man für max 
8Bit-DACs.
So ein 20Bit DAC (AD5791) kostet ja schon ordentlich, da gehören auch 
hochwertige Komponenten dazu. Also LTZ1000 Referenz, Z-Foil-Widerstände 
und Zero-Drift OPVs.

Bei einer Auflösung von 20Bit hat man nicht nur Gain- und Offsetfehler. 
Daher nimmt man zur Korrektur eine Spline-Interpolation.
Voraussetzung ist natürlich ein entsprechend genaues DMM, z.B. das 
3458A.

Wenn der ADC einen PGA hat, kannst du die 12 Bit nutzen, um den Offset 
gegen GND recht hochauflösend zu messen. Aber zeig doch bitte mal die 
ganze Schaltung. Gefühlt gibt es hier mehr Optimierungspotential.