Hallo,
ich habe hier eine Platine mit einem ADC AD4004. Es ist darauf alles
schon soweit fertig, dass die Daten vom AD4004 in den Mikrocontroller
kommen und weiterverarbeitet werden können.
Der Analogeingang des ADCs (pseudo-differentiell) ist direkt auf einen
Stecker herausgeführt und ich kann dort ein Signal im Bereich 0V .. 5V
einspeisen.
Nun ist es aber so, dass ich den Eingangsspannungsbereich auf -50V ..
50V erweitern will, damit ich auch höhere Spannungen erfassen kann.
Das ganze ist eine Art Datenlogger, aber mit 1MS/s Abtastrate.
Digital ist soweit alles fertig und funktioniert gut (denn damit kenne
ich mich mehr aus) nur benötige ist nun ein paar Tipps für die analoge
Schaltung vor dem ADC.
Habe schon etwas recherchiert und bin auf den INA111
(https://www.ti.com/lit/ds/symlink/ina111.pdf) gestoßen.
Dieser wäre ideal da der Gain über nur einen Widerstand eingestellt
werden kann/muss und ich mir eine gute Gleichtaktunterdrückung erhoffe.
Ein Problem ist jedoch, dass ich ja die hohe Eingangsspannung von -50V
.. 50V nicht direkt an den INA111 anlegen kann. Wie löst man soetwas?
Empfiehlt es sich, einen Spannungsteiler davor zu schalten und so die
Eingangsspannung zuerst auf einen kleineren Bereich runterzuteilen oder
gibt es alternativ ICs die soetwas integriert haben?
Vielen Dank für Tipps!
Georg schrieb:> Wie löst man soetwas?> Empfiehlt es sich, einen Spannungsteiler davor zu schalten und so die> Eingangsspannung zuerst auf einen kleineren Bereich runterzuteilen
Das ist ein Weg, wie er oft genutzt wird.
> oder> gibt es alternativ ICs die soetwas integriert haben?
Auch die gibt es.
https://www.ti.com/amplifier-circuit/difference/products.html#p1169max=100;500
Georg schrieb:> Ein Problem ist jedoch, dass ich ja die hohe Eingangsspannung von -50V> .. 50V nicht direkt an den INA111 anlegen kann. Wie löst man soetwasINA117.
Danke für die Vorschläge, damit habe ich auf jeden Fall mal was zu
lesen.
Was mir jedoch noch Sorgen bereitet:
z.B. mit dem INA117 kann ich die -50V..50V auf -5V..5V abbilden, aber
mein ADC braucht aber 0V..5V.
Wie könnte ich das lösen?
Ich habe gesehen, dass der INA111 einen Ref-Pin hat. Dürfte man diesen
auf Vref/2 = 2.5V legen?
Falk B. schrieb:>> Ich habe gesehen, dass der INA111 einen Ref-Pin hat. Dürfte man diesen>> auf Vref/2 = 2.5V legen?>> BINGO!
Aber im Datenblatt wird der Ref-Pin nur um +/-10mV um GND herum bewegt
um das Offset wegzutrimmen. Ist der Ref-Pin wirklich dafür gedacht oder
würde in den INA111 dann out-of-spec betreiben?
Georg schrieb:> Aber im Datenblatt wird der Ref-Pin nur um +/-10mV um GND herum bewegt> um das Offset wegzutrimmen. Ist der Ref-Pin wirklich dafür gedacht
Ja.
> oder> würde in den INA111 dann out-of-spec betreiben?
Nein.
"The output is referred to the output reference (Ref) terminal
which is normally grounded. This must be a low-impedance
connection to assure good common-mode rejection."
Ja, man darf den auch mal "not normally" betreiben. ;-)
A3 im IC arbeitet als klassischer Differenzverstärker mit
Präzisionswiderständen.
Hallo Falk,
ok, Danke, dann ist es ein Versuch wert und designe mal was mit dem
INA111.
Kann mir jemand noch einen Spannungsteiler empfehlen, um die
Eingangsspannung vor dem INA111 herunterzuteilen? Gibt es da für
differentielle Signale spezielle Präzisionsteiler?
Georg schrieb:> Gibt es da für> differentielle Signale spezielle Präzisionsteiler?
Die gibt es fertig im INA117, wurde doch schon empfohlen! Einziger
Nachteil der hat nur 200kHz Bandbreite. Reicht das für dich?
Falk B. schrieb:> Die gibt es fertig im INA117, wurde doch schon empfohlen! Einziger> Nachteil der hat nur 200kHz Bandbreite. Reicht das für dich?
Leider sind 200kHz Bandbreite etwas zu wenig, 500kHz sollten es schon
mindestens sein.
Aus diesem Grund würde ich zum INA111 mit externem Spannungsteiler
tendieren.
Wäre eigentlich statt dem INA111 auch der AD8429 geeignet? Diesen hätte
ich im Lager...
Ich habs mal grob simuliert. Die Gleichtaktunterdrückung hängt stark vom
exakten Verhältnis der Widerstände ab. Sprich, R5/7R4 sollten
idealerweise = R3 sein. Aber selbst bei idealen Werten in der Simulation
liegt die CMRR nur bei 2000, macht UA=50mV bei U_CM=100V bzw. 66dB.
Georg schrieb:> Wäre eigentlich statt dem INA111 auch der AD8429 geeignet? Diesen hätte> ich im Lager...
Naja, Vorsicht. Du verwechselst hier was.
Ein INA (Instrumentation Amplifier) besteht in den allermeisten Fällen
intern aus 3 Verstärkern. 2 am Eingang als Spannungsfolger (G=1) oder
nichtivertierende Verstärker (G>1), dahinter ein Differenzverstärker mit
Präzisionswiderständen und G=1.
Der INA117 ist streng genommen kein INA, denn dort fehlen die beiden
Eingangsverstärker. Der Trick liegt im Präzisionswiderstandsnetzwerk
(langes Wort ;-) und dem 21.1k Widerstand. Der ermöglicht es, sowohl die
hohe Eingangsspannung auf verträgliche Werte zu teilen und gleichzeitig
eine Verstärkung von G=1 zu erreichen. Der "normale" Differenzverstärker
hat den NICHT und würde in der Konfiguration mit einer Verstärkung <1
arbeiten, die gleich dem Teilerverhältnis der Widerstände ist, beim
INA117 20k/380k = 0,052 bzw. ~20:1. Damit würde aber auch deine
Differenzspannung mit 20:1 geteilt werden.
Mit einem normalen, "echten" INA kann man diesen Widerstandstrick nicht
machen. Dazu nimmt man, so man es denn wirklich diskret machen will,
einen normalen OPV mit wenige Eingangsstrom (FET-Eingang). Dann braucht
man aber ein VERDAMMT präzises und auch driftarmes Widerstandsnetztwerk,
so wie im INA117. Sowas gibt es, kostet aber entsprechend.
Der Trick mit den Widerständen ist halt ein Kompromiss, weil man für
echte +/-200V Eingangsspannungsbereich halt einen OPV mit etwas mehr als
dieser Spannung versorgen müßte! Sowas gibt es nicht bzw. will keiner
bauen. Mit Röhren kein Problem! Die brauchen keine Spannungsteiler und
haben damit eine um Größenordnungen höhere Gleichtaktunterdrückung! Also
müßte man eine Röhrenvorstufe nutzen ;-)
Falk B. schrieb:>> Wäre eigentlich statt dem INA111 auch der AD8429 geeignet? Diesen hätte>> ich im Lager...>> Naja, Vorsicht. Du verwechselst hier was.>> Ein INA (Instrumentation Amplifier) besteht in den allermeisten Fällen> intern aus 3 Verstärkern. 2 am Eingang als Spannungsfolger (G=1) oder> nichtivertierende Verstärker (G>1), dahinter ein Differenzverstärker mit> Präzisionswiderständen und G=1.
Aber ist der AD8429 nicht auch ein Instrumentation Amplifier?
Georg schrieb:> Aber ist der AD8429 nicht auch ein Instrumentation Amplifier?
Ja sicher, aber damit kann man den "Trick" mit dem Widerstandsnetzwerk
nicht aufbauen. Dafür braucht man einen "normalen" OPV mit FET-Eingang.
Falk B. schrieb:>> Aber ist der AD8429 nicht auch ein Instrumentation Amplifier?>> Ja sicher, aber damit kann man den "Trick" mit dem Widerstandsnetzwerk> nicht aufbauen. Dafür braucht man einen "normalen" OPV mit FET-Eingang.
Ok, liegt es am Strom der in die Eingänge hin/heraus fließt? Laut
Datenblatt sind das bis zu 300nA beim AD8429. Verursacht dieser Strom
einen Fehler (weil Spannungsabfall an den Widerständen des Vorteilers)?
Und wenn man FET-Eingänge hat, dann ist der Strom deutlich kleiner?
Verstehe ich das so richtig?
Georg schrieb:> Ok, liegt es am Strom der in die Eingänge hin/heraus fließt?
Ja.
> Laut> Datenblatt sind das bis zu 300nA beim AD8429. Verursacht dieser Strom> einen Fehler (weil Spannungsabfall an den Widerständen des Vorteilers)?
Ja.
> Und wenn man FET-Eingänge hat, dann ist der Strom deutlich kleiner?> Verstehe ich das so richtig?
HEUREKA! ;-)
Georg schrieb:> Ich habe gesehen, dass der INA111 einen Ref-Pin hat. Dürfte man diesen> auf Vref/2 = 2.5V legen?
Das ist das Prinzip vom Instrumentenverstärker.
Hallo,
so, habe nun mal ein Design mit INA111 gemacht, siehe Anhang.
Da der INA111 Eingangsströme nur im pA-Bereich hat, sollte sich am
Vorteiler wenig Fehler ergeben...
Vielleicht nehme ich einen präzisen Teiler von Caddock, mal schauen.
Georg schrieb:> so, habe nun mal ein Design mit INA111 gemacht, siehe Anhang.
Du hast das Problem nicht verstanden. Deine Schaltung hat ein
Teilerverhältnis von 11:1, sowohl für die Gleich- als auch
Gegentaktsignale. Der INA117, 149 etc. hat aber 1:1 für Gegentakt und
damit weniger Fehler und ein besseres Signal / Rausch Verhältnis.
Deine Schaltung mag für deine Zwecke ausreichend gut sein.
Georg schrieb:> so, habe nun mal ein Design mit INA111 gemacht, siehe Anhang.> Da der INA111 Eingangsströme nur im pA-Bereich hat, sollte sich am> Vorteiler wenig Fehler ergeben...>> Vielleicht nehme ich einen präzisen Teiler von Caddock, mal schauen.
Das Teilerverhältnis am Eingang stimmt noch nicht. Um eine pos.
Gegentaktspannung von 0...50V auf 2,5...5V, bei einer Verstärkung G=1,
abzubilden, wäre ein Widerstandsverhältnis 19:1 notwendig.
Falk B. schrieb:> Du hast das Problem nicht verstanden. Deine Schaltung hat ein> Teilerverhältnis von 11:1, sowohl für die Gleich- als auch> Gegentaktsignale. Der INA117, 149 etc. hat aber 1:1 für Gegentakt und> damit weniger Fehler und ein besseres Signal / Rausch Verhältnis.
Um so hohe Gegentaktspannungen mit einem INA117 zu messen, müsste man
mindestens zwei sehr hochohmige Vorwiderstände einbauen und zusätzlich
noch einen der REF-Anschlüsse mit einem weiteren Widerstand
kompensieren. Wäre der Aufwand tatsächlich geringer als beim INA111?
Robert M. schrieb:> Um so hohe Gegentaktspannungen mit einem INA117 zu messen, müsste man> mindestens zwei sehr hochohmige Vorwiderstände einbauen
FALSCH! Der mißt ohne Zusatzmaßnahmen bis +/-200V! Und das bei einer
differentiellen Verstärkung von 1! Siehe Datenblatt!
> und zusätzlich> noch einen der REF-Anschlüsse mit einem weiteren Widerstand> kompensieren.
Nö, das ist alles schon im IC drin! Lesen bildet!
"The INA117 is a precision unity-gain difference amplifier with very
high common-mode input voltage range. It is a single monolithic IC
consisting of a precision op amp and integrated thin-film resistor
network. It can accurately measure small differential voltages in the
presence of common-mode signals up to ±200V. The INA117 inputs are
protected from momentary common-mode or differential overloads up to
±500V."
Falk B. schrieb:> FALSCH! Der mißt ohne Zusatzmaßnahmen bis +/-200V! Und das bei einer> differentiellen Verstärkung von 1! Siehe Datenblatt!
Ohne Geschrei geht es heutzutage wohl nicht mehr. Hast du überhaupt
verstanden was der TO möchte?
Nein, der INA117 "mißt ohne Zusatzmaßnahmen" keine +/-200V. Im DB steht
unmissverständlich, dass der INA117 eine differentielle Spannung von
(min.) +/-10V (bei UB=+/-15V) verarbeiten kann, was noch ein ziemliches
Stück entfernt ist von den benötigten +/-50V. Das der zu messenden,
differentiellen Spannung eine Gleichtaktspannung von max. +/-200V
überlagert sein darf, ist für das eigentliche Anliegen sekundär.
Falk B. schrieb:> Nö, das ist alles schon im IC drin! Lesen bildet!
Da es mit dem Lesen bei dir schon hapert, mache ich mir meinetwegen
überhaupt keine Sorgen. Es wäre angebracht keine Zitate zu posten die
man nicht verstanden hat.
