Wie beeinfluss ein ADC eines Prozessors einen Spannungsteiler?

#7374001
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Hallo wenn ich zur Messung von 5V, 12V und 30V einen Spannugteiler aufbaue und diesen ohne Prozessor messe funktioniert er super. Bei 30V Eingangsspannung kann ich genau 5,0V messen. Schliesse ich den Spannungsteiler an den ADC Eingang eines Atmega (5V) an bricht die Spannung am Spannungsteiler auf ca. 0,85V zusammen. Kann mir jemand sagen warum das so ist?

Gast #7374067
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Es geht nichts über richtig hochwertige dimensionierte Spannungsteiler, die das Messsignal möglichst nicht belasten.

Und es geht nichts über hochwertige Ausbildung an Universitäten der Studenten die Foren möglichst wenig belasten.

Ich meine, es ist doch irgendwo klar, dass selbst ein auf Tristate geschalterer Pin an einem Prozessor oder woc auch immer noch etwas Strom zieht.

Da gibt es Leckströme der beteiligten Eingangstreiber, Drainströme der Treiber selber, die auf den Eingang rückspiegeln und bei Belastung des Chips am Ausgang dafür sorgen, dass man trotz 80db Sperrdämpfung die Rückwirkung manchmal am Eingang messen kann, so als wäre es ein Ausgang

Ja und ESD-Schutzdioden gibt es auch noch und auch die haben Leckströme.

Der geneigte Leser möge sich eine Ersatzschaltung aufmalen und ausrechnen, wie er die gemessenen Werte umzurechnen hat, damit er auf die realen Verhältnisse kommt, so als gäbe es die Messbelastung durch den Spannungsteiler nicht und auch nicht die das Spannungsteilers selbst durch seinen Eingangspin.

MaWin O. schrieb:

Achim S. schrieb:

400kOhm 100kOhm 100kOhm

Ich empfehle immer die Nutzung von 10MOhm aufwärts. Da wird die Messung sehr einfach.

#7374069
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Thomas U. schrieb:

Ich meine, es ist doch irgendwo klar, dass selbst ein auf Tristate geschalterer Pin an einem Prozessor oder woc auch immer noch etwas Strom zieht.

Bei einem ADC will vor allem ein Kondensator geladen werden.

Ich empfehle immer die Nutzung von 10MOhm aufwärts. Da wird die Messung sehr einfach.

Käse.

Messbelastung durch den Spannungsteiler

Wer sagt denn überhaupt, dass die Quelle hochohmig ist und dass das überhaupt eine Rolle spielt.

Moderator (Firma: Titel) Persönliche Seite #7374074
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Achim S. schrieb:

an den ADC Eingang eines Atmega

Lies das Datenblatt.

Dort steht drin, dass der Innenwiderwiderstand der Quelle am ADC weniger als 10kOhm sein soll, wenn du brauchbare und stabile Messwerte bekommen willst.

Allerdings ist das hier nicht das Problem. Denn du schaltest vermutlich den Multiplexer im uC nicht um und der Leckstrom des ADC Pins liegt im Bereich weit unter 1uA.

Achim S. schrieb:

Schliesse ich den Spannungsteiler an den ADC Eingang eines Atmega (5V) an bricht die Spannung am Spannungsteiler auf ca. 0,85V zusammen.

Wo am Spannungsteiler misst du da womit? Und welchen AD Wert gibt der ADC aus?

Merke: nur mit brauchbarer Beschreibung des Problems bekommst du brauchbare Antworten.

MaWin O. schrieb:

Wer sagt denn überhaupt, dass die Quelle hochohmig ist

Eben: keiner weiß überhaupt was vom Schaltungsaufbau oder der Pinkonfiguratuon oder der Software oder sonst irgendwas, was zur Problemlösung nötig ist.

#7374077
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Und welchen Eingangswiderstand am ADC-Pin hat dein Prozessor? Der liegt zu deinen 100k parallel!

Nein, eher nicht. Das Problem ist zum einen das Leute einfach glauben niemals Datenblaetter lesen zu muessen und zum zweiten der Kondensator der beim samplen auf den Eingang geschaltet wird. Daher haengt dessen Impedanz auch von der Samplefrequenz hab. Desweiteren sei noch erwaehnt das Controller gerne einen Eingangsumschalter haben der auch noch interessante Effekte machen kann.

Wer es genau will schaltet einen OPV dazwischen. Wer richtige Ansprueche (Geschwindigkeit/Aufloesung) hat muss da sogar sehr spezielle OPVs nehmen.

Vanye

(Firma: matzetronics) #7374130
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Impedanz hin oder her - bei diesem Konstrukt würde ich zumindest einen 2,2nF - 10nF Kondensator vom ADC Eingang nach Masse legen. Ich messe hier so ähnlich 60V und 12V und das klappt trotz meiner merkwürdigen ADC Konstruktion (kommt davon, wenn man keinen MC mit ADC benutzt). Bei mir liegt also das Signal am Eingang des Analog Comparators.

#7374182
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Johannes F. schrieb:

Teile einfach alle Widerstandswerte durch 100, dann sollte es funktionieren.

Durch 10 reicht, dann ist er in Spec mit ca. 8k Quellwiderstand. Ok, wir kennen den µC bzw. ADW noch immer nicht.

Helmut -. schrieb:

Und welchen Widerstand hatte das Poti?

Achim S. schrieb:

100kOhm

Der Teiler hat am 5V Ausgang 83k Innenwiderstand (100k || 500k), das Poti schlimmstenfalls 50k (Mittelstellung) und wenn er es auf 5V einstellt, dann nur noch ≈ 14k (17k || 83k)

MaWin O. schrieb:

Diese Salamischeibe fehlt leider noch.

Auch die Abtastfrequenz.

(Firma: Funkenflug Industries) #7374376
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Minimaler Quellwiderstand wenn man die Genauigkeit des ADC nicht ruinieren will: 10kOhm.

Das find ich schon recht wenig. Als ich damals mit AVRs, LCDs, ADCs usw. angefangen habe, habe ich mit dem ADC einfach mal einen offenen Pin messen lassen. Das Ding war so empfindlich, daß es langsam durch die Gegend gedriftet ist.

Dann wäre es auch noch eine Frage, welcher ADC genau, welche Genauigkeit/Auflösung man braucht und wie schnell die Messung auf Spannungsänderungen reagieren soll. Wenn man sich mit 0,1V oder so zufrieden gibt, vielleicht die Messspannung noch mit 10..22nF gegen Masse abblockt (was sehr viel im Vergleich zum Sample&Hold-Kondensator ist falls der nicht sowieso über einen internen Vorverstärker geladen wird), braucht man keinen besonders geringen Innenwiderstand der Quelle mehr.

#7374434
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Ja es handelt sich um Gleichspannung und der Prozessor ist ein Attiny 84. Laut DB soll der Eingangswiderstand 100kOhm betragen. Bei einer Kontrollmessung ohne angeschlossenen Prozessor hat der Spannungsteiler ohne Probleme funktioniert. Damit meine ich, das bei einer Eingangsspannung von 30V am Teiler 5V angelegen haben.

Lothar M. schrieb:

Dort steht drin, dass der Innenwiderwiderstand der Quelle am ADC weniger als 10kOhm sein soll, wenn du brauchbare und stabile Messwerte bekommen willst.

... weniger als 10kOhm ??? Ist das nicht zu tief um eine vernünftige Messung zu bekommen? Einen Kondensator vom ADC nach GND. Ok das sehe ich ein, müssen dort nicht auch Schutzdioden rein um spannungen zu begrenzen bei einem falschen Messbereich?

#7374438
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Achim S. schrieb:

... weniger als 10kOhm ??? Ist das nicht zu tief um eine vernünftige Messung zu bekommen?

Die QUELLE sollte möglichst niederohmig sein. Die SENKE (ADC-Eingang des µC) sollte möglichst hochohm sein, damit sie die Quelle nicht zu sehr belastet und damit die Messung beeinflusst.

Wenn der Vorwiderstand (bzw. Spannungsteiler / -quelle) zu hochohmig ist, fängt er sich zu viele Störungen ein.

(Firma: Funkenflug Industries) #7374442
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müssen dort nicht auch Schutzdioden rein um spannungen zu begrenzen bei einem falschen Messbereich?

Der ATTiny AVR hat integrierte Schutzdioden nach Vcc und GND. Du musst nur aufpassen, daß der maximale Strom der Dioden nicht überschritten wird und daß Dir über die Diodenstrecke nach Vcc eingespeister Strom nicht die Vcc anhebt.

(Firma: Funkenflug Industries) #7374448
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Gibt es einen vernünftigen Kompromiss zwischen den beiden Werten?

Nicht ohne genauer zu wissen, was er da messen will bzw. woher diese Spannungen kommen.

Wenn es ein Akku oder eine Batterie ist, dann eher hochohmiger, wenn es ein Netzteil ist, dann kann man sich ruhig schon 0,5..1mA durch den unteren Teilerwiderstand (über dem die Messpannung für den ADC entstehen soll) erlauben.

#7374453
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Moin,

Achim S. schrieb:

Ja es handelt sich um Gleichspannung und der Prozessor ist ein Attiny 84. Laut DB soll der Eingangswiderstand 100kOhm betragen. Bei einer Kontrollmessung ohne angeschlossenen Prozessor hat der Spannungsteiler ohne Probleme funktioniert. Damit meine ich, das bei einer Eingangsspannung von 30V am Teiler 5V angelegen haben.

Nur mal so in's Blaue rein: Als dein Attiny an den Spannungsteiler angeschlossen war und du statt den erwarteten 5V dort nur 0.85V gemessen hast - waren da auch 5V Betriebsspannung an dem Attiny angelegen? Waren die Massen von dem Spannungsteiler und Attiny und der zu messenden Spannung verbunden? (Frage fuer einen Freund...)

Gruss WK

Moderator (Firma: Titel) Persönliche Seite #7374455
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Achim S. schrieb:

Lothar M. schrieb:

Dort steht drin, dass der Innenwiderwiderstand der Quelle am ADC weniger als 10kOhm sein soll, wenn du brauchbare und stabile Messwerte bekommen willst.

... weniger als 10kOhm ??? Ist das nicht zu tief um eine vernünftige Messung zu bekommen?

Ich spreche von einer (komplexen) Impedanz. Die Impedanz kann man niedrig halten durch einen niederohmigen (realen) Spannungsteiler. Oder man kann sie durch einen niederohmigen (imaginären) "kapazitiven Widerstand" klein bekommen.

Einen Kondensator vom ADC nach GND. Ok das sehe ich ein

Der interne Sample-Kondensator hat ca. 15pF. Um eine Genauigkeit von 1/1000stel (= 1 LSB bei 10Bit) zu erreichen, muss dieser Kondensator also mindestens 15nF haben.

müssen dort nicht auch Schutzdioden rein um spannungen zu begrenzen bei einem falschen Messbereich?

Müssen natürlich nicht, aber wenn deine Anwendung solche Dioden braucht, dann solltest du unbedingt nach Low-Leakage-Dioden Ausschau halten. Denn sonst ist der Leckstrom durch die Dioden hundert mal höher als der in den µC-Pin. Das Ungeschickteste, was du da machen könntest: eine Zenerdiode einbauen.

Michael U. schrieb:

In meinem Datenblatt steht 100MOhm...

Da sind sich die Datenblätter nicht ganz einig... ;-) Ich nehme immer 10 MOhm an (die Platine und die Feuchtigkeit tun das ihre zu diesem Wert) und bisher hat das geklappt.

Achim S. schrieb:

Gibt es einen vernünftigen Kompromiss zwischen den beiden Werten?

Das kommt darauf an, was du wie schnell messen willst. Wenn du irgendwas im 1Hz Bereich messen willst, dann kannst du auch deinen Spannungsteiler lassen und nur noch den Kondensator dazupacken.

Aber (wie schon gesagt): das von dir beschriebene Verhalten (mit den wie auch immer ermittelten 0,85V) kommt mit allerhöchster Wahrscheinlichkeit nicht vom Fehlen dieses Kondensators.

Wie schon gesagt: die für die Fehlerfindung nötige Information hast du hier im Thread noch nicht gegeben.

#7374507
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Achim S. schrieb:

Es geht mit dabei um einen relativ hochohmigen Eingang und wenig beeinflussug des Messwerte. So ein OPV ist ja eigentlich auch nur ein paar Cent.

Wenn du unbedingt willst, kannst du das machen. Niemand wird es dir verbieten (vielleicht deine Frau, aber das ist vermutlich eher ein Problem Eurer Beziehung).

Was ist mit einem Eingangsfilter z.B. Tiefpass um Einstreuungen zu verhindern?

Auch das kann man machen.

#7374512
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Achim S. schrieb:

Schliesse ich den Spannungsteiler an den ADC Eingang eines Atmega (5V) an bricht die Spannung am Spannungsteiler auf ca. 0,85V zusammen.

Die 0,85 V am ADC-pin sind zu erwarten wenn man 5V hochohmig am ADC-pin einspeist ohne den Atmega mit 5V zu versorgen. Dann versucht sich der Atmega über die internen clamp-Dioden aus dem ADC-pin zu versorgen. Daraus resultiert eine zu hohe Belastung des Spannungsteilers. Wurde versehentlich so gemessen? (-oder verpolt angeschlossen?)

Beitrag #7374524 wurde von einem Moderator gelöscht.
Gast #7374528
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Achim S. schrieb:

Gibt es einen vernünftigen Kompromiss zwischen den beiden Werten?

10 kΩ soll der Ausgangswiderstand der Quelle haben (oder weniger), das ist der Wert, den Atmel empfiehlt und den kann ich dir als angemessen bestätigen.

Hochohmigere Quellen kann man wie gesagt mit Kondensatoren stürzen wenn man zwischen den Messungen genug Pausen einfügt, dass dieser sich wieder aufladen kann.

Quellen mit mehr als 100 kΩ Werden allerdings zusammen mit Leckströmen im IC zu einer messbaren Verfälschung des Signals führen. Wo Genauigkeit nicht so wichtig ist (z.B. leere Batterien erkennen), kann man ruhig so hochohmige Werte verwenden. Bis 1 Megaohm habe ich da schon erfolgreich angewendet.

Bedenke, dass der Leckstrom mit steigender Temperatur zunimmt. Je nach Anwendung kann das wichtig sein.

#7374533
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Achim S. schrieb:

Wie sieht es den mit einem OPV aus? Nach dem Spannungsteiler ein Impedanzwandler Eingang mit >R und Ausgang <R. Hat ja eine Verstäkung von 1.

Achim S. schrieb:

Es geht mit dabei um einen relativ hochohmigen Eingang und wenig beeinflussug des Messwerte.

Der ADC hat schon einen CMOS-OpAmp-Input. Sonst wäre "Analog Input Resistance = 100 MΩ" nicht möglich.

Angehängte Dateien:
Gast #7374545
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Georg M. schrieb:

Analog_Input_Circuitry.png

Was die da als "worst case" bezeichnen kann ich noch toppen: Und zwar, wenn man den Multiplexer von einem Eingang mit Null Volt auf einen anderen mit 5 Volt umschaltet (oder umgekehrt). Dann muss der S&H Kondensator nämlich schnell genug umgeladen werden, um eine brauchbare Messung zu ergeben.

Bei weniger als 10 kΩ Quell-Imedanz ist das in der Regel gegeben, ansonsten muss man sich die Details der Schaltung und das Timing der Software genauer anschauen.

Moderator (Firma: Titel) Persönliche Seite #7374571
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Achim S. schrieb:

Wie sieht es den mit einem OPV aus? Nach dem Spannungsteiler ein Impedanzwandler Eingang mit >R und Ausgang <R.

Willst du nicht erst mal das eine Problem lösen,wegen dem du den Thread gestartet hast?

Oder andersrum: ein Problem löst man nicht, indem man irgendwas Kompliziertes dazufrickelt.

Hat ja eine Verstäkung von 1.

Ein OPamp verhält sich wesentlich weniger ideal als du dir das vorstellst. Und er löst eben das ursprüngliche Problem nicht.

Viel hilfreicher wäre es, wenn du irgendwann mal die Fragen nach deiner Anwendung oder dem Messaufbau gür die obigen Zahlen beantworten würdest. Das beständige Ignorieren dieser Fragen ist chln ein wenig trollig.

#7374595
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Die Aufgabe ist relativ einfach. Mit einem Attiny 84 soll auf einem SPI Display die Spannung angezeigt werden. Die Spannungsmessung soll 5V, 10 und 30V betragen. Die Umschaltung soll über einen Drehschalter erfolgen. Alles gemessen zu GND. Anzeige soll mit LEDs erfolgen welcher Messbereich. Abfrage mit dem Attiny 84 welches Messbereich eingestellt ist. 2 Messbuchsen mit Spannung und GND. Alles nur Gleichspannung.

#7374604
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Stefan F. schrieb:

Hochohmigere Quellen kann man wie gesagt mit Kondensatoren stürzen wenn man zwischen den Messungen genug Pausen einfügt, dass dieser sich wieder aufladen kann.

In der Tat.

Ich habe mehrfach in Prüfaufbauten HV-Meßteiler gebaut, die zwischen 10-100MOhm (ja, EINHUNDERT MEGAOHM) auf der HV-Seite hatten. Am Fußpunkt dann ja nach Anwendung 10-100k Ohm. Die habe ich mit einem 10-100nF Kondensator am gepuffert. Damit kann man problemlos mit einigen Dutzend Hz Meßwerte erfassen, genau und reproduzierbar. Denn es wirken 2 Mechanismen.

1.) Der Ausgangswiderstand eines Spannungsteilers ist die Parallelschaltung der beiden Widerstände. Damit werden vor allem bei großen Teilerverhältnissen und eher kleinen Fußpunktwiderständen die Ausgangswiderstände erträglich. 2.) Der mittlere Strom in den ADC ist von der Meßkapazität und Abtastrate abhängig.

Abschätzung.

Meßteiler 1000:1 mit 10M:10k; Ausgangswiderstand 10M//10k~10k; Stützkondensator 100nF; Abtastrate 100Hz (T=10ms); ADC-Meßkondensator 15pF, Eingangsspannung 0-5V

Wie nehmen an, daß bei der Messung der Meßkondendator im ADC vollständig geladen werden muss.

1
Q = C * U = 15pF * 5V = 75pC
2
I = Q / t = 75pC / 10ms = 7,5nA

Die 7,5nA sind der mittlere Eingangsstrom des ADCs, welcher am Ausgangswidertstand des Spannungsteilers einen Spannungsabfall von

1
U = I * R = 7,5nA * 10k = 75uV

verursacht. Da ist noch VIEL Luft nach oben! Man könnte locker mit 1kHz abtasten und würde nur 750uV Spannungsfehler verursachen!

Hat man mehrere dieser Meßteiler an einem ADC oder Multiplexer, braucht man logischerweise an JEDEM ADC bzw. MUX-Eingang den Kondensator!

#7374607
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Achim S. schrieb:

Die Aufgabe ist relativ einfach. Mit einem Attiny 84 soll auf einem SPI Display die Spannung angezeigt werden. Die Spannungsmessung soll 5V, 10 und 30V betragen. Die Umschaltung soll über einen Drehschalter erfolgen.

Warum? Das lohnt sich kaum. Mach einen Meßbereich mit 30V und gut. Macht bei 10 ADC-Auflösung 30mV Auflösung. Reicht das für deine 5V Messung?

#7374624
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Michael B. schrieb:

Die 7,5nA sind der mittlere Eingangsstrom des ADCs,

Blöderweise liegt schon der Eingangsleckstrom eines Analogeingang bei 1uA (nach plus oder Masse oder Nachbareingang, wer weiss..), was deine Rechnung obsolet macht.

Nö. Das ist der "Sieg der Praxis über die Theorie" (Spruch eines ehemaligen Kollegen). Die 1uA Leckstrom sind juristisch-technisch die Obergrenze, die halt im Datenblatt steht und garantiert wird. U.a. darum, weil man sie in der Produktion des ICs schnell messen kann. REAL ist der Wert DEUTLICH geringer, erst recht wenn die Schaltung nahe Raumtemperatur betrieben wird.

Moderator (Firma: Titel) Persönliche Seite #7374629
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Achim S. schrieb:

Mit einem Attiny 84 soll auf einem SPI Display die Spannung angezeigt werden.

Wie genau soll diese Spannung angezeigt werden?

Falk B. schrieb:

Mach einen Meßbereich mit 30V und gut.

Genau so geht das.

Und wenn da unbedingt was umgeschaltet werden muss, dann könnte ich mir sogar vorstellen, die Referenzspannung des ADC in logarithmischen 5V-2V-1V Schritten umzuschalten.

Gast #7374653
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Achim S. schrieb:

Die Aufgabe ist relativ einfach. Mit einem Attiny 84 soll auf einem SPI Display die Spannung angezeigt werden. Die Spannungsmessung soll 5V, 10 und 30V betragen...

Damit ist immer noch nicht geklärt, wo die Spannungen her kommen, wie hoch die Quelle belastbar ist und wie schnell sie sich ändert. Das sind keine unwichtigen Nebensächlichkeiten, sondern ganz wichtige Punkte die über den Aufwand in Größenordnung weniger Cent bis mehrere zig Euro entscheiden. Wir werden dir hier nicht die gesamte Palette aller möglicher Lösungen erklären.

#7375889
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Hallo,

Achim S. schrieb:

Die Aufgabe ist relativ einfach. Mit einem Attiny 84 soll auf einem SPI Display die Spannung angezeigt werden. Die Spannungsmessung soll 5V, 10 und 30V betragen. Die Umschaltung soll über einen Drehschalter erfolgen. Alles gemessen zu GND. Anzeige soll mit LEDs erfolgen welcher Messbereich. Abfrage mit dem Attiny 84 welches Messbereich eingestellt ist. 2 Messbuchsen mit Spannung und GND. Alles nur Gleichspannung.

Meine Lösung sah damals so aus: Beitrag "Multimeter" Nutze ich auch heute noch bei machen Basteleien.

Gruß aus Berlin Michael

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