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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Leckstrom vom AVR


Autor: Christoph Wagner (Gast)
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Hallo.

Ich möchte folgende Schaltung etwas modifiziert aufbauen:

http://www.klausrohwer.de/privat/hobbies/elektro/c...

Sie dient der Messung von Kapazitäten in 2 Bereichen und gibt ein in der 
Pulslänge der Kapazität entsprechendes Signal aus. Dabei gibt es 2 
Messbereiche: 1nF/ms und 1uF/ms. Diese kann man mit dem Schalter wählen. 
Leider kann ich nicht noch einen Schalter im Gehäuse unterbringen (sehr 
knapp) und ein größeres will ich auch nicht verwenden (liegt hier noch 
rum).

Ich dachte mir daher, die Widerstandsreihen von jeweils einem Portpin 
schalten zu lassen (abwechselnd HIGH-Output und INPUT). Doch ich 
befürchte, dass der Leckstrom von max. 1µA durch die 1,44KOhm-Leitung 
die Messung mit den 1,44MOhm beeinflusst. Wie kann ich sichergehen, dass 
die 1,44KOhm-Verbindung wirklich sperrt oder einen noch kleineren 
Leckstrom aufweist?
Evtl. einen zweiten MOSFET zum "Nach-Abschalten" dahinter?

Oder könnte das durch Abschalten von AVcc mittels Portpin erzielt werden 
- sozusagen den PortA, an dem der Treiberausgang für die 
1,44KOhm-Schiene hängt einfach komplett abschalten?

Ist der zu erwartende Spannungsabfall am Portpin bei den kleinen Strömen 
von 1-2µA resp. 1-2mA kleiner als 25mV?

Vielen Dank für Eure Antworten!

Autor: AVR (Gast)
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  • preview image for rc.png
    rc.png
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das klappt super in bascom geht das mit einem befehl.

Dim W As Word

Do
  'the first parameter is the PIN register.

  'the second parameter is the pin number the resistor/capacitor is 
connected to

  'it could also be a variable!

  W = Getrc(pind , 4)

  Print W

  Wait 1

Loop

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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AVR wrote:
> das klappt super in bascom geht das mit einem befehl.

Diese Antwort bestätigt mal wieder meine Meinung zu Bascom 
Programmierern...


Christoph Wagner wrote:
> Ich dachte mir daher, die Widerstandsreihen von jeweils einem Portpin
> schalten zu lassen (abwechselnd HIGH-Output und INPUT). Doch ich
> befürchte, dass der Leckstrom von max. 1µA durch die 1,44KOhm-Leitung
> die Messung mit den 1,44MOhm beeinflusst. Wie kann ich sichergehen, dass
> die 1,44KOhm-Verbindung wirklich sperrt oder einen noch kleineren
> Leckstrom aufweist?

Mit einem Transistor geht das gut, siehe hier:

http://elm-chan.org/works/cmc/report.html

> Oder könnte das durch Abschalten von AVcc mittels Portpin erzielt werden
> - sozusagen den PortA, an dem der Treiberausgang für die
> 1,44KOhm-Schiene hängt einfach komplett abschalten?

Das wird nicht funktionieren, Avcc darf nicht abgeschaltet werden.

> Ist der zu erwartende Spannungsabfall am Portpin bei den kleinen Strömen
> von 1-2µA resp. 1-2mA kleiner als 25mV?

Ja, definitiv beim ersten. Beim zweiten bin ich mir nicht sicher, aber 
sehr viel mehr ist es mit sicherheit nicht.

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Ist natürlich die Frage, ob du das für ein Einzelexemplar oder für
eine Serienfertigung brauchst.  Es sind zwar keine typischen Werte
im Datenblatt angegeben, aber die Physik besagt, dass die Maximal-
werte bei maximal zulässiger Umgebungstemperatur zu erwarten sind.
Bei solchen Temperaturen wirst du kaum Kondensatoren vermessen
wollen. ;-)  Ich hab's nicht nachgemessen, aber es würde mich nicht
wundern, wenn die Werte bei Zimmertemperatur gut zwei Größenordnungen
darunter liegen und alles in allem vergleichbar mit dem Leckstrom
eines einfachen Transistors sind.

An was du auch denken sollst: der Kanalwiderstand des aktiven FET
liegt in Reihe mit deinen Widerständen.  Da dieser temperatur- und
betriesspannungsabhängig ist, ergibt sich daraus ein Einfluss auf
deine Messgenauigkeit.

Autor: Christoph Wagner (Gast)
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Das Problem ist, dass am "Schalter" kaum Spannung abfallen darf - und 
wenn doch welche Abfällt, muss diese an einer anderen Stelle "abfallbar" 
gemacht werden. Das Problem ist (siehe Diagramm), dass die Zweige R1-3, 
R4-6 und R9-11 alle an einem gleichen Potential hängen. Daher muss in 
allen drei Zweigen ein eventueller Abfall in einem Zweig im anderen auch 
hervorgerufen werden. Schalte ich einen Transistor in den Ladezweig, 
fallen an dem ca. 0,7V ab. Daher muss in den anderen Zweigen exakt die 
gleiche Spannung abfallen.
Und wenn 1µA durch den "Schalter" auch im abgeschalteten Zustand fließen 
kann, dann würde das eine µA durch R4-6 den Ladestrom des Cs signifikant 
beeinflussen.

Wie schalte ich einen Zweige so ab, dass bei einem einigermaßen 
konstanten Spannungsabfall kaum Strom durch einen abgeschalteten Zweig 
fließt?

Autor: AVR (Gast)
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Autor: Christoph Wagner (Gast)
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Ergänzung: das ist für den Einmalbau gedacht.

Zum Kanalwiderstand: Es gibt doch Logik-FET-Typen mit einem Rdson von 
weniger als 1 Ohm. Das würde bei einem R von 1Ohm insgesamt eine 
Veränderung des Messergebnisses von 0,0693% zwischen 0,001...1000µF und 
0,693ppm zwischen 0,001...1000nF ausmachen. Desweiteren könnte ich den 
Fehler kompensieren, indem ich die Widerstände "passend" auswähle (ich 
hab das 0805 Family-Pack von CSD - damit lässt sich der passende Wert 
scho zusammenmessen ;) )

Wie schauts bei einem FET mit dem Leckstrom aus? Da ja an ihm nur durch 
den Durchflusswiderstand eine Spannung abfällt wäre die Lösung 
eigentlich ideal - nur wäre das mein erster Kontakt mit FETs.

Autor: Michael U. (Gast)
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Hallo,

Du hast den µC nicht erwähnt, aber warum nicht direkt mit dem 
AVR-Komparator?

Ein Eingang auf die BandGap-Quelle, an mehrere Widerstände gegen 
Portpins.
Alle auf Ausgang L, damit der Komparator erstmal auf L liegt.
Timer passend auf Capture durch den Komparator.

Dann den C ran, zum Messen alle nicht benötigten Widerstände auf 
Eingang, Counter Vorteiler starten, passenden Widerstand auf H, im 
Caputer-IRQ den Wert holen, wenn das C auf die BandGap-Spannung 
aufgeladen war, alle Widerstände wieder auf Ausgang und L und Counter 
anhalten.

Gruß aus Berlin
Michael

Autor: Christoph Wagner (Gast)
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Das Problem ist auch nicht der Mikrocontroller. Das Problem besteht 
darin, einen Schaltvorgang ohne wesentliche Beeinträchtigung der Messung 
durchzuführen. Und die geschieht z.B. durch einen ungleichen 
Spannungsabfall in einer der 3 Leitungen. (50mv ggü. der Strecke R9-R11 
entsprechen etwa 1% zusätzlicher Ungenauigkeit). Ein FET wäre dabei 
Optimal, da ich den zusätzlichen Widerstand durch die Widerstandswerte 
kompensieren kann. Auf jeden Fall muss in allen 3 Zweigen vor den 
Widerständen eine gleiche Versorgungsspannung vorherrschen - sonst lässt 
sich die Auswertung nicht ohne viel Messen anpassen.

Das Problem mit dem Leckstrom ist, dass dieser nicht durch den 1,4KOhm 
Zweig einen zusätzlichen Strom in die Messung einfließen lässt, wenn ich 
mit den 1,4MOhm Widerständen messe (siehe Schaltplan). Bei der 
empfindlichen Messung ist der relevante Messstrom zw. 1,1 und 2,3µA. 
Darum sollte der über den 1,4KOhm-Zweig einfließende Strom absolut 
minimal sein.

Autor: Paul Baumann (Gast)
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@AVR
Der GETRC-Befehl dient nur zum Abfragen der Schleiferstellung eines 
Potentiometers und ist nicht sehr genau. Das kann der Fragesteller
also für sein Problem nicht nutzen. Siehe auch hier:
www.mcselec.com/index.php?option=com_docman&task=doc_download&gid=167&It 
emid=54

MfG Paul

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