Morgen Leute! Ich bräuchte mal einen Rat von euch. Ich messe ein Signal, welches etwas weiter vom eigentlichen ADC entfernt ist. Die Zuführung des Signals kommt über ein Kabel. Um hier keine Verluste durch den Leitungswiderstand zu haben, habe ich einen OP davor gesetzt. Der AD-Wandler (MAX11206) hat zwar interne Buffer, aber dann kann ich nicht mehr bis an die Rails messen, was ich aber gerne würde. Die internen fallen daher weg und der externe OP dazu. Der ADC bekommt eine Referenzspannung von 3V. Damit der OP auch zwischen 0 und 3V aussteuern kann, versorge ich ihn mit +5V und -3V (diese Spannungen habe ich in meinem System eh vorhanden). Jetzt kommt das eigentliche Problem: Das zu messende Signal wird an- und abgesteckt, dass heisst, dass die Eingänge des OPs floaten können und er dann in irgendeine Sättigung nach oben oder unten geht. Beide Fälle wären tödlich für den ADC. Jetzt kann ich also einen Widerstand zwischen OP und ADC packen, welcher in diesem Fall den Strom begrenzt. Aber dann bekomme ich wieder einen Fehler durch den Eingangsstrom des ADCs, welcher bei ausgeschaltetem Buffer bei +/-1,4uV/V liegt, also schlimmstenfalls 4,2uV pro Eingang. Der maximal zulässige Strom in die Eingänge des ADCs ist leider nicht angegeben. Der OP ist kurzschlussfest und liefert +/-20mA. Ein LSB des ADCs beträgt 2,86uV - um keinen Fehler durch den Vorwiderstand zu bekommen, darf der Vorwiderstand also nicht größer 0,3Ohm sein (klar, das ist jetzt rein rechnerisch - dass der 20Bit-Wandler eh ein wenig überdimensioniert ist und ein LSB ohnehin nicht zu bändigen ist, ist klar - aber der ist schon da und ich will es auch gerne einfach verstehen). Also mit einem 0,3Ohm-Widerstand ist der Fehler unter einem halben LSB. Also darf quasi garkein Widerstand dazwischen. Wie sollte ich hier verfahren? Hat einer einen Tipp für mich?
Angehängte Dateien:
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op_buffer.png
28 KB
Was spricht gegen die übliche Beschaltung? Einen hochohmigen Widerstand am Eingang des OP gegen Masse, damit er nicht floatet. Dazu dann noch Clamp Dioden gegen Masse und 3,3V, die bei Störimpulsen OP und Wandler schützen.
Kein Name schrieb: > Einen hochohmigen Widerstand > am Eingang des OP gegen Masse, damit er nicht floatet. OK, das geht natürlich. Der Widerstand liegt dann aber parallel zu meinem Messobjekt. Hier ist z.B. eine Messbrücke dran. Da nimmt der Widerstand dann ja schon Einfluss drauf. Was bedeutet hochohmig? Im MOhm-Bereich? Es würde dann ja so aussehen:
1 | -------------- |
2 | ----------------[ Stecker ]-------------+--------| ADC_REF_IN+ | |
3 | | | | | |
4 | ----------- REF | | |
5 | | | | | | |
6 | R R | | | |
7 | | | | | | |
8 | +-----------|----------[ Stecker ]----+---------- OP ---| ADC_IN+ | |
9 | | | | | | | |
10 | | +----------[ Stecker ]--------+------ OP ---| ADC_IN- | |
11 | | | | | | | | |
12 | R R R R | | | |
13 | | | | | | | | |
14 | ----------- | | | | | |
15 | | | | | | | |
16 | ----------------[ Stecker ]----+---+----+--------| ADC_REF_IN- | |
17 | -------------- |
Hab grad mal geschaut...mal angenommen ein Widerstand in der Messbrücke hätte 5k und ich schalte jetzt einen 10MOhm Widerstand parallel, dann habe ich ja schon einen Fehler von 3Ohm. Das ist schon viel.
Und noch ein Problem. Das lange Kabel fängt Rauschen und Störungen ein - aufwändige Abschirmung und Tiefpass. Könnte in Summe einfacher werden, wenn du den AD-Wandler direkt neben die Messbrücke stellst, dann Versorgung und digitale Signale über das lange Kabel schickst.
Ja klar, das ist richtig. Aber der Wandler wird auf der Platine sitzen, an der dann das Messobjekt angeklemmt wird. Da ist nichts dran zu machen. Also wie schütze ich den ADC nun am besten?
Georg schrieb: > Hab grad mal geschaut...mal angenommen ein Widerstand in der Messbrücke > hätte 5k und ich schalte jetzt einen 10MOhm Widerstand parallel, dann > habe ich ja schon einen Fehler von 3Ohm. > > Das ist schon viel. und du glaubst mit langem Kabel Stecker und vieleicht noch unter Spannung ein und abstöpseln kriegst du keine Fehler rein. Auf 18 oder mehr Bit messen verträgt sich nicht so ganz mit Baustellenbetrieb. Deine Messbrücke muss eh abgeglichen werden, oder meinst du die ist incl. langes Kabel und Stecker auf 20 Bit langzeitstabil? Nur nochmal zum auf der Zunge zergehen lassen: 2^20 > 1000000. 20 Bit entsprechen einer daher einer Auflösung auf 0,0001% des Endwerts.
Der Wandler ist halt schon da. Deswegen nehm ich den. Natürlich ist das nicht optimal, das is mir klar. Aber mir geht es doch hier eher generell um den Schutz eines ADCs in oben angesprochener Konstellation. Kann mir da keiner helfen? Selbst wenn der ADC direkt neben dem Messobjekt sitzen würde, würde das Problem weiterhin bestehen.
Georg schrieb: > Kann mir da keiner helfen? Selbst wenn der ADC direkt neben dem > Messobjekt sitzen würde, würde das Problem weiterhin bestehen. Was spricht dagegeben den internen Puffer auch zu benutzen? Was sagt die Doku. Du hast Kalibrationsregister, du kannst also systematische Fehler ggf. direkt rauskalibrieren, ansonsten macht das die weiterverarbeitende Software. Du hast noch nicht mal gesagt wovor genau du schützen musst. EMV? Transienten? Bei jeglicher Schutzbeschaltung musst du den Strom begrenzen und Überspannungen (gegenüber Vcc und Masse) ableiten. Damit geht halt ein gewisser Fehler einher. Solange es systematisch ist kannst du es später rausrechnen.
Udo Schmitt schrieb: > Was spricht dagegeben den internen Puffer auch zu benutzen? Dass ich dann nicht mehr bis an die Rails messen kann. Udo Schmitt schrieb: > Du hast noch nicht mal gesagt wovor genau du schützen musst. Georg schrieb: > Jetzt kommt das eigentliche Problem: Das zu messende Signal wird an- und > abgesteckt, dass heisst, dass die Eingänge des OPs floaten können und er > dann in irgendeine Sättigung nach oben oder unten geht. Beide Fälle > wären tödlich für den ADC. Davor muss ich schützen. Der ADC wird mit 3,3V versorgt. Der OP aber mit +5V und -3V.
Pack an der Geräteinnenseite einen 1k-Widerstand rein, hinter dem je eine leckstromarme Diode gegen GND und 3,3V geht. Dann floated bei abgezogenem Stecker das Potetialzwischen 0V und 3,3V, also im Bereich vom ADC.
Georg schrieb: > Das zu messende Signal wird an- und > abgesteckt, dass heisst, dass die Eingänge des OPs floaten können und er > dann in irgendeine Sättigung nach oben oder unten geht. Beide Fälle > wären tödlich für den ADC. Da fallen mir 2 Möglichkeiten ein: 1. Einen R2R-OP nehmen, der mit 3,3V versorgt wird. 2. Zwischen OP und ADC einen Widerstand, der den Eingangsstrom des ADC auf verträgliche Werte begrenzt. Bleibt die Frage, ob Maxim da was spezifiziert und der Fehler durch den Widerstand klein genug ist. Aber unabhängig davon würde ich an den Eingängen der OPs in jedem Fall noch Schutzwiderstände (Längswiderstände) spendieren, um den OP vor Spikes / ESD zu schützen. Gruß Dietrich
Georg schrieb: > Udo Schmitt schrieb: >> Was spricht dagegeben den internen Puffer auch zu benutzen? > > Dass ich dann nicht mehr bis an die Rails messen kann. Ich dachte da hängt ne Brücke dran? Also was soll das mit Rail to Rail messen? Wie genau musst du eigentlich messen. Kann man das spezifizieren oder ist das wieder ein "so genau wie möglich" Problem? Dietrich L. schrieb: > 1. Einen R2R-OP nehmen, der mit 3,3V versorgt wird. Und damit dann 16 - 20 Bit genau messen? Schöner Traum.
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