Moin,
hab hier nen Xmega 8e5, der mit 300ksps abtastet, also am Maximum. Die
Verstärkung (gain stage) steht auf 1x.
Da der ADC eine vorgeschaltete Verstärkerstufe hat, hab ich direkt einen
Spannungsteiler 100kOhm - 10kOhm davor geschaltet, ohne weiteren OPV.
Doch das geht ordentlich schief: Es rauscht wie verrückt, und je
schneller man abtastet, desto stärker wird das Signal verfälscht. In der
Atmel application note AN2535 "using XMEGA ADC" finde ich:
[[http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/00002535A.pdf]]
Im Datenblatt des 8e5 wird jedoch in Tabelle 36-10 der
Eingangswiderstand der gain stage mit 4kOhm beziffert und ein
Abtast-Kondensator mit Csample = 4.4pF angegeben.
[[http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/Atmel-8153-8-and-16-bit-AVR-Microcontroller-XMEGA-E-ATxmega8E5-ATxmega16E5-ATxmega32E5_Datasheet.pdf]
Eine Verstärkerstufe mit niederohmigem und abtastendem Eingang? Muss
wohl was anderes sein als ein OPV. Jedenfalls hat mich Atmel mit "very
high input impedance" auf's Glatteis geführt und mein Layout ist jetzt
für die Katz :(
Hoffe ich interpretier das hier richtig. Also für den XMEGA E kann man
das mit hoher Eingangsimpedanz wohl knicken. Ob das bei XMEGA A-D anders
ist, weiß ich nicht.
Eure Kommentare würden mich interessieren!
Danke!
Christoph
Ich hätte da versuchsweise auf den 10K einen 1nF Kondensator als
"Bügeleisen" oben drauf gepackt. Das sollte auch die Störungen durch das
Sampling selbst etwas reduzieren.
Jim M. schrieb:> Ich hätte da versuchsweise auf den 10K einen 1nF Kondensator als> "Bügeleisen" oben drauf gepackt. Das sollte auch die Störungen durch das> Sampling selbst etwas reduzieren.
Ja, hab ich probiert. Das geht. Allerdings hab ich dann ein krasses
Tiefpassfilter...
Christoph M. schrieb:> Da der ADC eine vorgeschaltete Verstärkerstufe hat, hab ich direkt einen> Spannungsteiler 100kOhm - 10kOhm davor geschaltet, ohne weiteren OPV.>> Doch das geht ordentlich schief: Es rauscht wie verrückt, und je> schneller man abtastet, desto stärker wird das Signal verfälscht. In der> Atmel application note AN2535 "using XMEGA ADC" finde ich:> Im Datenblatt des 8e5 wird jedoch in Tabelle 36-10 der> Eingangswiderstand der gain stage mit 4kOhm beziffert und ein> Abtast-Kondensator mit Csample = 4.4pF angegeben.
Der 4kOhm R ist nicht als Eingangswiderstand zu verstehen, sondern als
Widerstand der in Reihe zum Haltekondensator liegt. Die Eingangsimpedanz
ist daher ein sehr großer Widerstand der parallel zu 4...5pF sitzt.
Mit steigender Eingangsfrequenz sinkt der Realteil schnell ab. Das gilt
natürlich nur für die kurze Zeit wenn gerade abgetastet wird. Während
der restlichen Zeit ist der Eingangswiderstand immer noch sehr hochohmig
(Abtastschalter offen), hat aber einen unterschiedlichen Wert.
Dein hochohmiger Quellwiderstand (Spannungsteiler) sitzt in Reihe zu den
4kOhm, wodurch anscheinend nicht genug Strom fließt um den
Haltekondensator bei der hohen Abtastfrequenz, innerhalb der sehr kurzen
Abtastzeit, auf den korrekten Spannungswert zu laden. Laut der
verlinkten AppNote sollte das aber noch OK sein. Versuche mal testweise
einen 10k+1k Spannungsteiler. Verbessern sich die ADC-Werte bzw. das
Rauschen?
Robert M. schrieb:> Der 4kOhm R ist nicht als Eingangswiderstand zu verstehen,> sondern als Widerstand der in Reihe zum Haltekondensator> liegt.
Das gibt aber für meinen schwachen Verstand trotzdem keinen
Sinn.
Wir reden ja nicht vom Eingangswiderstand des ADC-Blocks,
sondern vom R_ein der "gain stage" VOR dem ADC. (Zumindest
habe ich das DaBla so verstanden.)
Possetitjel schrieb:> Wir reden ja nicht vom Eingangswiderstand des ADC-Blocks,> sondern vom R_ein der "gain stage" VOR dem ADC. (Zumindest> habe ich das DaBla so verstanden.)
Die exakte Schaltung kenne ich leider nicht, doch scheint der
Eingangsverstärker nicht das zu sein was man sich allgemein unter einem
"Verstärker" (z.B. mittels OPV o.ä.) vorstellt.
Ich nehme an, die Verstärkerstufe enthält eine weitere S&H-Stufe. Erst
nachdem die Eingangsspannung abgetastet und im Haltekondensator
zwischengespeicherte wurde, folgt die tatsächliche analoge Verstärkung
dieses diskreten Wertes, der schlußendlich dem eigentlichen S&H-Glied
des ADC weitergereicht wird.
Dies würde erklären, warum laut Datenblatt, die ADC-Eingänge (ob mit
oder ohne "Gain Stage"), als eine Reihenschaltung aus einem Widerstand
mittleren Wertes und einem sehr kleinen Haltekondensator angegeben
werden.
Robert M. schrieb:> Versuche mal testweise> einen 10k+1k Spannungsteiler. Verbessern sich die ADC-Werte bzw. das> Rauschen?
Ja, versuch ich mal. Eigentlich brauche ich die hohe Eingangsimpedanz,
da es ein Messinstrument werden soll. Ich versuche mal den Kondi vorm
ADC so zu dimensionieren, dass es ein Kompromiss aus TP und Puffer ist.
Im Anhang mal der Vergleich von
XMEGA A <=> XMEGA E
Im DB gibt's beim A keine Angaben zu Csample oder Rin.
Also ne andere Eingangsstufe? Hat das Vieh vielleicht den Eingang mit
hoher Impedanz, auf die AN2535 "using XMEGA ADC" Bezug nimmt?
Jemand, der den ADC vom XMEGA A gut kennt?
Grüße :)
Christoph M. schrieb:> Im DB gibt's beim A keine Angaben zu Csample oder Rin.> Also ne andere Eingangsstufe? Hat das Vieh vielleicht den Eingang mit> hoher Impedanz, auf die AN2535 "using XMEGA ADC" Bezug nimmt?
Unwahrscheinlich dass es ein gänzlich anderer Verstärkertyp sein soll.
Wozu benötigt ein Verstärker eine "Clockrate"? Die Angabe sollte
zumindest stutzig machen, auch wenn bei der A Version die Angaben zu
R_ein und C_sample (im Switched Modus) fehlen.
Robert M. schrieb:> Unwahrscheinlich dass es ein gänzlich anderer Verstärkertyp sein soll.> Wozu benötigt ein Verstärker eine "Clockrate"? Die Angabe sollte> zumindest stutzig machen, auch wenn bei der A Version die Angaben zu> R_ein und C_sample (im Switched Modus) fehlen.
Naja, der ADC vom XMEGA A hat an vielen Stellen andere Paramter, z.B.
auch 2MSps statt 300kSps, da liegt die Vermutung nah, dass etwas anderes
implementiert wurde.
Robert M. schrieb:> Dein hochohmiger Quellwiderstand (Spannungsteiler) sitzt in Reihe zu den> 4kOhm, wodurch anscheinend nicht genug Strom fließt um den> Haltekondensator bei der hohen Abtastfrequenz, innerhalb der sehr kurzen> Abtastzeit, auf den korrekten Spannungswert zu laden. Laut der> verlinkten AppNote sollte das aber noch OK sein. Versuche mal testweise> einen 10k+1k Spannungsteiler. Verbessern sich die ADC-Werte bzw. das> Rauschen?
Danke für die Vorschläge!
Hab jetzt parallel zum Eingang 10K || 100pF ausprobiert, und oben im
Spannungsteiler 90K. (also Spannungsteiler 1:10). Grenzfrequenz ist
damit bei ca. 160 kHz.
Das Rauschen wurde mit 100pF-Kondi deutlich geringer, aber immer noch
nicht zufriedenstellend. Dann habe ich den Wert SAMPCTRL von 0 auf 15
gestellt, der regelt die Abtastdauer. Damit wurde es sauber. Mit 15
tastet das Teil den Eingang 4µSek lang ab, wohl die Aufladezeit für den
Tastkondi. Es entsteht mit Konvertierung circa 8µSek Latenz.
Der ADC erzeugt an den 10kOhm 19mV Spannungsabfall, d.h. er speist 1,9µA
durch das Abtasten in den Spannuungsteiler ein. Dieser Strom ist
scheinbar umgekehrt proportional zu SAMPCTRL, das sehe ich durch ein
paar ausgetestete Werte.
Ist schon mal ok für's erste. Traum wäre, mehr Impedanz am Eingang
zulassen zu können, dann kann man sich dort den OPV schenken.
Danke für eure Tipps und schönen Abend! :)
Christoph M. schrieb:> Naja, der ADC vom XMEGA A hat an vielen Stellen andere Paramter, z.B.> auch 2MSps statt 300kSps, da liegt die Vermutung nah, dass etwas anderes> implementiert wurde.
Das fällt eher unter Wunschvorstellung, es wird sich auch nur um einen
weiteren Verstärker mit geschalteten Kapazitäten handeln. Macht keinen
Sinn fürs A-Modell den Aufbau bzw. die Arbeitsweise der Verstärkerstufe
auf den Kopf zu stellen.
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