Moin, Ich möchte den Stromanstieg und Abfall in einer Spule bei 20kHz PWM auswerten. Dafür will ich möglichst schnell Abtasten und aus den Samples mit Linearer Regession die Steigung des Stroms in den verschiedenen Phasen des PWM Zykluses erfassen. (Induktivität usw. berechnen) Dafür plane ich eine Auflösung von 10mA bei 100A Messbereich. Dafür will ich den ADC eines STM32H750 mit einem Differenziellen Signal versorgen. Der ADC soll mit 5Msps bei 14Bit laufen. Datenblatt Angaben dazu: ENOB Effective number of bits Single ended - 12.2 - Bits Differential - 13.2 - SINAD Signal-to-noise and distortion ratio Single ended - 75.2 - dB Differential - 81.2 - SNR Signal-to-noise ratio Single ended - 77.0 - Differential - 81.0 - Meine Signal Quelle ist ein Shunt mit MAX40056. Als Diff-Signal wollte ich den Out und die interne REF des MAX nutzen. Der MAX40056 hat eine Bandbreite 300kHz und scheint dann mit ca. 20db/Dekade zu fallen. Wenn ich jetzt keine Auflösung verschenken möchte dann muss ich bei 2,5MHz bei ca. -80db sein? Oder reicht auch weniger? Die Auflösung von effektiv 10000 Schritten würde ich gern erreichen. Immer voraus gesetzt der ADC kann das wirklich was im dB steht aber das werde ich dann sehen. Würde also ein Diff OP wie der MCP6D11 als Filter 3. Ordnung mit fc=200kHz zwischen Stromverstärker und ADC ausreichen? Ich würde gern mit einem OP in dem Filter auskommen. Ich dachte an die angehängte Schaltung aus Seite 22 von: https://www.ti.com/lit/an/sloa054e/sloa054e.pdf
Angehängte Dateien:
Alexander B. schrieb: > Wenn ich jetzt keine Auflösung verschenken möchte dann muss ich bei > 2,5MHz bei ca. -80db sein? Oder reicht auch weniger? Wie aggressiv das Antialiasfilter ausgelegt werden muss hängt letztlich davon ab, wie das Spektrum oberhalb der halben Samplingfrequenz (2,5MHz) aussieht. Je weniger dort los ist (i.e. Noisefloor/SINAD) umso weniger agressiv muss es ausfallen. Wenn z.B. der Signal- oder Rauschpegel oberhalb von 2.5MHz -60 dBFS nicht überschreitet, dann reichen -20 dB Absenkung bereits aus. Wenn ich nicht weiss, wie das Spektrum aussieht, muss ich halt auf "Nummer Sicher" gehen. Spannend ist in diesem Zusammenhang die Frage, wie sauber die analogen Eingänge der ST32H750 ADCs gegen Feedthrough von digitalen Signalen isoliert sind? BTW: Laut Datenblatt (S. 158) sind ENOB/SINAD für die 16bit Konfiguration und 2MSPs/s spezifiziert. Ich würde erwarten, dass bei 5 MSPs/s diese Werte deutlich niedriger ausfallen.
Burkhard K. schrieb: > Wie aggressiv das Antialiasfilter ausgelegt werden muss hängt letztlich > davon ab, wie das Spektrum oberhalb der halben Samplingfrequenz (2,5MHz) > aussieht. Je weniger dort los ist (i.e. Noisefloor/SINAD) umso weniger > agressiv muss es ausfallen. > > Wenn z.B. der Signal- oder Rauschpegel oberhalb von 2.5MHz -60 dBFS > nicht überschreitet, dann reichen -20 dB Absenkung bereits aus. Wenn ich > nicht weiss, wie das Spektrum aussieht, muss ich halt auf "Nummer > Sicher" gehen. Wie kann ich an eine Abschätzung des Noisefloor ran gehen? Die Leistungsbrücke für die PWM liegt auf einem PCB unter dem Board mit dem Controller und Filter. Es liegt also mindestens eine GND und Vcc Plane zwischen der geschalteten Phase und dem Analog Pfad nach dem MAX40056. Die Schaltflanken der PWM würde ich aktuell auf 500V/µs und ich muss max mit 1000A/µs rechnen. Das Signal des MAX liegt bei 1,5Vpp somit ist alles unter -80dB davon egal. Nur wie schätze ich hab welche Störungen von >150µVpp auf dem Signal sind. Burkhard K. schrieb: > Spannend ist in diesem Zusammenhang die Frage, wie sauber die analogen > Eingänge der ST32H750 ADCs gegen Feedthrough von digitalen Signalen > isoliert sind? > > BTW: Laut Datenblatt (S. 158) sind ENOB/SINAD für die 16bit > Konfiguration und 2MSPs/s spezifiziert. Ich würde erwarten, dass bei 5 > MSPs/s diese Werte deutlich niedriger ausfallen. Guter Punkt das ist mir entgangen. Dann sollte ich also eher gucken das ich bei 1MHz genug Dämpfung erreiche. Ich kann dann ja die Verschiedenen ADC Konfigurationen ohne HW Änderungen vergleichen.
Nur mit einem RC Filter nach dem MAX40056 habe ich bei ähnlichen Anwendungen ca. ein Rauschen von 1/1000FS = -60dBFS. Die fc lag bei der Anwendung bei ca. 20kHz. Aber der dort verwendete ADC sollte nur 67dB SINAD haben. Außerdem war in der Anwendung nur der Strommittelwert interessant und somit wurde synchron zur PWM mit 20kHz gesampled. Der Filter ist für diese Betrachtung quasi irrelevant? Mit den Annahmen liegt mein noise floor bei -60dBFS. Ich muss also von 300kHz auf 1MHz 20dB weg drücken. Das schafft ja schon ein Bessel 2.Ordnung.
Der MAX40056 sollte da auch nicht viel Noise liefern. PSRR ist min. 90dB. Die Voltage Noise Density bei 10kHz ist 150 nV/√Hz das geht da auch unter. Aber der Graph Input Integrated Noise sieht interessant aus der geht bei 1MHz hoch auf 110µVrms. Die interne Referenz des MAX soll maximal 2,5µV/√Hz liefern. Was sagt das V/√Hz aus?
> Was sagt das V/√Hz aus?
Rauschspannung
en = V/√Hz ist die Rasuchspannung/Wurzel(1Hz), also für 1Hz Bandbreite.
Nachfolgend die Formel, falls en konstant ist über die ganze
Bandbreite.
Urmsnoise = Wurzel(Bandbreite) * en
Ganz allgemein gilt die nachfolgende Formel für beliebiges en(f).
Urmsnoise = Wurzel( Integral (en(f))^2 df von f1 bis f2 )
Bandbreite = f2-f1
:
Bearbeitet durch User
Danke für die Erklärung. Ich brauche also erstmal die Bandbreite des Signals am Eingang des MAX40056. Da wäre ein differenzieller RC-Tiefpass an dem Shunt sinnvoll mit dem ich auf fc=190kHz gehe damit ich ein Eingangssignal mit einer effektiven Bandbreite von 190*1,57kHz = 300kHz habe. Somit nutze ich de Bandbreite des MAX noch gut aus und habe aber eine Begrenzung des Inputnoise. Ich werde mal ein Schaltplan mit Simulation machen.
Laut dem DB des MAX40056 liegt der Input noise bei ca. 160nV/sqrt(Hz) bis ca. 300kHz und dann fällt das Rauschen stark ab. Zur Sicherheit würde ich aber für die Bandbreite den Korrekturfaktor für die effektive Bandbreite eines RC-TP von 1,57 ansetzen. Dann komme ich auf ca. 110µVrms als Input Noise. Ich wollte den MAX40056 mit einer Verstärkung von 50V/V einsetzen. Somit muss ich mit 5,5µVrms am Ausgang des MAX40056 rechnen. Dazu kommt das Rauschen der internen Referenz des MAX. Laut dem Graphen im DB beginnt das Rauschen bei ca. 2,5µV/sqrt(Hz) und fällt dann stetig ab. Demnach muss ich die Bandbreite der Referenz soweit wie möglich begrenzen. Da die sich eh nicht ändert ist das ja kein Problem. Schaltplan kommt morgen.
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