Dynamikbereich ADC, differentiell und single-ended

[Y. (Gast)]

Hallo,

ich arbeite momentan mit einem Audio-ADC (N=24Bit, fs=120kHz) mit 
differentiellem Signal- bzw. Spannungseingang. Laut Datenblatt beträgt 
der FS input range 5,6Vpp (single ended) bzw. je 2,8Vpp (differential), 
der Dynamikbereich ist ca. 110dB.

Für mich ist wichtig, welches maximale und minimale Signal ich damit 
verarbeiten kann (also Spannungspegel). Das Signal kommt von einem 
Superhet-Mischer, von dem es in die diedrige Audio-Frequenz umgesetzt 
wird. Deswegen rechne ich am differentiellen Mischerausgang die 
Signalleistung in Spannung um (Veff). Dieses Signal soll dann in den 
ADC. Bspw. messe ich am Mischerausgang einen Leistungspegel von -30dBm, 
dann fällt am Ausgangswiderstand des Mischers (230 Ohm) eine Spannung 
von 15mV ab (also Veff).

Jetzt meine Frage: Mir ist unklar, mit welchen Spannungswerten ich 
rechenen muss, wenn ich jetzt den Eingang des ADCs betrachte, also mit 
den 5,6Vpp oder 2,8Vpp, mit Veff, Vp oder Vpp.
Und wie ich daraus die Eingangsspanne am ADC berechne. Idealerweise 
möchte ich ermitteln, welche Minimal- und Maximalspannung vom ADC 
verarbeitet werden kann, was ich dann wieder auf die Leistung am Mischer 
umrechnen könnte.

Vielen Dank

[Patrick L. (Firma: S-C-I DATA GbR) (pali64)]

Zwischen Mischer und ADC brauchst du aber noch ein Filter, da du sonst 
keine sauberen Werte bekommst, weil ja die VCO auch mit kommt.
Dann musst du natürlich die Spannung nach dem Filter im ADC auflösen.

[Y. (Gast)]

Hallo, danke für den Hinweis.

Ja, ein Filter ist dazwischen, das funktioniert auch so weit und die 
Einfügedämpfung im Nutzband kann ich in den Spannungspegeln natürlich 
entsprechend berücksichtigen.

Mir ist aber wie oben ebschrieben allgemein unklar, welche Spannungen 
(differential/single-ended und pp/p/rms) ich betrachten muss, um mit den 
gegebenen Randbedingungen (Eingangspegel und Dynamikbereich) die 
tatsächlichen minimalen und maximalen Spannungspegel am ADC-Eingang zu 
berechnen.
Hättest du dazu einen Hinweis für mich?

[Patrick L. (Firma: S-C-I DATA GbR) (pali64)]

Ja da die Fragen schon Merfach gestellt wurden.
Hier mal die Foren Einträge dazu

Beitrag "Berechnung zur Auflösung ADC - wie richtig?"

Beitrag "ADC-Wert berechnen"

Beitrag "Fehler rechnung bei ADC Messung"

Beitrag "ADC Wert für Temperatur berechnen"

Beitrag "AVR Differential ADC"

Beitrag "Vorteile und Funktion differenzielle ADC Eingänge?"

Auch Interessant:
http://www.learningaboutelectronics.com/Articles/Analog-to-digital-conversion-ADC-calculator.php

Ich selber verwende den da:
https://www.ti.com/tool/ADC-INPUT-CALC
da ich vorwiegend mit MSP430 arbeite.

Falls dir das Nicht weiter Hilft, frag einfach es wird sicher geholfen,
Interessant wäre da dann noch was du für eine MPU bzw. ADC Verwendest.

meine "Mittagspause" ist nun leider fast rum (Nachtschicht)
Aber bin sicher auch bald wieder On

LG und schönen Sonntag

[Michael W. (Gast)]

Y. schrieb:
> Ja, ein Filter ist dazwischen, das funktioniert auch so weit und die
> Einfügedämpfung im Nutzband kann ich in den Spannungspegeln natürlich
> entsprechend berücksichtigen.

Aus meiner Sicht muss vor den ADC eine Verstärkungsanpassung, die das 
Thema BALUN gleich miterledigt. Ist der ADC nicht programmierbar? Die 5V 
wirst du im Leben nicht nutzen können und auch dei 2,8 nicht. Das ist so 
etwas  richtung Audio mit 1,7Vss / 3,4Vss (und auch da sind 70% 
headroom). Ohne intelligente Verstärkungsanpassung mit programmierbarem 
PreAmp wird das nichts mit den 24 Bit.

[Patrick L. (Firma: S-C-I DATA GbR) (pali64)]

M. W. schrieb:
> Ohne intelligente Verstärkungsanpassung mit programmierbarem
> PreAmp wird das nichts mit den 24 Bit.

Ja und deshalb ja auch meine Frage des Filters,
Hast du ein Aktiven Filter wen ja was sind die Spannungen(PP) die da 
rauskommen? aber in den Links die ich im obigen Post  angehängt habe 
finden sich ja auch angaben dazu.

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[Y. (Gast)]

Vielen Dank für die Antworten und die Links

Patrick L. schrieb:
> Hast du ein Aktiven Filter wen ja was sind die Spannungen(PP) die da
> rauskommen?

Ich habe eine Beschaltung aus VGA, OPV und Anti-Aliasing-TP vor dem 
ADC-Eingang. Die Spannungen danach habe ich mit 1,6uV bis 8V berechnet 
(je nach Verstärkung des VGA), also 4,5uVpp bis 22,6Vpp. Die Spannungen, 
die der ADC idealerweise verarbeiten können sollte, liegen zwischen 
45,2uVpp und 2,26Vpp.

Wenn ich die ideale Auflösung des ADCs berechne, komme ich auf:

$$\frac{2,8V_{pp}}{2^{24}} = 0,17\mu V_{pp}$$

Oder mus ich da die 5,6Vpp einsetzen?

Mit dem Dynamikbereich von 110dB komme ich auf:

$$20\log \frac{2,8V_{pp}}{V_{min}} = 110dB$$

$$\frac {V{max}} {20^{\frac{110dB}{20}}} = 8,8\mu V_{pp}$$

Damit ergibt sich ein ENOB von 19,6, was ich erstmal als realistisch 
empfinde.

Stimmt das soweit? Ich rechne ja oben mit pp-Werten, bezogen auf das 
Maximum der differentiellen Leitung (2,8Vpp). Kann ich diese 
Wertebereiche dann in Relation mit den pp-Werten setzen, die ich am 
Mischerausgang erhalte? Also wenn ich die Leistung auf Spannung dort 
umrechne, hab ich ja erstmal rms, die ich in pp umrechnen kann.

Bsp:
Leistung am Mischerausgnag -50dBm, Rout=230 Ohm:

$$V_{rms} = \sqrt{10^{\frac{-50dBm-30dB}{10}}230$\Omega$} = 1,5mV$$

Das rechne ich dann in Vpp:

$$V_{pp} = \frac{V_{rms}}{2 \sqrt{2}} = 0,53mV_{pp}$$

Dann wird das über die Vorbeschaltung nochmal um 20dB verstärkt, also 
linear *10: 5,3mVpp

kann man auf diese Weise ermitteln, welche minimale und maximale 
Spannung (und damit Leistung am Mischerausgang) AD-gewandelt werden 
kann?

[W.S. (Gast)]

Y. schrieb:
> Jetzt meine Frage: Mir ist unklar, mit welchen Spannungswerten ich
> rechenen muss, wenn ich jetzt den Eingang des ADCs betrachte, also mit
> den 5,6Vpp oder 2,8Vpp, mit Veff, Vp oder Vpp.

Also, wenn ich dich richtig verstanden habe und ein wenig mir dazudenke, 
ist die maximal zulässige an beiden Eingänge (E+ und E-) jeweils von 
-0.3V bis +5.3V und damit der maximal zulässige Spannungsunterschied 
5.6V bzw. +/-2.8V zwischen den Eingängen.
OK so, kann man verstehen.

Die dich aber eigentlich interessierende Frage ist wohl: "Was sind die 
Bereichsendwerte des ADC?" also bei welcher Spannungsdifferenz wird 0 
bzw. 0FFFFFFh erreicht? Hab ich das richtig vestanden?

Wenn ja, dann hängt das von der Referenz des ADC ab. Lies das also 
lieber nochmal in der Dokumentation des ADC nach. Für deine Überlegungen 
ist zunächst einzig der jeweilige Spitzenwert wichtig, denn der 
Effektivwert ist ja für unterschiedliche Signalformen bei gleichem 
Spitzenwert auch unterschiedlich.

W.S.