Analogspannung ADC

[Symon S. (symon_s)]

Hallo zusammen,

ich möchte den ADC (Texas Instruments PCM1801) nutzen, um das 
Spannungssignal eines Piezoelements zu digitalisieren. Das Piezoelement 
erzeugt im gleichen Ausmaß Spannungen im positiven sowie negativen 
Bereich. Im Kapitel "ELECTRICAL CHARACTERISTICS" des Datenblatt des ADCs 
steht, dass es nur positive Spannungen am Analog-Eingang entgegennimmt 
(DC_analog_input.png). Nun ist in dem Datenblatt allerdings auch ein 
empfohlenes Schaltschema für den ADC abgebildet (ADC_Schaltschema.png). 
Dem zufolge sollen Kondensatoren vor die Analog-Eingänge geschaltet 
werden. Dadurch würde jedoch der 2.1 V Offset geblockt werden, den ich 
auf das Signal vom Piezo gebe, um die Spannung rein positiv zu machen. 
Dadurch würden jedoch wieder negative Spannungen in den ADC gelangen.
Wenn mir jemand diesen vermeintlichen Widerspruch erklärt, wäre ich sehr 
dankbar.

VG
Simon

[Klaus H. (hildek)]

Symon S. schrieb:
> Dadurch würde jedoch der 2.1 V Offset geblockt werden,
???

Der Piezo macht ±mV (±V), wenn er angeregt wird - sauber um die 0V 
herum.
Der ADC-Eingang hat einen Bias von 2.1V. Den trennst du mit dem 
Kondensator ab, so dass sich das Signal dann um 2.1V ± X mV bewegt.
Alle sind zufrieden ...

[Arduino F. (Firma: Gast) (arduinof)]

Symon S. schrieb:
> Dadurch würde jedoch der 2.1 V Offset geblockt werden, den ich
> auf das Signal vom Piezo gebe,

Das brauchst du nicht.
Ebenso wie C1 und C2.
Das ist alles flüssiger als Wasser.
Überflüssig.

[Symon S. (symon_s)]

Okay, jetzt nochmal in meinen Worten:

Der Kondensator entfernt erstmal einen DC-Offset von x Volt. Zwischen 
Kondensator und ADC erzeugt der ADC dann einen 2,1 V Offset, damit der 
Center Voltage passt. Die nicht Überschreitung des Spannungsbereichs von 
ca. 2,8 V muss ich dann selbst gewährleisten, indem ich z.B. einen 
Spannungsregler davor  packe. Korrekt?

Auf jeden Fall schon mal Danke für die Hilfe :)

[Klaus H. (hildek)]

Der Piezo hat eigentlich keinen Offset. Nur der ADC braucht einen. Also 
trennt der Kondensator die beiden Welten - insofern schon richtig.

Die Überschreitung des Spannungsbereichs musst du selbst verhindern, 
aber nicht mit einem Spannungsregler. Entweder du legst die Schaltung so 
aus, dass keine Übersteuerung eintritt (Spannungsteiler) oder du 
begrenzt seltene
Übersteuerungen durch z.B. einen OPA o.ä.

[Michael B. (laberkopp)]

Symon S. schrieb:
> möchte den ADC (Texas Instruments PCM1801) nutzen, um das
> Spannungssignal eines Piezoelements zu digitalisieren

Das ist ein Audio-A/D-Wandler.

Der entfernt Gleichspannung und tiefe Frequenzen, ist nicht driftstabil 
und hat Artefakte.

Wenn dein Pieze nur Audio erfassen soll, ok, ansonsten der falsche 
Wandler.

Ein Piezo erzeugt allerdings eh keine Gleichspannung, insofern ist 
völlig egal ob DC per Kondensator oder internem high pass Filter 
entfernt wird.

[Symon S. (symon_s)]

Klaus H. schrieb:
> Der Piezo hat eigentlich keinen Offset. Nur der ADC braucht einen.

Alles klar, um den Thread nun abschließen zu können noch eine Frage: Der 
Offset, den der ADC benötigt, produziert er selbst, richtig? Oder anders 
formuliert: Sofern nichts am Eingang angeschlossen ist, messe ich an ihm 
2.1 V DC?

Nochmals danke für die Hilfe!

[Arduino F. (Firma: Gast) (arduinof)]

Symon S. schrieb:
> messe ich an ihm
> 2.1 V DC?

So soll es sein!

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Symon S. schrieb:
> Klaus H. schrieb:
>> Der Piezo hat eigentlich keinen Offset. Nur der ADC braucht einen.
>
> Alles klar, um den Thread nun abschließen zu können noch eine Frage: Der
> Offset, den der ADC benötigt, produziert er selbst, richtig? Oder anders
> formuliert: Sofern nichts am Eingang angeschlossen ist, messe ich an ihm
> 2.1 V DC?

Nochmal: das ist ein Audio-ADC. Das Signal wird kapazitiv eingekoppelt 
(muß kapazitiv eingekoppelt werden). Wenn der Eingang offen ist (oder 
vor dem Koppelkondensator auf GND liegt) gibt der ADC das Digitalwort 
für 1/2 FS (Full Scale) aus. Das müßte der Binärcode 0x8000 sein.

Vor dem Koppelkondensator kann der ADC Spannungen von -1.414V (Code 
0x0000) bis 1.414V (Code 0xFFFF) verarbeiten. Wegen des Offsets von 
typisch 2.1V entspricht das typisch 0.686V bis 3.514V nach dem 
Koppelkondensator. Umgehen kannst du den Koppelkondensator trotzdem 
nicht. Der ADC funktioniert nur mit. Denn wie gesagt: es ist ein 
Audio-ADC.

[Pandur S. (jetztnicht)]

Natuerlich erzeugt ein Piezo eine DC Spannung. Es kommt nicht allzu viel 
Strom. Ich rege ihn ja auch mit einer DC Spannung an.

Ein Piezo ist erst mal kapazitiv, und erzeugt ein Displacement 
proportional zur Spannung.
Ich denke die Spannung des Piezos als Sensor entspricht der Ableitung 
der Kraft.