Liebes Forum, irgendwie stehe ich wieder einmal im Wald und komme einfach ohne fremde Hilfe nicht weiter: Ich bin auf der Suche nach einem präzisen und sehr rauscharmen DA-Wandler, der eine Auflösung von 26 Bit bei einer Ausgabefrequenz von bis zu 10 kHz liefert. Hat jemand Erfahrungen, wie man so etwas sinnvoll realisieren kann? Eine Pulsweitenmodulation mit einem nachgeschalteten Filter erscheint aus meiner Sicht nicht sinnvoll. Hat jemand vielleicht schonmal so einen Schaltkreis gesehen oder gebastelt? Vielen Dank und ein frohes Wochenende wünscht Euch der Gunter
ui...26 Bit Das ist eine Auflösung von 1uV bei 67V Peak-To-Peak ...da bin ich gespannt
und ich vermute, das IC darf höchstens 50cent ksoten, bei einer Abnahmemenge von, ja EIN stück.. ;-)
24 Bit AC-gekoppelt sind eher zu bekommen: http://shop.elv.de/output/controller.aspx?cid=74&detail=10&detail2=13043 "Der ADA 24 ist ein vollwertiger Stereo- Digital/Analog-Wandler, der digitale Audio-Daten mit einer Auflösung von 24 Bit und einer Abtastrate von bis zu 192 kHz verarbeiten kann." Muß es auch DC-Signale liefen können?
Man koennte sich eine R2R implementation vorstellen... Wie propagiertt dort der Fehler durch den Schalter ?
Jepp - die 26 ist eine sehr unschöne Zahl! Eine 16 wäre mir auch bedeutend lieber, aber es soll nunmal der "Beste DA-Wandler der Welt" werden. ;-) Tja - vielleicht dann doch ein R2R-Netzwerk mit x-tausend Widerständen ??? PS.: Die Ausgabespannung soll maximal 1,5 V betragen - das heißt also 22nV-Schritte (Ob ich mir lieber heute, oder erst am Montag die Kugel geben? :-D )
PPS.: Der Preis spielt keine Rolle. Nur DC sollte DA-Wandler können... :(
Vielleicht findest Du ja einen 32Bit DA-Wandler... dann wäre das der überbeste DA-Wandler der Welt :) Ich meine ich hätte auch schon mal eine Bastelanleitung gesehen bei der über OP's 2 Spannungen zusammengeführt wurden und dadurch eine höhere Auflösung erzielbar war...
@Gunter wofür brauchst du denn 26Bit? Ich habe aus den Beiträgen im Forum herausgelesen, dass so schon geringste Schwankungen in das Messergebnis hineinfließen. Z.B. ein Mikrocontroller der getaktet ist. Oder eine Spannungsversorgnung, die nicht auf 1nV genau ist. Oder eine Leiterbahn die kein Supraleiter ist und damit für einen Spannungsabfall am IC sorgt, der größer als 1nV ist. Oder ein Handy im Nebenraum. Oder jemand hat an die Kontakte gepackt --> galvanisches Element. Du könntest aber auf diese Weise einen schönen Zufallszahlengenerator herstellen.
dazu muss man eine teflon beschichtete platine verwenden wegen der leckströme und das kriegt nur noch die industrie hin.
Das wären bei einem unipolaren D/A-Wandler bei 1 V fullscale grade mal 15 nV Fehler. Wir sind hier nicht bei "Wünsch Dir was".
Hallo, eine Auflösung von 26 bits bei einer Bandbreite halte ich schon aus physikalischen Gründen für praktisch unrealisierbar. Denn dazu wären am Wandler-Eingang ein Rauschabstand von 156 dB notwendig. Dies ist mit klassischer Halbleitertechnik nicht erreichbar. Ausserdem bezweifle ich, dass Du eine derartig hohe Auflösung überhaupt brauchst. Der AD-Wandler soll ja wohl das Signal irgendeines Sensors verarbeiten. Nehmen wir einmal eine Vollaussteuerung von 5V an. Dann wäre bei 26 bit ein Spannungsschritt von 74nV aufzulösen. Nach Nyquist beträgt aber bereits die Rauschspannung an einem 1Ohm Widerstand bei 300K (27C) und einer Bandbreite Delta f = 10KhZ: Urausch = Sqrt(4*Kb*T*R*Delta f) = 12.8nV Das heisst, wenn Dein Sensor muss auf jeden Fall einen Innenwiderstand von weniger als ca. 33Ohm haben,sonst wäre dessen thermisches Eigenrauschen Rauschen höher als die geforderte Genauigkeit. Liefert der Sensor nicht direkt die geforderten 5V Vollaussteuerung, muss sein Signal vorverstärkt werden. Dadurch wird aber auch das Rauschen verstärkt, und die Verhältisse werden noch schlechter. Die Eingangsstufe des Verstärkers müsste dann natürlich auch entsprechend niederohmig aufgebaut sein (alle Widerstände im Signalpfad im Ohm-Bereich), um nicht noch mehr Rauschen hinzuzufügen. Dies ist mit klassischer Halbleitertechnik aber kaum möglich. Auch wenn diese Betrachtung etwas vereinfachend ist, hoffe ich doch, dass Dir das wesentliche Problem klar geworden ist. Die Physik ist leider ein Naturgesetz und lässt sich nicht so leicht austricksen. Als einzige Lösungsmöglichkeit sehe ich daher, wenn wirklich eine so hohe Genauigkeit und Bandbreite gefordert werden, das Ganze mit flüssigem Stickstoff (oder gar Helium) zu kühlen. Tatsächlich verwendet man zur Detektion ganz kleiner elektrischer Ströme (z.B. Hirnstrommessungen) SQUIDS, d.h. supraleitende Sensoren. Gruss Mike Auch der AD-Wandler
Wo liegt denn das natürliche Rauschen bei 10 kHz Bandbreite? Wir haben bei Raumtemperatur -174 dBm/Hz also -134 dBm bei 10kHz. das wären 10^(-13,4) mW (an 50 Ohm gemessen) oder 10^(-16,4) Watt und die Effektivspannung ist sqrt(P/R)=8,9*10^-10V=0,89nV (an 50 Ohm) Mit den 22nV liegen wir also immer noch darüber, wenn ich mich nicht verrechnet habe.
Liebes Forum, wir sind nicht bei "Wünsch Dir was" - das ist richtig... ...allerdings sind wir/ich in der Forschung und Entwicklung bzw. in der Superhyperpräzisionsmesstechnik ;-) tätig. Manchmal hilft auch ein kleiner Tipp weiter, deshalb möchte ich an dieser Stelle allen für die vielen konstruktiven Vorschäge danken. Was wären wir ohne euch! :-D Also - weiter so und vielen Dank nochmal der Gunter PS.: Wenn es eine Lösung gibt, werde ich sie gerne mal posten. ;-)
Gunter, ein R2R netzwerk benotigt 2 identische Widerstaende pro bit. Ein 26bit DAC kann man somit mit 52 Widerstaenden zu je 10k Ohm machen. Das Argument, dass das Rauschen groesser ist sticht nicht, da das Rauschen sich ausmittelt. Man kann in der Tat Signal im Rauschen drin produzieren, wenn man sicher ist, das Rauschen in einem anderen Prozess spaeter wieder lozuwerden.
...Man kann in der Tat Signal im Rauschen drin produzieren... Ja, nenn sich DSSS direct sequence spread spectrum... Da wird das (zu sendende) signal direkt im rauschen versteckt.. ;-)
Wenns bei Physikern mal wieder messtechnisch eng wird, drehen die ja das Problem solang hin und her bis zum Schluss eine einfache Zählung oder zumindestens Zeit/Frequenzmessung rauskommt, denn das ist das einzige was man wirklich genau machen kann. Also Elektronen einzeln in ne Tüte abzählen, schauen dass ja keines dabei ausbüchst und die resultierende Spannung ist dann das Wandlungsergebniss. Genauer kann mans theoretisch ja auch nicht machen. Bei 10pF und 1V hat man 1E-11 As was 6.28E7 Elektronen entspricht. 2^26 ist 6.7E7. Somit Entspricht 1LSB in etwa einem Elektron. Wenn man Elektronen nicht zählen kann nimmt man halt einen Konstantstrom und stopt die Zeit. Bei 1ns Zeitauflösung benötigtman also für 2^26 67ms. Damit kommt man zwar nicht auf die 10KHz, aber immerhin. Damit hängt das Wandlungsergebnis im Wesentlichen "nur" noch von der Stabilität des Kondesators und der KonstStromQuelle ab. Als Kondensator müsste man einen Glas Vakuum Plattenkondensator nehmen, aber wie man für die Switches und die S&H Einheit die Leckströme in den Griff bekommt entzieht sich meiner Kentniss. Hochpräzise A/D Wandler machen ja im Prinzip ein ähnliches Verfahren (Dual Slope), oder?
"Echte" 26 Bit bei 10kHz halte ich nahezu für unmöglich mit dem heutigen Stand der Technik. Evtl. das Rauschen aufteilen durch Delta-Sigma Wandlung, aber auch da wird es bei der Auflösung mehr als kritisch. Wäre doch mal die Frage : Was willst du eigentlich damit anstellen ? Danach würde sich evtl. ein passender Ansatz finden lassen.
und auch wenn es mit Stickstoffgekühlten Supraleitungen und co realisiert werden würde, das Meßgerät (eine Dekade besser) will ich mal sehen. Arbeitest Du bei der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt?
aber wir wollen mal nicht meckern. vielleicht der der hier (audiobereich) http://www.analog.com/en/prod/0%2C2877%2CAD1953%2C00.html
>Hat jemand Erfahrungen, wie man so etwas sinnvoll realisieren kann?
Folgendes soll nicht abwertend gemeint sein, aber wer so eine Frage
stellt, besitzt nicht das notwenige Hintergrundwissen. Eine so hohe
Auflösung erfordert auch eine entsprechend gestaltete Schaltung und auch
das Layout ist nicht trivial. Bei dir wird es so sein, dass du
vermutlich die unteren 15 Bit eh in die Tonne treten kannst, also
vergiss die Idee am besten wieder.
René Farak wrote: > vielleicht der der hier (audiobereich) > > http://www.analog.com/en/prod/0%2C2877%2CAD1953%2C00.html Im Audiobereich ist das keine Kunst, da es dort nur auf die Kurzzeitmonotonie (100ms) ankommt. Damit lassen sich dann auch leise Signale verzerrungsarm ausgeben und ein hoher Dynamikbereich erreichen. Genauigkeit und Linearität spielen überhaupt keine Rolle, die dürften ruhig 8Bittig sein. Nur geschulte Musikerohren können Klirrfaktoren <1% gerade noch raushören. Ich hatte mal testweise nen 24Bit Audio-DAC versucht für DC-Anwendungen zu benutzen. Schon bloßes Anpusten lies den Offset in den Himmel schießen. Ein echter 12Bitter war sogar stabiler. Peter
Dank, Dank , Dank und noch 1000x Dank! Es ist immer wieder sehr erfreulich, wie viel konstruktive Kritik und kontroverse Diskussionen ein nicht alltägliches Problem aus der universitären Forschung verursachen kann. Ich Danke Euch auf jeden Fall für all Eure schlaflosen Nächte, die Euch die Lösung meiner Probleme bereitet hat. ;-) Nun - was haben wir vor: Bei der besonders präzisen Kraftmessung wendet man gewöhnlich das Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation an. Man erzeugt hierbei über eine Spule mit einem Eisenkern eine der zu messenden Kraft entgegenwirkende Magnetkraft. Sind beide Kräfte gleich so ist der Strom durch den Elektromagneten ein Maß für die zu messende Kraft. Man muss also diesen Strom entweder genau messen oder genau einstellen können. Die Variante mit einer analogen Regelung des Spulenstromes und einer Strommessung über hochauflösende A/D-Wandler ist relativ "trivial" und ist "state of the art". Wir versuchen hier allerdings den anderen Ansatz der Steuerung des Stromes über eine D/A-Wandlung - und dazu braucht man die beste Spannungsquelle aller Zeiten! :-D Natürlich wird nun der Eine oder die Andere sagen: "Hey - wenn sich jemand mit so was Tag für Tag beschäftigt, warum postet er dann seine Probleme in eine Newsgroup?!?" Nun, meine Erfahrung ist, dass immer irgendjemand irgendwann irgendwo schon mal ein ähnliches Problem hatte. Warum also dieses Wissen nicht nutzen bzw. teilen? Ist das nicht die Grundidee eines Forums... Also - noch mal Danke! Ich werde es dann mal mir einer Frequenz-Spannungswandlung und auch noch über ein R2R-Netzwerk versuchen. Mal sehen was besser (bzw. überhaupt) funktioniert. Sofern es eine funktionierende Schaltung gibt, werde ich sie mal posten! Der Gunter
Wie präzise müssen die Widerstände des R-2R-Netzwerks sein? Ich fürchte, die müssen doch auch auf 26 Bit genau ihren Wert einhalten.
Hier hat es mal jemand vorgerechnet, wenn R statt 50 100 mit 51 100 aufgebaut wird: http://www.avr-asm-tutorial.net/avr_de/avr_dac.html "Man beachte den Sprung, wenn Bit 7 High wird! Die Spannung springt dann um mehr als zwei Digits. Das ist für ein 8-Bit-Netzwerk zu groß, aber akzeptabel für ein 4-Bit-Netzwerk." "...gedowngeloaded..."
"Ich werde es dann mal mir einer Frequenz-Spannungswandlung und auch noch über ein R2R-Netzwerk versuchen. Mal sehen was besser (bzw. überhaupt) funktioniert. Sofern es eine funktionierende Schaltung gibt, werde ich sie mal posten! " Das kann doch wohl alles nicht ernst gemeint sein. Genauso könntest Du einen 16bit und einen 10bit DAC in Reihe schalten (oder parallel?) Ist eh Wurst, aber wenigstens schafft man damit 10kHz Ausgabefrequenz .
was gibts denn zu kaufen: http://www.keithley.com/products/currentvoltage -> "Selector Guides - Source/Measure Products" = "05.pdf" die haben z.B. eine digital einstellbare Stromquelle ab 10 atto-Ampere bis max 100mA oder sogar 1A, das sind 13 oder 14 Dekaden. Über die max. Frequenz ist hier nichts zu lesen, das wird wohl auch vom GPIB-Bus bestimmt.
@gunter das problem mit der kraftmessung kenn ich. Ich hatte da eine idee die meine chef aber zu teuer war es auszuprobieren. ich habe eine mechanische verstärkung gewählt, klingt abendteuerlich gebe ich zu, aber rein theroretisch müsste es gehen. schreib mir mal ne mail. xlomx at web dot de
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