Logarithmierer - Kaufen, bauen oder lassen?

Aug 26, 2008 226 Replies

Hallo!



Ich stehe vor der Aufgabe, das 30-jährige Innenleben unseres Einstrahl- Photometers (Dr Lange LP6) entweder zu reparieren oder neuzubauen. Derzeit stehen die Zeichen auf Neubau, da sowohl der Analogteil als auch der Digitalteil Fehler zeigen und der Wunsch nach Druckeranschluss und RS232, USB oder Bluetooth im Raum steht. So weit, so gut. Bei der Messung wird der Strom von zwei Si-Photo-Dioden per Transimpedanzwandler ausgewertet und deren Logarithmen verglichen bzw. der log der Division von beiden angezeigt. In der originalen Schaltung werkelt ein AD715N-Klotz. Der ist nicht mehr wirklich erhältlich und mir persönlich etwas groß. So wie es scheint wertet die Schaltung DC aus, denn ich kann keine Maßnahmen gegen 50Hz erkennen.



Ich sehe folgende Möglichkeiten:


- Schaltung wie gehabt nachstricken und die Aufbereitung analog erschlagen, dabei einen AD8307 benutzen.



- Schaltung nachstricken und einen temperaturkompensierten Logarithmierer nach z.B. Tietze-Schenk selbst diskret bauen. oder



- einen zwei-Kanal-ADC mit genügend Umfang nehmen und den µC das mit dem Log machen lassen.



Ich kann mangels Erfahrung nicht abschätzen, wo die größte Ungenauigkeit zu erwarten ist. Einerseits fürchte ich bei der digitalen Lösung zuviele Bits zu verlieren und ich brauche am Ende 4 dezimale Stellen - eher 5. Andererseits ist das, was ich über Logarithmierer gelesen hab, alles eher so ein Lieber-nicht-Dingen. Wer zeigt mir meinen Denkfehler?



Falk D.


...

Ich wuerde die digitale Loesung waehlen.

- Diode mit Transimpedanzwandler und Auto-Zero OP. Je nach unterer Grenze AD8628( geringes Rauschen, aber recht hoher Bias), LMP7721 (geringer Bias, hoehere Spannungsrauschen) und etwas dazwischen waehlen

- Linear Technology LT2484 Sigma-Delta Wandler, oder LT2440, wenn Du auch die Digitalisierungsrate umschalten willst

- Rauscharme Referenz ADR444

Mit dem AD8628 kannst Du 6 Dekaden Dynamik zu erreichen (< 1 uV Rauschen,

+/- 2 Volt Aussteuerung), auch der LMP sollte fuer 5 Dekaden gut sein.

Viel Glueck

Uwe Bonnes bon@elektron.ikp.physik.tu-darmstadt.de Institut fuer Kernphysik Schlossgartenstrasse 9 64289 Darmstadt --------- Tel. 06151 162516 -------- Fax. 06151 164321 ----------

Ich würde auch die digitale Loesung empfehlen, der entsprechende hochauflösende A/D-Wandler unterdrückt ja auch gleich 50Hz & Harmonische.

Lasergetrimmte gabs mal unter Special Functions. Scheinen aber ausser Mode gekommen zu sein.

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Die analogen machen glaube ich natürlichen ln.

Binärer lb ist für Controller einfach. Einführung und Verfahren z.B. in der Zeitschrift der FORTH e.V. : Seite 7 bzw. Seite 9

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Seite 6
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( alle 3 Artikel auch kostenpflichtig in Heft 12 von http:/
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)

Dezimal könnte wünschenswert sein wenn Normen das für den Ausgabewert fordern. Das wird im analogen Grundgerät aber nicht der Fall gewesen sein.

MfG JRD

Scheint die biegen den ln dann geschickt per Konstante auf log um.

Dann wird der AD715 wohl auch log gemacht haben.

Wenn man nur kleinen Controller verwendet könnte man z.B. den linearen 16/24 Bit Wert des A/D-Wandlers auf lb stauchen und von lb dann per Tabelle oder Taylorreihe auf log konvertieren.

MfG JRD

Falk Duebbert schrieb:

Hallo,

zu analogen Logarithmierern gibt es eine gute Appnote. Grenzen bei der Genauigkeit werden durch die Transistoreigenschaften und bei den Opamps durch Offsetspannung und Biasstrom/Offsetstrom bestimmt und da gibt es ja heutzutage präzise Bauteile. Den speziellen NTC aus den Appnotes zur Temperaturkompensation kann man nach Anpassen der Schaltung durch ein Standardteil ersetzen. Ich bin gerade auch am Überlegen wie sich der Temperaturgang des Logarithmierers bei der Division verhält, ob der möglicherweise sogar wegfällt.

Wenn der Strom in den Logarithmierer bei 10mA beginnt dann entsprechen 5 Dekaden 100nA d.h. die Opamps mmüssen einen deutlich niedrigeren Eingangs- und Offsetstrom haben. Die Offsetspannung muss deutlich niedriger sein als der minimale Eingangsstrom * Logarithmierwiderstand (bei Spannungseingang über einen Widerstand).

Die Dioden am Eingang werden wohl auch einen Einfluss haben bezüglich Paarung/Symmetrie.

Beispielschaltungen würde ich z.B. den Appnotes zum MAT02-Dualtransistor von National entnehmen.

Analoge Logarithmierer sind schon so etwas wie die Krönung der Analogtechnik, wenn man Erfahrung darin hat dann kann sich auch an die Entwicklung eines halbdiskreten Logaritmierers wagen. Möglicherweise gibt es auch noch fertige ICs dafür.

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Bernd Mayer

Schäuble, wenns Dir hier nicht gefällt, dann geh doch nach drüben!

Bernd Mayer schrieb:

Korrektur:

die MAT-02 und Appnotes sind von AD.

Bernd Mayer

Schäuble, wenns Dir hier nicht gefällt, dann geh doch nach drüben!

Hi Rafael,

Kannst Du mir mal auseinandersetzen, was Du da mit einer Taylorreihe bzw. Tabelle machen willst? Nach meinem Schulmathestand von vor ca 25 Jahren sollte lg x = lg e * ln x sein. lg e ist dabei konstant. Eine Multiplikation mit Taylorreihe wäre aber mal eine spannende Aufgabe, oder hab ich jetzt was übersehen?

Marte

"Falk Duebbert" schrieb im Newsbeitrag news:MPG.231dd784756c41ef9896c8@127.0.0.1...

eBay 330264874489 koennte preiswerter werden als eine Neuentwicklung. das letze 220266897998 ging fuer 212 ueber den Tresen.

Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at gmx dot net homepage: http://www.geocities.com/mwinterhoff/ de.sci.electronics FAQ: http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/ Read 'Art of Electronics' Horowitz/Hill before you ask. Lese 'Hohe Schule der Elektronik 1+2' bevor du fragst.

Falk Duebbert schrieb:

Du willst einen Log bauen, dessen Mantisse 4-5 DezStellen Genauigkeit hat? Sowas habe ich noch nicht gesehen. Halte ich für unglaubwürdig.

Ansonsten ist sowas wie der AD8307 sicherlich der beste Weg.

- Henry

www.ehydra.dyndns.info

snipped-for-privacy@private.net schrub...

War auch schon angedacht, aber wenn man sich die Schaltung mal so ansieht, ist der Aufwand überschaubar, das Material dürfte < 200,- bleiben. Meine Stunden rechne ich mal nicht, da es der elterliche Betrieb ist. Außerdem sind die LP6 voll mit alterungs-relevanten Bauteilen.

Ein aktueller µC würde außerdem eine Schnittstelle einfach mitbringen bzw. selbst wenn ich den originalen VV wieder zum Laufen bringe, würde der Aufwand immer noch aus ADC und µC bestehen.

Falk D.

Rafael Deliano schrieb:

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Oh. Wenn das nur für DC ist, dann nehme ich meinen Vorschlag AD8307 [ähnlich] sofort zurück! Irgendeinen 24Bit Wandler von AD oder LTC nehmen.

- Henry

www.ehydra.dyndns.info

Marte Schwarz schrieb:

Rafael liebt halt die winzigkleinen 68HC05 irgendwas :-) Da muß man jedes Bit quetschen.

Ich würde einfach den C-Compiler bemühen.

- Henry

www.ehydra.dyndns.info

ehydra_news snipped-for-privacy@arcor.de schrub...

In der originalen Schaltung wird im Grunde der Lambert-Beer

Extinktion = -ln(I1/I0) = epsilon * c * d [vgl.

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mit dem Logarithmierer erschossen in dem die Messzelle als I1 (am Vin) und die Referenzzelle als I0 (an VRef) angebracht werden.

In sofern hat ein Nachbau mit modernen Bauteilen seinen Reiz, auch wenn hier der Tenor in Richtung digital-Lösung geht.

Der µC dort muss das Ergebnis "nur" noch durch den zuvor ermittelten epsilon * d teilen. Die Anzeigegenauigkeit sind 4 Stellen, allerdings frage ich mich schon ein bisschen, wie viele davon relevant sind, da der ISP-8A/500D nicht der größte Rechenknilch ist/war.

Falk D.

Rafael Deliano:

Einige Algorithmen zur Logarithmus-Berechnung findet man auch in Joerg Arndts fxt-Bibliothek, erlaeutert u.a. in Kapitel 33.

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Zu welcher Basis man logarithmiert, duerfte ua. davon abhaengen, wie die Differenz der beiden logarithmierten Messwerte skaliert. Der Cordic- und auch der Shift-and-Add-Algorithmus erlauben eine einfache Anpassung per Wertetabelle.

Das ist vollkommen Banane, ob die natürlichen, dekadischen, dualen oder was sonst für einen Logarithmus, die Ergebnisse unterscheiden sich nach den Logarithmengesetzen lediglich um einen konstanten und vorhersagbaren Faktor. Im analogen Falle macht ein einfacher nichtinvertierender OP mit Verstärkung 0,43... aus nem natürlichen Logarithmus nen dekadischen. Sollte ein Inscheniör schon hinbekommen, das. Jörg macht das nur mit nem halben Transistor und ner Glühkathode ;-)

Gruß, Florian

Komt darauf an, ob das nur ein Einzelstueck bleiben wird. Wenn ja, wuerde ich irgendeine Analog Devices Loesung vorziehen. Wenn nein, warum nicht einen uC mit Dual-Slope Konversion?

Gruesse, Joerg http://www.analogconsultants.com/ "gmail" domain blocked because of excessive spam. Use another domain or send PM.

Achtung, falls das fuer eine Serie ist: Fuer den MAT02 darf inzwischen um die $10 gelatzt werden und allzuviele hat Digikey nicht auf Vorrat. Sieht langsam nach einem Exoten aus.

Gruesse, Joerg http://www.analogconsultants.com/ "gmail" domain blocked because of excessive spam. Use another domain or send PM.

Wenn Du da jetzt ein funkfaehiges PSoC von Cypress oder so reinsetzt, wuerde das echt Eindruck machen. Ob das bei Euch dann legal waere, weiss ich aber nicht. Aber USB sollte mindestens sein.

Gruesse, Joerg http://www.analogconsultants.com/ "gmail" domain blocked because of excessive spam. Use another domain or send PM.

Mit einem ADC601 koennte ich aushelfen. :-)

Auf die Idee koennte man kommen wo es doch heute 20Bit und mehr Wandler an jeder Ecke gibt...

Ich wuerde mal sagen in beiden Faellen brauchst du Erfahrung und wirst die im Laufe der Entwicklung gewinnen. Wenn die Aufloesung fuer Softwarelogarythmierung reicht, muesste man sich vorher mal durchrechnen, dann wuerde ich das bevorzugen. Es ist auch nicht so einfach so hochaufloesende Wandler ans laufen zu bringen, aber wenn es einmal laeuft dann laeuft es auch. Ob dein analoger Logarythmierer dagegen so toll langzeitstabil ist...

Olaf

LM394; MAT-04; LM3046

mfg hdw

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