TL431 an VREF v. RP2040

Am Mo.,26.06.23 um 10:27 schrieb Peter Heitzer:

Reicht bei ratiometrischen Messungen nicht ein RC Filter an Pin 43? Besonders toll ist der 12bit ADC wohl nicht, siehe 4.9.4

ADC_VREF. TL431 wäre halt billig und vorhanden. 10 Bit würden vmtl. reichen; die Standardbeschaltung bringt es AFAIK nur auf knapp 9.

Hi Peter,

Wie kommst Du auf die Idee, dass die Genauigkeit für ratiometrische Messungen durch eine Referenzspannung verbessert werden könnte, wenn der Baustein doch gar keinen Referenzspannungseingang vorsieht und schlimmer noch, der Fehler durch die Nichtlinearität des Chipdesigns verursacht wird? Vergiss es, dem Wandler willst Du nicht mehr als 8 Bit abnehmen. Wenn Du genau weißt, wie es um Dein Exemplar bestellt ist, kannst Du vielleicht was reißen, indem Du die fraglichen Nichtlinearitäten auszugleichen verstehst. Die Summe der Konjunktive ist aber hier schon eine klare Absage an den Messtechniker, der hier ernsthaft etwas nutzen mag.

Wenn man wenigstens bei Fig. 116 & 117 mitgeteilt hätte, wie die Zahlen zustande gekommen wären ... Mir sieht das sehr nach "broken by design" aus. Das musste sehr schnell gehen, da hat man nur voarab grob simuliert und dann keinen Korrekturzyklus mehr machen wollen. Der Text rund um Fig. 116 und Fig. 117 spricht ja Bände ;-) Da ist im DAC bei Bit 9 gehörig etwas daneben gegangen. 512 kann das Teil wohl einigermaßen gut zählen, aber dann setzts aus. Die "Entschuldigung", dass das ja die kleinen Kapazitäten beträfe, gilt nicht. Die kleinen Bits gehen ja wieder ganz manierlich. Fig 117 zeigt das recht gut. Der Sprung bei 2048 und auch der sichtbare Sprung an 3072 würde ich in Fig. 117 auch sichtbarer erwarten. Fazit: Denen glaub ich nicht und würde dem ADC, jenseits der 8 Bit in einem der sauberen Bereiche (also nicht Fullscale betreiben!), nicht über den Weg trauen.

Bei den AVR-µCs kann man den ADC auf kleinere Auflösungen konfigurieren. Da könnte man den Bug wegrationalisieren und wenigstens 9 Bit sinnvoll nutzen und dann ggf durch Oversampling noch was gut machen, wenn man die Geschwindigkeit nicht unbedingt braucht. Das geht hier aber ins Leere.

1. Wenn Du mehr brauchst, nimm einen exteren ADC.

Marte

Im Pico Datasheet unter 4.3 steht <zitat>

For much improved ADC performance, an external 3.0V shunt reference, such as LM4040, can be connected from the ADC_VREF pin to ground. Note that if doing this the ADC range is limited to 0-3.0V signals (rather than 0-3.3V), and the shunt reference will draw continuous current through the 200Ω filter resistor (3.3V-3.0V)/200 = ~1.5mA. </zitat>

Dem entnehme ich, daß eine externe Referenz eine Verbesserung brächte.

Am Mo.,26.06.23 um 14:38 schrieb Peter Heitzer:

Welcher Pin ist ADC_VREF? Ich finde den nicht im Datenblatt. Ist mein Datenblattlink falsch?

Du brauchst das Datenblatt für das fertige Board:

Welche Verbesserung genau?

'much improved ADC performance' sagt mir eigentlich nichts.

Am Mo.,26.06.23 um 14:38 schrieb Peter Heitzer:

Von Pico war bisher nicht die Rede.

Seite 24 sieht man, dass Pin43 praktisch ADC_VREF ist und ein 200R

2µ2 Filter schon drin ist. Wenn der NTC Spannungsteiler mit ADC_VREF gespeist wird, bringt eine Shuntreferenz keine Verbesserung, weil es ja eine ratiometrische Messung ist.

Wolfgang Martens schrieb:

Ich kenne dich nicht. Du kannst 16-24 bit erwarten, plus parity, sign und 1.5 Stopbits :-) Werden aber nicht kommen. Hoffe ich. Soviel ich gehört habe, hält sich die Begeisterung über in Himbeeren eingebaute ADC in Grenzen. Vielleicht Brückenschaltung mit zwei NTC, dann hat man doppelt so viel Signal.

Die 3V3 kommen ja von einem Schaltwandler. Und improved ripple ist immer noch ripple. Und auch mit 200R/1R/2u2 wird es noch wackeln. NTC klingt nach externem Sensor, der hat auch Kapazität gegen Masse, Phasenverschiebung, etc blafasel, schon hat man zusätzlichen Ärger.

Dreckeffekte summieren sich immer zu deinen Ungunsten.

Vielleicht hilft die konstante Spannung mit Shuntregler auch, die Verlustleistung im NTC konstant zu halten. Andererseits:

- Kleine Effekte kompensieren zu wollen während andere grössere die Lage beherrschen, bringt nichts.

- Verbesserungen können die Situation auch verschlimmern :-] gerade wenn "HF" rumsifft.

Bei einem externen ADC kann man eventuell auch den Skalenbereich besser einengen. Das bringt dann mehr Bit für das Nutzsignal.

Helmut Schellong schrieb:

Handwaving argument. Die performance des ADCs wird ja nicht besser, man versorgt ihn aber mit einer ripplefreien konstanten Referenz. Dadurch wird die Wandlung insgesamt genauer und stabiler. Möglicherweise. Mit sehr wenig Bits und Downsampling/Überabtastung kann natürlich eine wacklige Referenz Vorteile bieten. Aber solide Technik ist so was eher nicht.

"Improved Ripple" ist auch so ein Lab-Slang. Mehr? Mehr = Besser? Klingt nach Auto-Quartett; wer mehr Wendekreis hat, hat gewonnen.

Am 26.06.23 um 16:03 schrieb Marte Schwarz:

In der Tat.

In der Kernphysik haben wir oft Sliding Scale verwendet, um den Nichtlinearitäten von ADCs Einhalt zu gebieten. Also, wechselnden (kleinen) Spannungswert aus DAC zum Messsignal addieren und selbigen nachher von digitalisierten Wert wieder abziehen. Das verbessert die Situation zumindest im statistischen Mittel. Man kann dann über mehrere Messungen mit verschiedenen Korrekturwerten mitteln, und dabei auch den systematischen Fehler durch Nichtlinearitäten reduzieren. Das adressiert natürlich primär DNL, die bei Spektrometern besonders stört. Gegen INL hilft es wenig, da sich das typischerweise nicht vorwiegend in den hinteren Bits auswirkt. Sinnvolle Scale-Werte liegen in der Dimension bis grob 10% FSR. Das ganze ist schlicht billiger als ein guter ADC.

Tatsächlich kann man mit solchen Maßnahmen, wenn man smart genug vorgeht, durchaus auch Zehnerpotenzen holen. Ich habe mit einem 8 Bit Flash-Wandler schon auf 14 Bit genau gemessen. Und ich habe mit einem 48 kHz Onboard Soundchip auch schon auf 1ns genau gemessen. Das geht halt immer nur, wenn man wiederholbare Messungen hat.

Marcel

Hi Peter,

And how much? Schau Dir doch an, was das Datenblatt des Chips offenbart. Klar kann man das durch ein schlechtes Layout und noch schlechtere Beschaltung weiter verschlechtern und dann tipps geben, wie man das vielleicht wieder hinpatchen könnte. Ob Du dafür jetzt eine LM4040 oder eine TL431 verwendest, dürfte herzlich egal sein. Viel wichtiger ist, dass Du Deinen ratiometrischen Spannungsteiler auch an diese geglättete Spannung hängst, da darf also nicht viel Strom seitlich vorbei gehen, sonst ist es schnell vorbei mit der Stabilität.

Mit Sicherheit nicht gegen die ohnehin schon fatalen internen Konstruktionsfehler in diesem ADC

Marte