Wieso wackeln bei mir Bits 11-16? (Restspannung in Kondensator?)

Hallo,

F=FCr ein Uniprojekt brauche ich eine Schaltung, die ein Eingangs- signal integriert und das Ergebnis mit 16 Bit digitalisiert. Die Integration funktioniert (im 2 Hz-Takt, auf Basis zweier Opamps, einem Integrator und einem Inverter). Der Kondensator des ersten Opamps wird durch Relais oder Optokoppler kurzgeschlossen. Zum Messen steht der 24-Bit Wandler LTC2400 zur Verf=FCgung (von ELV)

Hier das Schaltbild:

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Problem: Ich brauche _unbedingt_ 16 Bit Genauigkeit, aber wenn ich mehrfach ein identisches Eingangssignal integriere, bekomme ich schon Schwankungen. Letztlich sind nur die ersten 8-10 Bit stabil.

Der LTC2400 kann zus=E4tzlich an eine externe Referenzspannung an- geschlossen werden. Hier wollte ich besonders schlau sein, und habe den Integrator komplett ein zweites Mal aufgebaut, nur mit konstanten 5V als Eingang statt dem zu integrierenden Signal, und ohne Zur=FCcksetzen des Integrators mit Relais oder Optokoppler. Die Ausgabe dieses zweiten, identischen, Kreises verwende ich als Referenzspannung. Dies scheint zu helfen... ich habe jetzt 11 Bit.

Ich habe schon herausgefunden, dass ich maximal 16 Bit schaffen kann: So stabil ist das Signal, wenn ich als Referenzspannung mein Ausgangssignal verwende. Bits 17-24 werden also vermutlich von Radiowellen oder dergleichen gest=F6rt. Mich interessieren aber sowieso nur die ersten 16 Bit.

So sehen 5 Messungen bei geschlossenem Integrator aus: (zun=E4chst als Ganzzahl, dann V, dann 24 Bit bin=E4r)

6302 1.8781e-03 00000000 00011000 10011110 5397 1.6084e-03 00000000 00010101 00010101 5120 1.5259e-03 00000000 00010100 00000000 4994 1.4883e-03 00000000 00010011 10000010 4880 1.4544e-03 00000000 00010011 00010000

Wenn der Integrator die ganze Zeit kurzgeschlossen ist wieso f=E4llt dann die Restspannung weiterhin ab? Wenn ich den Kondensator zwischenzeitlich auflade, und dann wieder die Messungen starte, habe ich wieder das gleiche Problem. Das Problem verschwindet nicht, wenn ich l=E4ngere Pausen zwischen den Messungen vornehme.

Weiss jemand, warum dies passiert, und wie ich die Messungen stabilisieren kann? Wie macht man dies =FCblicherweise? Wie gesagt, ich verwende als Referenz die Ausgabe einer weit- gehend identischen Schaltung.=20

Danke! Tobias

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Tobias Weihmann
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Hallo Tobias,

Der PDF File war nicht gut sichtbar (bitte kein braun verwenden, besser schwarz-weiss).

Schliesse mal den Eingang kurz. Dann sollte sich nichts mehr tun. Ist es ein guter Folienkondensator? Keramik funktioniert in Integratoranwendungen nicht besonders.

Gruesse, Joerg

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Joerg

Welches reale Eingangssignal soll denn letztlich

16 Bit ( ohne Rauschen, ohne Drift ) haben ? Man würde sein Bauteilwahl nicht a la ELV machen, man würde Electronics Workbench nicht nehmen ( nichtmal Spice hilft in dem Fall allzuviel ), ...

LM358 eignet sich nicht besonders. CMOS-OP ist besser.

Der wird sich über einen hochohmigen Spannungsteiler am Eingang eventuell nicht freuen. Der invertierende OP vor dem Wandler kann oft auch eliminiert werden indem man die Eingangsspannung negativ anordnet. Bezüglich der Bauteilwahl ist besonders auch die Referenzspannungsquelle und der Folienkondensator wichtig. Viel wird auch durch Aufbau bestimmt: Blechschachtel und sorgfältige Verdrahtung hilft gegen Einstreuung. Niedere Stromaufnahme gegen Drift.

MfG JRD

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Rafael Deliano

Dann solltest Du *unbedingt* nicht an den Komponenten rumgeizen. Wenn ich da "Computernetzteil" und "LM358/741" lese, muss ich sagen, dass Du mit 10 Bit gut bedient bist.

Wie wäre es mit geeignet linearen rauscharmen OpAmps, hochwertigen rauscharmen Linearreglern (LT stellt beides her), diversen Filtermassnahmen und Abblockkondensatoren, Folienkondensatoren im Integrator, optischer Trennung der digitalen Leitungen oder zumindest geeigneten Buffern, natürlich einem geeigneten Platinenlayout mit gut gemachter Schirmung auf dem gesamten Board, wohldefinierter Analog/Digital-Trennung und natürlich einem Metallgehäuse usw. ?

Ach ja, eine superpräzise Referenzspannungsquelle kommt auch noch dazu. Und ein Offsetabgleich ohnehin. Ein externer quarzgenauer Takt für den Wandler könnte auch hilfreich sein.

Unter dem sind echte 16 Bit *Genauigkeit* real nicht zu haben. Punkt.

Irgendwie habe ich das Gefühl, dass diese ganzen Simulations- programme unsere Studenten ("Uniprojekt") glauben lassen, die Welt sei ein Computerspiel ...

Gruß Oliver

--
Oliver Bartels + Erding, Germany + obartels@bartels.de
http://www.bartels.de + Phone: +49-8122-9729-0 Fax: -10
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Oliver Bartels

"Tobias Weihmann" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@g43g2000cwa.googlegroups.com...

Hallo Tobias,

[...]

An deinem Schaltbild fällt mir folgendes auf:

(1) Wie schon Rafael geschrieben hat, ist der LM358 für Integratoranwendungen wegen seines Eingangsstroms ungeeignet. Wenn du wirklich so hohe Genaugkeiten haben willst, darfst du bei den Operationsverstärkern nicht sparen. Du solltest dir einen FET-OpAmp mit geringem Eingangsstrom herausuchen, wie z. B. den OPA111, den ich bei >16Bit nicht für übertrieben halte.

(2) Der Integratorkondensator muss unbedingt ein (Polypropylen-)Folienkondensator sein, sonst gibt es beim Rücksetzen des Integrators interessante Phänomene mit der Restladung. Für die Auswahl gibt es einen sehr schönen Artikel von Bob Pease von National Semiconductor, der Titel ist 'Understanding capacitor soakage to optimize analog systems'.

(3) Ein Optokoppler von der Sorte 4N28 ist zum Rücksetzen eines Integrators ungeeignet wegen der Leckströme des gesperrten Phototransistors. Besser ist hier ein entsprechend angesteuerter FET oder ein Relais, wenn das Kontaktprellen nicht stört. Schaltungsvorschläge gibt es z. B. in 'Art of Electronics'

(4) Ist die Versorgungsspannung wirklich so angeschlossen wie in deinem Schaltplan? Die Versorgungsspannung hat keinen Bezug zur Masse der restlichen Schaltung. Du brauchst unbedingt eine symmetrische Versorgung

+/-12V mit Massebezug, sonst verhält sich deine Schaltung völlig undefiniert. Ein PC-Netzteil ist zum Betrieb einer genauen Analogschlatung ziemlich ungeeignet wegen der hohen Restwelligkeit der Ausgangsspannung. Außerdem sollten Abblockkondensatoren an den OpAmps eingesetzt werden.

Wie soll ich das verstehen? Ein Integrator ohne Rücksetzschaltung läuft in die Sättigung und hängt mit seinem Ausgang dauerhaft auf Maximalspannung, die jedoch stark einer Examplarstreuung und mit Sicherheit einer hohen thermischen Drift unterliegt. Das bringt dir also nix.

Mir ist nicht ganz klar, was du mit diesen Messwerten anfangen möchtest. Soll der Integrator vermessen werden? Soll eine Rampe mit dem Integrator erzeugt werden?

Da driften wohl deine Referenzspannung und dein Integrator aufgrund ungeeigneter Bauteile.

Gruß, Alexander

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Alexander Doerr

"Tobias Weihmann" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@g43g2000cwa.googlegroups.com...

Ein LM358 ist einfach nicht auf 16 bit genau, vor allem kommt er weder so genau an 0V heran, und schon gar nicht an 12V (bei 12V VCC). Dann ist ein Computerschaltnetzteil zur Versigung von etwas, das genau messen soll, auch unpassend. Was soll die Schaltung denn ueberhaupt tun ? Die Ausgangsspannung steigt kontinuierlich, weil der Integrator gar kein negatives Eigangssignal bekommen kann. Ich moechte auch nicht wissen, wie deine Leiterbahnfuehrung ist. Also: Grundlagen Grundlagen Grundlagen, z.B. in

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Seminar Note Practical Analog oder Sensor Signal Conditioning.

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Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at despammed.com
homepage: http://www.geocities.com/mwinterhoff/
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MaWin

Alexander Doerr schrieb:

In der Tat ein sehr informativer Artikel. Man findet ihn bei National im Moment unter dieser url:

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--
Kai-Martin Knaak
gpg-key: http://pgp.mit.edu:11371/pks/lookup?search=kai-martin&op=index&exact=on
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kai-martin knaak

"Oliver Bartels" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@4ax.com...

Ist sie doch auch . .. die Matrix. ;-)

MfG Falk

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Falk Brunner

"MaWin" schrieb im Newsbeitrag news:d8m1aa$5gq$ snipped-for-privacy@online.de...

;-) Tja, ist eben Analogtechnik. Da brauchst schon gute Hintergrundkenntnisse und noch viel mehr Erfahrung. Und wenig Lochraster, 0815 Bauteile, Klingeldraht . . . Nur weil jeder Depp für 3,50 im Laden ne Soundkarte kaufen kann auf der 16 Bit draufsteht und die (durch selbigen installiert) meist noch brauchbare Töne vonsich gibt heisst das eben noch lange nicht, dass man heute nen 16 AD-Wandler mal so fix zusammentüdelt. Lästerliche Grüsse ;-)

MfG Falk

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Falk Brunner

Tobias Weihmann schrieb:

Hallo, ich bin zwar schon lange nicht mehr aktiv in der Schaltungs-Entwicklung tätig und kenne deshalb nicht die aktuelle Bauteile-Palette, aber ich würde mich mal als Alternative nach integrierenden ADCs umschauen. Die sind zudem nicht so anspruchsvoll im Schaltungsaufbau; für langsamme Messungen waren die früher meist meine erste Wahl.

Gruß, WiWo.

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Winfried Wolf

Hallo Tobias,

Oh, das ist schon grob ;-)

Einen gar nicht schlechten ADC von LT mit einem extrem ungeauen LM358 ansteuern, und dann noch das Ganze aus einer Störungsschleuder "PC-Netzteil" zu versorgen. Das ist ungefähr so wie einen Benz mit Petroleum und Holzreifen zu fahren...

Nimm einen besseren OP (LT hat wirklich gute Typen im Programm) und verwende nie nie nie ein PC-Netzteil zur Versorgung von Analogkomponenten jenseits der realen PC-Soundkartenauflösung (nicht die Marketingangaben nehmen). Jedes billige lineargeregelte Netzteil geht schon mal wesentlich besser.

Tom

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Thomas Langhammer

Aber dafür mit 96kHz, und 16 Bit sind doch Schmonzes, Kinderkram und voll Proll! Profis nehmen doch alle 24 Bit heutzutage!

YMMD :-) Jens

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Jens Carstens

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