Přesnost AD převodníků

[antilop]

A nebyl by lepší diferenciální zesilovač/sledovač s OZ a to nežádoucí napětí si odečíst přímo na něm? Tj. měřit napětí na výstupu OZ azapojit ho tak aby šel 1:1 proti referenci která by byla současně spodním koncem napětí při kterém chci mít na výstupu 0V? I když vzhledem k napěťovým úrovním by se to muselo určitě napřed předdělit a až pak operovat na OZ. Ta 431 mi sem nepřijde vůbec dobrý řešení je to paralelní stabilizátor určenej pro reference a funguje až od vlastního příčnýho proudu 1mA výše, bude to kvůli tomu muset bejt udělaný celý dost natvrdo tj. bude se to tímhle děličem trvale krmit. Dělají se i přesnější a míň žravý reference, s tím by to možná vyšlo líp. Ale ta 431 při proudu menším než 1mA nemá na výstupu garantované zastabilizované napětí je teprve uvnitř kolena své charakteristiky a výstup platí až nad 1mA příčného proudu - myslete na to.

Ohledně převodníku - odpor má velikánský ale začíná kapacitou v řádech alespoň jednotek pF (sample holt kapacitor) a připojení na měřicí svorku obstarává obyčejně vstupní MUX (pokud má více měřicích analogových vstupů). Je tedy kritické stihnout nabít ten vnitřní kapacitor na vzorek měřeného napětí za kratičký čas od času kdy kdy to MUX přepne na daný vstup do času než se z toho vstupu začne měřit. Proto musí být výstup měřicího děliče zakončen z pohledu vstupu procesoru tvrdou kapacitou (zde doporučuju keramiku 100nF) aby to odebralo správný vzorek napětí a nikoli jeho horko těžko polovinu když se to nestihne uvnitř včas nabít. Z důvodu šumové odolnosti pak logicky co nejblíže měřicí noze procesoru.

[kybos]

Dle datasheetu http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tl431.pdf obr. 7 je limitní příčný proud cca 400 mikroampér, ale souhlasím s názorem, že je to pro tyto účely poněkud "silnoproudý" obvod. Jde o to, zda se poněkud komplikovanější zapojení s diferenciálním OZ a jinou referencí s nižší spotřebou vyplatí za ušetřenou miliampéru. Z mého pohledu (nabíjecí proudy cca 100A) nikoliv a zvláště když vezmu v úvahu snížení spolehlivosti vyšší složitostí obvodu. Zkuste provést konkrétní návrh takového zapojení ať můžeme porovnat jednotlivé varianty z různých hledisek (spotřeba, spolehlivost, přesnost, linearita, náročnost výroby, tepelná a dlouhodobá stabilita).

[antilop]

Prosím zde jedna taková ideová čmáranice čím to odečíst - snad symetrický měřicí obvod bez nelinearit, kdy dělíme 4x a odečítáme 48.0V (dle nastavení pak i cokoli jiného). Tedy při měřicím vstupu na 48.0V máme výstup 0.00V (= jako vstupní napětí 48V - 48V ref je 0V to celé děleno 4 je 0V) a při 58V na vstupu máme 2.50V na výstupu (= jako vstupní napětí 58V - 48V ref je 10V to celé děleno 4 je 2.50V). Obvod je jeden OZ s jedním kladným napájením, vstupy mu pracují na hladinách 12 - 15V (takže napájení musí být přizpůsobeno tomuto stavu a bude cca +18V). Já vím, není to ideální s hlediska elegance, taky to něco zbaští ale ne z baterky. Navíc to je ale je symetrické a průhledné - mám v tom chybu? Kdyby se tomu věnovala péče, třeba by v tom šlo vykoukat ještě nějaké příjemné zjednodušení - např prosím nekamenovat za referenci 48V což je ne úplně příjemný napětí já vím, ale zase - jde o symetrii celého obvodu Napájet z místa odkud je napájená následná logika - ten DAC a další věci. Přepokládám že nějaké zdroje tam jsou nebo budou (displej PC atd).

Teď koukám na to že díky saturaci výstupu bychom s jedním napájením nedosáhli až dolů na 48.0V (tedy aby výstup OZ byl 0.0V). Lepší než druhý zdroj (ten to určitě řeší) je sejít s referencí o 4V níže a výstup mít o 1V výš. Tedy jako 44V = 0V (nereálné - limitace výstupu OZ ale 44V nepotřebujeme měřit), pak 48V = 1V (to je náš spodní limit měření a to už by šlo a takhle se to naprogramuje v dalším zpracování) a 58V = 3.5V (a sakra - nevešli jsme se nahoře jsme přes rozsah převodníku proč není radši napájen 5V ). Takže změna a radši bysme dělili 5x ne 4x tedy aby šlo 10V na 2V? To vychází lepší a s tím se vejdem, takže místo 300k by přišly odpory 400k a pak už by se to tam porovnalo do rozsahu co máme (0-3.3V) i s tou rezervou na dolní saturaci. Šlo by takhle? Obrázek je po staru tj. nerespektuje nemožnost změřit 48V. Jo a teplotní stabilita? Daná zejména stabilitou reference (lze vyrobit celkem cokoli) a offsetem OZ (lze nastavit nebo vybrat kvalitní). Ani s jedním by asi pro tuhle přesnost (navíc v 8 bitech) neměl být problém.

Prosím o shovívavost k chybám a o kontrolu - návrh jsem udělal za 5min (jsem v práci) to daleko delší dobu píšu tento komentář. Je to námět pro diskuzi ne hotový obvod.

[antilop]

Kdyby se dělilo fakt 5x (tj 400k a 100k v děličích), bude nejvyšší napětí na vstupu OZ 11.6V při vstupních 58V, takže s přehledem to vyjde z jednoho +15V zdroje. Výstup by při referenci nastavené na 44V chodil mezi 1.0V=48V a 3.0V=58V. Vejdeme se se vším všude, k napájení taky stačí jen +15V a jediný co je blbý je 44V reference pro druhou nohu.

[kybos]

Je to dost ošidný. Samotný OZ toho mnoho nespotřebuje, horší to bude s jeho napáječem. Ono by se to muselo dokreslit včetně reference a zdroje +15V pro OZ, jelikož to v konečném důsledku všechno pojede na systémové napětí (z baterky), které je 48V (nutno použít HV stabilizátor). A teď ruku na srdce: Kolik to bude mít spotřebu včetně reference a stabilizátoru ze systémového napětí? Vejde se to do 1mA? Je fakt, že neznám všechny moderní nízkospotřebové prvky, ale dost o tom pochybuji, že by se to celé do 1mA vešlo. Přesvědčil by mne jedině kompletní návrh s odkazem na datasheety. Když se kouknu na OZ http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tlc271b.pdf, tak vidím, že při 15V napájení bude mít sám spotřebu přes 1mA.
Myslím, že návrh s TL431 (který jsem také vysypal jen tak z rukávu) už žádné další spotřeby mít nebude. Příčný proud TL431 jsem s rezervou navrhnul na dvojnásobek typické hodnoty 0,4mA (dalo by se asi víc šetřit), což by mělo bohatě stačit i na pokrytí výrobních rozptylů hodnot. Ani děliče na vstupech TL431 by nemusely mít tak velký příčný proud - asi by stačil desetinásobek vstupního proudu TL431, ale byl to jen "nástřel z rukávu", ne výrobní dokumentace zpracovaná po toleranční analýze a měření prototypu.

[antilop]

Já myslel že cílem nebylo minimalizovat celkovou spotřebu - cílem bylo:

a) vyřešit nelinearity při měření napětí z rozsahu 48-58V na 0-3.3V
b) zbavit se nechtěné spotřeby na straně aku (případně jen na nějakých článcích aku neměří-li se celá sada naráz)

Já žil v představě, že existuje nějaký systém/zařízení celkového dohledu, odkud je možné napájet i tenhle měřicí zesilovač. Ten se bude chovat velice mravně a požadovaný převod nám elegantně udělá aniž měřicí svorku zbytečně zatíží proudem, tj. můžeme měřit můžeme to nahrávat můžeme si to zapisovat nebo někde zobrazovat, hlavně že se to změřilo správně a lze tomu věřit a hlavně že to nevybilo/nerozbalancovalo baterku nebo její kus když se to nechá stále připojené. Pochopitelně za cenu vlastní spotřeby (brané ovšem odjinud). Pokud takové zařízení odkud to můžeme napájet k dispozici není, pak je to úloha jiná a nemá smysl stavět ani měřicí OZ a skutečně by se nejlíp udělala jen do serie vřazená referece, jejíž hodnota napětí se odečte od té, kterou chceme aby nám na měření zbyla. Takže odečteme třeba 40V a co zbyde to si seřídíme do rozsahu který k měření máme (0-3.3V).

edit: a TLC271 spotřebu k 1mA při nastavení na Low bias mít nebude - bude to pod 20uA (str. 38 nastavení Low bias)

[kybos]

Tu výtku ke spotřebě OZ beru zpět, vycházel jsem ze strany 8 pro High bias. Předpokládám, že stabilizátor napájecího napětí pro OZ bude mít větší spotřebu než samotný OZ v módu Low bias. Myslím si, že i zařízení dohledu musí být napájeno z baterie, jinak by při výpadku distribuční sítě zkolabovalo i monitorování. Možná to v reálu bude prohnáno ještě přes nějaký měnič, pokud nemá monitorovací systém přímo vstup pro napájení ze systémového napětí. Tím hůř pro spotřebu, která se ztrátami dalších měničů jen zvyšuje.
Základní otázka ovšem zůstává: Není přece jen výhodnější přidat čtyři bity na převodníku než méně přesný převodník doplňovat rozdílovými zesilovači na korekci rozsahu vstupního napětí?

[antilop]

Odpověď na základní otázku za mě - při dodržení zásad realizace měřicí techniky v rozsahu 12 bit (snímání měřené veličiny, šum a rušivé signály, zatěžovací impedance, ochrany) jednoznačně ANO. Doporučil bych jít touto cestou i původnímu tazateli je to skutečně nejelegantnější řešení bez zbytečných kompromisů.

[střídač]

No a tu referenci 48V by bylo ideální udělat pomocí dvou TL431.

[antilop]

I kdyby jo a vypadalo to tim akorat cely slozitejsi tak zapojeni s merenim pres oz je kazdopadne obvodove cistsi. Minimalne se tim vyresi to, ze se odlehci snimacimu vstupu a meri se tam uz temer bezproudove coz jsem chapal jako zadani (obycejne se to zada). On ten oz vypada obcas bezucelne i jinde ale smysl vsude ma. Napr umela zem neni-li vyveden stred zdroju jde udelat jen ze dvou stejnych odporu. Spravne se ale i tady vyuzije oz a ta zem se vyrobi na nem - ovsem v jeho zapojeni pak jsou zas ty puvodni dva odpory (pravda jinych hodnot). A totez zde - 431 jsme z merici nohy vyhnali abysme ji zacali potrebovat jinde pro ziskani reference...

[brumlaj]

Je to obvodove cistsi, nebo to z vyvojare snima zodpovednost za znalost co a jak v obvodu funguje a jak to obvod ovlivnuje? Proste ze vyvojare posleze muze delat kdokoli, kdo dokaze splacat standardni moduly a nemusi se zabyvat Kirchhoffovymi zakony, linearitou atd...? Ono umet neco udelat jednoduse a vedet proc prave pro toto zapojeni to dostacuje je myslim lepsi, nez obcas pect dort kocicky a pejska.

[střídač]

I kdyby jo a vypadalo to tim akorat cely slozitejsi tak zapojeni s merenim pres oz je kazdopadne obvodove cistsi.

Ono je třeba se zamýšlet nad účelem. Ona ta TL431 je nakonec jen operační zesilovač uzpůsobený svému účelu a to tak, že velmi dobře. Dokonce si dovolím pochybovat, že jinou cestou dosáhnu přesnějších výsledku pro daný účel.

Já bych byl i příkřejší a v KYBOS řešení bych vynechal i odpory R3,R6.

[kybos]

Navrhnul jsem tam R3 a R6 z důvodu snížení výkonové ztráty na TL431 a dle zkušeností z vytěžovače na systémovém napětí 48V se mi jeví jako ne zcela zbytečné. TL431 je potom teplotně méně namáhaná a referenční napětí je stabilnější.

[matej]

Panove a co takhle primitivni obvod - za baterku dat do serie 2xTL431 odporama nastavene na 2x24v a spolecny proud ca 5mA tim udelame z 48-58v 0-10v i kdyz ta 0 nebude uplne nula protoze ten proud pri 48v bude maly, ale to by nemuselo vadit, od 49v nahoru uz by tam bylo 0.5mA takze presnost ok. No a tech 0-10 odporovym delicem srazit na 0-3,3v.
Jednoduchost tohodle reseni vyvazuje promenlivy proud 0-5mA z baterky, to by ale nemuselo vadit.?

[kybos]

To jsem navrhoval už o stránku zpátky http://forum.mypower.cz/viewtopic.php?f=19&t=1767#p30127