ADC- und DAC-Leistung

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fusebit
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ADC- und DAC-Leistung

Beitrag von fusebit » 16.01.2012, 21:00

Moin,

ich habe mir das Uni-C im Wesentlichen als Analog-I/O Plattform beschafft und möchte hiermit eine Diskussion zur Leistungsfähigkeit und möglichen Verbesserungen starten.

Grundsätzlich bin ich erstmal zufrieden, wenn auch nicht begeistert. Allerdings habe ich auch noch nicht viel ausprobiert und bisher auch nur das Grundmodul.

Hier mal der erste DAC-Kanal nach einem Abgleich. Gemessen habe ich mit einem Meterman 37XR, nicht gerade eine Referenz, aber auch kein absolutes Billigteil.

Jetzt plane ich Pegelwandler für AD- und DA-Wandler zu bauen. Durch die 10k Richtung Masse am AD-Wandler zieht es den DAC schon spürbar runter wenn ich ihn auf einen ADC lege und irgendwie find ich das nicht zufriedenstellend.

Ich bekomme ja +/-15V vom Board, das ist ja für ein paar OpAmps optimal. Hat jemand einen Tip für sinnvolle Typen mit dem die Leistungsfähigkeit tatsächlich verbessert wird? Es gibt ja endlos viele von denen...

Grüße

Dirk
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Re: ADC- und DAC-Leistung

Beitrag von fusebit » 30.01.2012, 19:36

Hi,

ohne Impedanzwandler sind weder DAC noch ADC wirklich zufriedenstellend.
Die Ausgänge haben schon bei 3 bis 5 mA Strom deutliche Abweichungen und der niedrige Eingangswiderstand des AD-Wandlers wurde ja schon erwähnt.
Mit Impedanzwandler funktioniert das dann aber alles gut.

Die Jumper für den bidirektionalen Modus des AD-Wandlers sind ja auch nicht so praktisch, da der ADC dann komplett neu abgeglichen werden muss.
Bleibt also nur entweder oder, mal eben jumpern und weiter geht nicht. Finde ich aber auch nicht wirklich dramatisch.

Dann kann jetzt das SD-Karten-Board kommen um ohne PC loggen zu können...

MJGraf
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Re: ADC- und DAC-Leistung

Beitrag von MJGraf » 24.04.2012, 21:08

fusebit hat geschrieben:Ich bekomme ja +/-15V vom Board, das ist ja für ein paar OpAmps optimal. Hat jemand einen Tip für sinnvolle Typen mit dem die Leistungsfähigkeit tatsächlich verbessert wird? Es gibt ja endlos viele von denen...
Die Frage würde ich gerne noch mal aufgreifen – hat jemand da eine Empfehlung?

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Re: ADC- und DAC-Leistung

Beitrag von psclab38 » 25.04.2012, 22:07

MJGraf hat geschrieben:Die Frage würde ich gerne noch mal aufgreifen – hat jemand da eine Empfehlung?
Ich würde mal sagen, daß die Antwort ist: Kommt drauf an!

Die DAC-Ausgänge der UNI-C haben in Reihe einen 47R Widerstand, wohl als Schutz gegen Kurzschluß am Ausgang. Daß man da nicht erwarten kann, Leistung abzurufen, ist klar. Wenn der Ausgangsstrom eines normalen OPs nicht reicht, könnte man sich z.B die Schaltung wie die Ausgangsstufe der DDS anschauen, so um U10+Q3+Q4.

Die ADC-Eingänge könnte man mit gewöhnlichen TL074 puffern. Inwiefern man evtl. einen Schutzwiderstand in Reihe und Schutzdioden vorsehen muß, damit bei abgeschalteter UNI-C die OPs nicht kaputt gehen und auch die Quellen nicht übermäßig belastet werden, kommt auch wieder auf die Anwendung an.

... nur mal so als Diskussionsgrundlage.

Gruß
Paul

MJGraf
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Re: ADC- und DAC-Leistung

Beitrag von MJGraf » 26.04.2012, 13:02

psclab38 hat geschrieben:Kommt drauf an!
*Grundsätzlich* ist mir das auch klar -- sorry, dass ich meine Frage nicht klarer formuliert habe.

In meiner Bastelkiste liegen eigentlich nur zwei OpAmp-Typen: TS912, wenn's Rail-to-Rail sein soll, und LM358 für alles andere. Mir drängt sich der unbestimmte Verdacht auf ;-) , dass die Signalqualität des LM358 dem vor- bzw. nachgelagerten Uni-C nicht gerecht wird... Andererseits ist mir klar, dass man - mit steigender Signalqualität und Leistung - nahezu beliebig viel für OpAmps ausgeben kann.

Daher suche ich Empfehlungen für Eingangs- und Ausgangspuffer, die von der Signalqualität her zum Uni-C passen, nicht unnötig teuer sind, und den "normalen" Anwendungsfall abdecken. Wenn Leistung an den Ausgängen gefordert ist, muss man natürlich im Einzelfall schauen; mir geht es um die "80%-Lösung".
psclab38 hat geschrieben:Die ADC-Eingänge könnte man mit gewöhnlichen TL074 puffern. Inwiefern man evtl. einen Schutzwiderstand in Reihe und Schutzdioden vorsehen muß, damit bei abgeschalteter UNI-C die OPs nicht kaputt gehen und auch die Quellen nicht übermäßig belastet werden, kommt auch wieder auf die Anwendung an.
Danke für den Tipp mit dem TL074. Du meinst den Fall, dass der OpAmp vom Uni-C versorgt wird, dieses aus ist, aber am Eingang ein Signal anliegt?

Gruß & Dank,
Michael

... nur mal so als Diskussionsgrundlage.

Gruß
Paul[/quote]

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Re: ADC- und DAC-Leistung

Beitrag von psclab38 » 26.04.2012, 19:41

MJGraf hat geschrieben:In meiner Bastelkiste liegen eigentlich nur zwei OpAmp-Typen: TS912, wenn's Rail-to-Rail sein soll, und LM358 für alles andere. Mir drängt sich der unbestimmte Verdacht auf ;-) , dass die Signalqualität des LM358 dem vor- bzw. nachgelagerten Uni-C nicht gerecht wird...
Worin begründet sich dieser Verdacht? Es geht "nur" um 12 bit Auflösung, quasistationär, +/-10V, bei Versorgung +/-15V, für einen Spannungsfolger (v=1)? Oder hab ich da was übersehen?
MJGraf hat geschrieben:Daher suche ich Empfehlungen für Eingangs- und Ausgangspuffer, die von der Signalqualität her zum Uni-C passen, nicht unnötig teuer sind, und den "normalen" Anwendungsfall abdecken. Wenn Leistung an den Ausgängen gefordert ist, muss man natürlich im Einzelfall schauen; mir geht es um die "80%-Lösung".
Tut mir leid, aber das Problem bleibt: 80% von was? Für die Ausgänge kann ich bei den nicht vorhandenen Anforderungen nur sagen, daß man einfach nicht so stark belasten darf, daß der 47R Widerstand dominant in Erscheinung tritt. Also relativ hochohmiger Eingang der Folgestufe. Oder eine Treiberstufe mit eben einem solchen. Oder Du brückst oder reduzierst den 47R, wenn sichergestellt ist, daß der OP (NE5532) nicht überlastet werden kann.
MJGraf hat geschrieben:Danke für den Tipp mit dem TL074.
Der findet ja auch Verwendung in der ADA-C/DA12-8, auch 12 bit Auflösung, allerdings als Ausgangsstufe mit 100R in Reihe.
MJGraf hat geschrieben:Du meinst den Fall, dass der OpAmp vom Uni-C versorgt wird, dieses aus ist, aber am Eingang ein Signal anliegt?
Genau. Manche OPs haben Schutzdioden, manche nicht, das habe ich jetzt nicht überprüft. Bei TL074 steht jedenfalls im Datenblatt, das Eingangssignal möge +/-Vcc nicht überschreiten. Siehe vielleicht auch die Eingangsstufe der DIV.

Grüße
Paul

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Re: ADC- und DAC-Leistung

Beitrag von ompf » 27.04.2012, 09:08

psclab38 hat geschrieben:]Der findet ja auch Verwendung in der ADA-C/DA12-8, auch 12 bit Auflösung, allerdings als Ausgangsstufe mit 100R in Reihe.
Die 100 Ohm verbessern die Stabilität, wenn der OP kapazitive Lasten (lange Kabel) treibt. Allerdings hätten die besser in die Feedbackschleife gehört. D.h. der -Eingang kommt an die dem OP ab- und dem Kabel zugewandte Seite des Widerstandes. So wird der Spannungsabfall besser ausgeregelt.


Gruß
Patrick

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Re: ADC- und DAC-Leistung

Beitrag von MJGraf » 27.04.2012, 21:12

psclab38 hat geschrieben:
MJGraf hat geschrieben:[...] dass die Signalqualität des LM358 dem vor- bzw. nachgelagerten Uni-C nicht gerecht wird...
Worin begründet sich dieser Verdacht? Es geht "nur" um 12 bit Auflösung, quasistationär, +/-10V, bei Versorgung +/-15V, für einen Spannungsfolger (v=1)? Oder hab ich da was übersehen?
Übersehen hast Du nichts, ich habe mich nur gefragt, ob ein 15 Cent OpAmp den doch deutlich teureren Wandlern im Uni-C hinsichtlich Rauschen und Linearität gerecht wird. Zum Rauschen konnte ich im Datenblatt (National / TI) nichts finden - ich vermute mal, das heißt, dass es vernachlässigbar ist? Ich weiß, dass die Linearität eine idealen OpAmps nur von der Außenbeschaltung abhängt – aber ist das bei einem realen LM358 auch so?
psclab38 hat geschrieben:Tut mir leid, aber das Problem bleibt: 80% von was? Für die Ausgänge kann ich bei den nicht vorhandenen Anforderungen nur sagen, daß man einfach nicht so stark belasten darf, daß der 47R Widerstand dominant in Erscheinung tritt. Also relativ hochohmiger Eingang der Folgestufe. Oder eine Treiberstufe mit eben einem solchen. Oder Du brückst oder reduzierst den 47R, wenn sichergestellt ist, daß der OP (NE5532) nicht überlastet werden kann.
Mir ist schon klar, dass eine Einzelfallbetrachtung immer noch das Beste ist – nur muss man die Schaltung dann halt auch in jedem Einzelfall individuell bauen. Mein Plan war, eine Schaltung aufzubauen, die im Gehäuse des Uni-C verschwindet, und z.B. je vier analoge Ein- und Ausgänge über 4mm-Buchsen zugänglich macht. Diese Eingangs- und Ausgangsstufen sollten so gestaltet sein, dass man -- wenn man "schnell mal" irgendwo analoge Spannungswerte aufnehmen bzw. einspeisen möchte, keine weitere Beschaltung braucht, und gleichzeitig die Wandler im Uni-C einen gewissen Schutz erhalten.

Das hieße für mich: die Eingänge hinreichend hochohmig (wobei so ziemlich jeder OpAmp-Spannungsfolger hier hinreichen dürfte), die Ausgänge mit vielleicht ein bisschen mehr "Saft" als ein LM358 – ein paar zig mA sollten schon drin sein. Das dürfte (für mich) so 80% der Anwendungsfälle abdecken.
psclab38 hat geschrieben:Manche OPs haben Schutzdioden, manche nicht, das habe ich jetzt nicht überprüft. Bei TL074 steht jedenfalls im Datenblatt, das Eingangssignal möge +/-Vcc nicht überschreiten. Siehe vielleicht auch die Eingangsstufe der DIV.
Danke für den Tipp. Das "ursprüngliche" c't-Lab kenne ich nicht, sollte ich mir vielleicht mal genauer anschauen.

Gruß & Dank,
Michael

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Re: ADC- und DAC-Leistung

Beitrag von psclab38 » 27.04.2012, 23:22

MJGraf hat geschrieben:Übersehen hast Du nichts, ich habe mich nur gefragt, ob ein 15 Cent OpAmp den doch deutlich teureren Wandlern im Uni-C hinsichtlich Rauschen und Linearität gerecht wird. Zum Rauschen konnte ich im Datenblatt (National / TI) nichts finden - ich vermute mal, das heißt, dass es vernachlässigbar ist? Ich weiß, dass die Linearität eine idealen OpAmps nur von der Außenbeschaltung abhängt – aber ist das bei einem realen LM358 auch so?
Es gibt sicher bessere als den LM358, aber wenn der schon mal vorrätig ist, warum nicht? Der kann immerhin mindestens 10mA liefern, je nach Schaltung auch mehr. Das ist dann aber schnell ein Problem der max. Verlustleistung. Die Probleme in der Realität sind mehr die Offsetspannung und irgendwelche Temperaturabhängigkeiten, die Ausgänge geben hier ja quasi nur Gleichspannung ab.
10V Range bei 12bit macht eine Auflösung von 10V/4096=2,4mV. Alles was in dieser Größenordnung oder niedriger an Störungen auftritt, ist untergeordnet. Danach kannst Du mal die Datenblätter stöbern von den Teilen, die Dir über den Weg laufen. In den c't-Lab Modulen gibt es eine große Auswahl. Mein Bauchgefühl: wenn der TL074 beim DA12-8 als Ausgangstreiber gut genug ist, dann sollte er es hier als Eingangspuffer auch tun. Außerdem wäre er praktisch, weil 4 OPs pro Gehäuse..
MJGraf hat geschrieben:... die Ausgänge mit vielleicht ein bisschen mehr "Saft" als ein LM358 – ein paar zig mA sollten schon drin sein. Das dürfte (für mich) so 80% der Anwendungsfälle abdecken.
Ok, das ist dann schon ein wenig konkreter. Ein einzelner OP wird da wohl kaum in Betracht kommen, sondern mehr eine kleine Leistungsstufe. Sowas hab ich schon mal vorgeschlagen, und zwar die Schaltung um U10+Q3+Q4 in der DDS. Sogar mit 100mA-Polyswitch gegen Überlastung. Wieviel man da sinnvoll rauskriegt, wage ich jetzt nicht zu prognostizieren, aber in diese Richtung dürfte es bezüglich der Schaltung eher gehen.

Da ist dann auch der Vorschlag von Patrick realisiert, daß der Ausgang nach dem Transistor-Treiber tatsächlich auf den -IN des OP gelegt ist.

Gruß
Paul

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