ADC - Überspannung eines AIN beeinflusst alle anderen AIN

[Kaiser-F]

Hallo Leute,

ich hab ein Problem mit meiner Schaltung bezühlich analoge Eingänge.

Ich benutze einen dsPIC33FJ256GP710A, mit welchem ich mehrere analoge Signale erfasse.

Der Analoge Pin ist laut Datenblatt intern wie folgt aufgebaut:
http://kaiser-mechatronik.de/forum/20100824-1.png

Meine Eingangsleitung hat eine Impedanz von 27kOhm.

Jetzt wäre mein Plan gewesen, dass die intern Clampdioden ausreichen um eine kleine Überspannung von wenigen Volt abzublocken.

Dies passiert auch. Die Spannung wird auf 3,3V + 0,6V, also 3,9V begrenz.

Leider ist es so, dass ab etwa 3,6V die nicht betroffnen MEssungen beeinflusst werden. Das geht sogar so weit, dass sie auf Maximum stehen.

Meine erste Vermutung war, dass der ADC es nicht mag, wenn die Eingangsspannung größer ist als die positive Referenzspannung. Habe diese dann mal testhalber auf 2V gesetzt.

Hier ändert sich aber nichts. Wieder ab etwa 3,6V werden die anderen Eingänge beeinflusst.

Hat jemand eine erklärung dafür?

Und hat auch jemand eine Idee, wie ich die Eingänge dann sinnvoll auf genau 3,3V begrenzen kann?

Problem ist, dass Zenerdioden schon vor der Zenerspannung beginnen zu leiten. Mit meinen 27k Eingangswiderstand merk ich das natürlich schon ab 1,8V... Nehme ich eine höhere Zenerspannung, hab ich wider das ADC problem.
Einzige Lösung die mir einfällt, eine stabile 3V Leitung, und darauf separate Clampingdioden. Dann wäre ab 3,35V Schluss.

Vielen Dank schon im Voraus für eure kreativen Tipps und Meinungen.

[TobiKa]

Und wenn du einen entsprechen dimensionierten Spannungsteiler benutzt, der die Spannung soweit teilt das sie nicht mehr zu hoch sein kann?!

[kolisson]

Hallo Kaiser-F,

evt.solltest du vor den Analog Multiplexer nochmal 2 Schottkydioden setzen.
eine gegen + UB und eine gegen masse. ( im Prinzip nach dem gleichen Muster wie in deiner Schaltskizze.

Natürlich auch einen Strombegrenzungswiderstand.

gruss k.

[Kaiser-F]

Hallo ihr beiden,

vielen Dank für Eure Anregungen.

Das mit dem Spannungsteiler geht nur teilweise. Ich habe einen umschaltbaren Spannungsteiler, um zwischen 0..10V und 0...30V zu messen. Bei 0..30V ist es eh kein Problem, da begrenzt ne 33V TVS nach oben hin.
Bei den 0...10V hab ich ne bessere Auflösung für kleinere Spannungen, aber nach oben hin keinen vernünftigen Schutz.

Das mit den zwei shottkydioden funktioniert leider nicht. bzw. bringt nicht viel, da der Fehler schon bei 3,6V auftritt. 3,3V + 0,35V wären 3,65V. Das ist mir ein bisschen zu knapp, da gibt es schon die ersten effekte.

Ich werde eine Spannung von 3V erstellen und dahin ableiten. Dann hab ich 3,35V maximal.

Da mein Eingang einen Widerstand von 27k aufweist, ist der Strom denke ich genug begrenzt.

Habt Ihr ne Idee, warum überhaupt die anderen eingänge beeinflusst werden?

[kolisson]

vielleicht weil die eingebauten schutzdioden erst nach dem MUX wirken ?
deshalb ja mein vorschlag diese direkt an den eingangspin zu montieren.

... allerdings bin kein dspic experte.

k.

[PICture]

Hallo!

@ Kaiser-F

Wenn deine nicht bekannte VCC gleich 3,3 V wäre, finde ich es als normal, dass die Eigangsspannung auf ca. 4 V begrenzt wird ... ;)

Falls die innere Impedanz der VCC-Quele auch ziemlich hoch wäre, könnten andere Eigänge durch Änderung der VCC bzw. Referenzspannung beeinflüsst werden.

Sonst bleibt nur ein Defekt vom PIC übrig.

MfG

[Kaiser-F]

Hallo,

vielen Dank für Eure Antworten!

@PICture

jep, dass er auf 3,9V begrenzt habe ich ja auch erwartet.
Aber nicht, dass ab 3,6V alle anderen ADC-Channels beeinflusst werden.

Alle anderen Spannungen, sowie Referenz und Versorgung ändern sich nicht.

Lediglich das Überschreiten von 3,6V eines AIN löst diesen Fall aus.

Dass der eingebaute Chip einen Defekt hat schließe ich aus.
Das ist bei 5 anderen Platinen dergleiche Fall.
Wenn dann müsste es schon genau am dsPIC liegen.

Ich teste das bei gelegenheit mal beim PIC24F...

Glaube aber, dass der den gleichen ADC hat.

[PICture]

Hallo!

Man könnte auch softwermässig ein hardware Fehler "emmulieren" und das wäre die letzte Möglichkeit ...

MfG

[Kaiser-F]

Da kan nich Dir jetzt nicht folgen?

Könntest Du das bitte genauer erklären?

[PICture]

Also ganz genau, weiß ich leider, wie du, nicht ... :)

Ich würde aber versuchen z.B. die s.g. aquasition Zeit verlängern, weil der C_HOLD braucht mehr Zeit, um 5* (R_IC + R_SS) * C_HOLD, um sich mit höherer Spannung genau auf den max. Wert aufzuladen. Wenn es vor dem Aufladen umgeschaltet wird, schafft er das nicht mehr und der Wert nicht richtig wird.

MfG

[Kaiser-F]

Das hab ich mir auch schon gedacht und habe das auch schon getestet.
Aber das ist es nicht.

[PICture]

Dann fällt mir leider nichts mehr ein, weil ich mit solchen PIC's bisher nichts gemacht habe ... :(

Am eifachsten wäre alle Eingangsspannungen so niedrig halten, dass die interne Dioden an allen Eingängen sicher nicht leiten können ...

MfG

[Kaiser-F]

Mit welchen PIC-Typen arbeitest Du denn?

[PICture]

Ich benutze nur die 8-bitter aus PIC12... , PIC16... , und PIC18... Familien.

MfG

[Kaiser-F]

OK, ich benutze:
PIC18F
PIC24
dsPIC33F
PIC32

Ich glaube, dass da eim ADC wirklich der MUX was durchlässt...

[PICture]

Das ist sicher möglich, aber ohne Schaltplan, kann ich leider nicht analisieren ... :(

Am wichtigsten ist das DB des MUX's und Steuerung seinen Eingängen. Wenn die "Schalter" für höhere Spannungen nicht richtig "öffnen" dann könnte es die Ursache sein.

MfG

[Kaiser-F]

Die Rede ist vom internen MUX des dsPIC33F

[PICture]

Das ist aber für mich ein Geheimnis von Microchip ... :(

MfG

[ossy]

Hallo Kaiser-F,

ein änliches Problem habe ich auch.

Mich würde interessieren, wenn du misst und alle anderen analogen Eingänge sich verändern! Was macht dann deine PIC-Stromversorgung
VSS-VDD? Hast du da einen Spannungsabfall????

Wenn VREF istgleich VDD, dann wird sich der Wert an allen analogen Eingängen verändern.

Gruß

Wolfgang

[Kaiser-F]

Hallo wolfgang,

ich habe eine pc-software, die mir die daten möglichst echtzeit nah anzeigt.

vref ist bei mir gleich vcc. Vcc ändert sich aber nicht. Bleibt auf 3,3V.

[ossy]

Hallo Kaiser-F,

wurden die 3,3 Volt direkt am PIC gemessen?

Auserdem könnte sein, dass die Messung und gleichzeitiges Daten-übertagen deinen Fehler verursacht.

Welchen Wert hat der ADC kurz for dem Fehler und welchen wert danach?
Welchen Wert, wenn der Fehler auftrit?
Vermutlich musst du mit einem Spannungsteiler Arbeiten, denn am ADC dürfen maximal vref anliegen.

Gruß

Wolfgang

[Kaiser-F]

Hallo Wolfgang,

VCC/Vref:
Wenn die Werte "verzogen" werden, ist das zeitlich konstant.
Die Werte ändern sich nicht, solange sich die überhöhte Spannung eines Eingangs nicht ändert.

Es werden auch ADC-Werte von z.B. 100Digits auf 4095gezogen.
Dafür müsste die Spannung Vref unter 0,08V fallen.
Dass über die 2cm bis zum Chip (dauerhaft) so viel spannung abfällt, schließe ich aus. Da müsste der Stromverbauch enorm steigen.

Ich glaube eher, dass der interne Multiplexer "überschwappt"

Spannungsteiler:
Ich benutze einen Spannungsteiler, 27K zu 2K7.
Somit habeich nur den Strom am Eingang, der über den 27K (zusätzlich) fließen kann. Messen will ich damit bis 30V. Hätte aber gedacht, dass bei überspannung wegen der 27K und der Dioden im PIC nichts passieren sollte, außer dass der EINE Eingang auf 4095Digits springt.


Achja:
Ich habe Vref versuchsweise mal auf 2,0V gesetzt.
Überhöht man hier die Eingangsspannung, so tritt der gleiche Fall wieder erst ab ca. 3,6V auf.
Also unabhängig von Vref (bis auf die Sache, dass 4096 schon etwas früher erreicht wird, das fenster ist aber sehr sehr klein. Sobald es "überschwappt" gehts schnell).

[BMS]

Hallo,

anstatt den Schottkydioden gegen die Versorgung könntest du pro Eingang einen Operationsverstärker als Impedanzwandler (Verstärkung mit Faktor 1)
verwenden, so wie hier:
http://de.academic.ru/pictures/dewiki/49/180px-Voltage_follwer_4clamp_II_svg.png
Also links den mittleren Anschluss des Spannungsteilers anschließen, rechts an den Ausgang des OpAmps kommt der analoge Eingang vom Prozessor.

Der Operationsverstärker sollte eine rail-to-rail-Type sein, die auch mit den 3,3V noch zurecht kommt.
Der kann am Ausgang (je nach Belastung) knapp bis an die 3,3V aber nicht drüber. Weiterer Vorteil: Der Innenwiderstand des OpAmps am Ausgang ist niedriger, der Kondensator vom Sample-And-Hold im ADC wird schneller aufgeladen, außerdem wird es unwahrscheinlicher, dass Störungen einkoppeln können.
Verwenden könntest du z.B. den LMC6484 (Quad) oder LMC6482 (Dual)

Gruß
Bernhard

[ossy]

Hallo Kaier-F,

das sind auch für mich interessante erkentnisse.

Sind irgend welche Interrupts im Programm?

Weil sonst weis ich auch nicht recht was los ist.

Wenn mir noch was einfällt melde ich mich.

Gruß

Wolfgang

[Kaiser-F]

Hallo Zusammen,

@Bernhard:
Das mit dem OP wäre ne prima Lösung. Zumalen man dann die geforderten 200Ohm Impedanz für optimale Ausnutzung des ADC locker erreicht.
Leider muss ich 27 Spannungen messen. den Platz für so viele OPs habe ich leider nicht. Selbst wenn ich 3 anders absichere, bräuchte ich 6 Quad-OPs.
Die bring ich selbst im SSOP Gehäuse nicht unter.
Eine Lösung wäre noch: Multiplexer extern auf OP und dann in den ADC.
Aber der Platz... Und externer Multiplexer? Ich weis nicht...

@Wolfgang:
Kann mir nicht vorstellen, dass Interrupts darauf irgendwelche Einflüsse haben sollen. Die Wandlung funktioniert ja einwandfrei solange alle Eingänge eine Spannung von 3,6V nicht überschreiten.

[PICture]

Hallo!

Dann würde ich einfach die Eingangsspannungen mit Widerstandsteiler unter 3,6 V halten, da es am einfachsten ist.

MfG

[Kaiser-F]

Hallo PICture,

Es gibt sicherlich viele Lösungen, für dieses Problem.
Ich löse es mit Shottky-Dioden auf eine "Clampleitung", die
stabil auf 3V liegt. Ist halt etwas Bauteilaufwand der nicht sein müsste.

Aber findest Du dieses Verhalten nicht merkwürdig?

[PICture]

Ich habe früher als Entwickler nichts auf der Welt als merkwürdig, sondern immer als für die Sache "normale" Eigenschaft gefunden, die ich immer ausnutzen versuchte. :)

MfG