Schaltung überprüfen

[Che Guevara]

Hi,

also diese Lösung ist für mich inakzeptabel, weil der ganze Prozess auf einem µC laufen soll, der doch schon etwas augelastet ist, sodass ich auf weitere Interrupts verzichten möchte. Auch die Idee, den Offset vor Start durch ein Poti einzustellen, ist kontraproduktiv, weil zuviel Aufwand und nicht standalone.
Wenn ich deine Rechnung mal weiterführe, also den 2. Tiefpass auch noch miteinbeziehe, komme ich mit:

1.65V/10k = 0.165mA
Q = 0.165mA * 4us = 6.6e-10
U = Q / C = 6.6e-10 / 1e-6 = 6.6e-4

6.6e-4/10k = 6.6e-8mA
Q = 6.6e-8 * 4us = 2.64e-13
U = Q / C = 2.64e-13 / 1e-6 = 2.64e-7

bei 1V Referenz, 12Bit Auflösung und Gain=64 auf nichtmal 1Lsb Rauschen. In der Realität habe ich aber ca. 1.14mV Rauschen.
Ist mein Layout womöglich so schlecht? Könnte es bei Bedarf ja mal reinstellen.

Gruß
Chris

[ranke]

also diese Lösung ist für mich inakzeptabel, weil der ganze Prozess auf einem µC laufen soll, der doch schon etwas augelastet ist, sodass ich auf weitere Interrupts verzichten möchte.

Schade, von dieser Variante hätte ich mir einiges an Performancegewinn versprochen.

Auch die Idee, den Offset vor Start durch ein Poti einzustellen, ist kontraproduktiv, weil zuviel Aufwand und nicht standalone.

Diese Idee gefällt mir auch nicht (eher aus Gründen der Zuverlässigkeit, Potis fangen irgendwann zu "kratzen" an, das kann man hier nicht brauchen.
Alternativ könnte man die PWM auf mehr als 2 byte ausweiten, das wäre auch kein riesiger Aufwand. Die machbare Frequenz wird dann aber schon langsam (je nachdem, welchen Timertakt du maximal zulassen kannst). Damit könnte man sich alles Kalibrieren vor dem Start sparen, weil der gesamte Meßbereich des Sensors im bester Auflösung erfasst wird.

bei 1V Referenz, 12Bit Auflösung und Gain=64 auf nichtmal 1Lsb Rauschen. In der Realität habe ich aber ca. 1.14mV Rauschen.

Die "Rechnung" war ja nur eine Abschätzung für ein rechteckiges Eingangssignal. Das läßt sich nicht ernsthaft über gekoppelte Tiefpässe fortsetzen. Momentan weiss ich nicht, ob eine Kaskadierung von Tiefpässen sinnvoll ist, oder ob man es mit einem Tiefpass mit möglichst niedriger Grenzfrequenz probieren soll. Das Thema hatten aber andere auch schon, wenn du z.B. im mikrocontroller.net die Suchbegriffe "pwm restwelligkeit" eingibst, kommt einiges zum Lesen. Alternativ über spice simulieren, das geht manchmal schneller.

In der Realität habe ich aber ca. 1.14mV Rauschen.

An welcher Stelle? Rauschen oder Restwelligkeit? Realität oder Simulation? Rauschen kommt mit Sicherheit über den Sensor rein, das kann man durch Tiefpassfilterung (Hardware, Software) auf Kosten der Bandbreite reduzieren. Das ist ja hier die eigentliche Kernfrage, gibt es hier noch Potential zum Optimieren?

Ist mein Layout womöglich so schlecht? Könnte es bei Bedarf ja mal reinstellen.

Glaube ich nicht. Für Tiefpässe von Meß- und Vergleichs- und Referenzspannungen sollte man ausschließlich Folienkondensatoren nehmen. Kerkos und Elkos nur zum Abblocken von unkritischen Betriebsspannungen.

[Che Guevara]

Hi,

was genau meinst du mit Perfomancegewinn? Im Sinne von schneller reagierenden Eingangssignalen?
Beim ATXMega lassen sich 2 16Bit Timer zu einem 32Bit Timer kaskadieren, das hab ich allerdings noch nicht gemacht, kann deswegen auch nicht sagen, ob damit dann noch PWM möglich ist, das liese sich aber herausfinden.
Den momentanen Tiefpass 2. Ordnung hab ich schon mit Spice simuliert, da kommt am Ende kein messbarer / anzeigbarer Ripple mehr raus (nicht mal im µV Bereich), irgendwie will ich nicht glauben, dass das stimmt...
Die 1.14mV hab ich direkt am ADC in der Realität, also nach dem Tiefpass 2. Ordnung. Ich nehme an, es ist Restwelligkeit, kein Rauschen (oder rauschen Widerstände so stark).
Zum Sensor Rauschen gibts hier was: http://cache.freescale.com/files/sen...ote/AN1646.pdf , ich hab ja einen Spannungsteiler nach dem Sensor, diesem ist noch ein 220nF parallel geschaltet.
Das ganze ist in SMD aufgebaut (0603), hab da bis jetzt immer nur Kerkos (X7R od. X5R) verbaut, hab aber auch noch nie andere Typen in der Bauform gesehen.

Gruß
Chris

[ranke]

was genau meinst du mit Perfomancegewinn? Im Sinne von schneller reagierenden Eingangssignalen?

Ja, hätte ich erwartet. Die Routine gibt bei jeder Periode des PWM einen Output, ohne dass man auf eine Glättung warten müsste.

Beim ATXMega lassen sich 2 16Bit Timer zu einem 32Bit Timer kaskadieren, das hab ich allerdings noch nicht gemacht, kann deswegen auch nicht sagen, ob damit dann noch PWM möglich ist, das liese sich aber herausfinden.

Das geht einfacher auch, bei jedem Zählerüberlauf inkrementiert man ein Register, das ist dann das dritte Byte. Man muss das dritte Register nicht voll machen, sonst wird es zu langsam, bei 16MHz Zählertakt bekommt man nur noch etwa 1 Hz PWM.

Den momentanen Tiefpass 2. Ordnung hab ich schon mit Spice simuliert, da kommt am Ende kein messbarer / anzeigbarer Ripple mehr raus (nicht mal im µV Bereich), irgendwie will ich nicht glauben, dass das stimmt...

Ich auch nicht. Da ist wohl irgendwo ein Fehler drin.

Das ganze ist in SMD aufgebaut (0603), hab da bis jetzt immer nur Kerkos (X7R od. X5R) verbaut, hab aber auch noch nie andere Typen in der Bauform gesehen.

Folienkos gibt es auch in SMD, z.B. auch bei Reichelt, einfach mal danach suchen. Die keramischen Typen mit "X.." sind gut für Abblockkondensatoren. Sie haben verschiedene Eigenschaften (z.B. Mikrofonie, spannungsabhängige Kapazität), die sie für andere Anwendungen weitgehend disqualifizieren. Allerdings sind die erhältlichen Kapazitäten kleiner. Falls der zweite OP im Gehäuse noch frei wäre, könnte man mit dem einen Tiefpass (Integrator) auch mit einem kleinen Kondensator aufbauen.

Die Appnote zum Sensor habe ich jetzt nicht angesehen, ich vermute dass die Welligkeit aus der PWM das Hauptproblem ist. In einer früheren Bastelei habe ich mal einen sample & hold Verstärker mit einem Analogschalter und einem kleinen Kondensator aufgebaut, das hat damals ganz brauchbar funktioniert. Die Idee ist, dass das geglättete PWM Signal vom Eingang des OP durch einen Analogschalter getrennt wird. Der Schalter wird immer nur ganz kurz durchgeschaltet und zwar immer in Phase zur PWM Spannung. Also z.B. immer bei einer Spitze des ripple. Damit kriegt man die Welligkeit ziemlich gut weg. Hinter dem Analogschalter sitzt der kleine Kondensator der nur die Spannung halten muss, bis zum nächsten Durchschalten (quasi als Analogspeicher).
Noch eine Idee: Man kreiert ein gegenphasiges Ripple ohne Gleichstromanteil des PWM Signals und addiert das zum geglätteten PWM. Ist bestimmt einfacher als der S&H Verstärker.