Elektronik 323 Anwendungsbeispiele WandlerProf. Dr. Jörg Vollrath22 Analog-Digital-Wandler |
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Video der 24. Vorlesung 21.1.2022
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Länge: 1:02:43 |
0:0:0 SAR Analog Digital Wandler 0:3:51 Spannungsverlauf 0:7:22 1.Schritt 0:13:42 Auflösungsbegrenzung 0:18:40 LTSPICE 0:23:7 SAR ADC Flow 0:25:7 SAR Benefits and Challenges 0:27:27 Mittelwertbildung 0:30:57 3 dB, ein halbes Bit 0:38:47 ADC Architekturen 0:39:57 Oszilloskop Electronic Explorer 0:42:47 Ein Kanal mit Operationsverstärkern 0:46:57 Offset 0:49:50 Optimales Oszilloskopbild 0:54:17 Rauschen 0:56:57 Kalibrierung 1:0:47 PMOD DA2, 12-Bit, 16.5 MS/s 1:4:17 PMOD AD2, 12-Bit, 1us, 1MS/s 1:6:38 Diskussion Aufgabe |
Oszilloskop: Electronic Explorer
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Vorverstärker: High gain und Low gain OPA2355 Operationsverstärker mit Y-Achsen Offset: VOFFA..D und nur positiver Spannungsversorgung. OPA3355 Analog-Digital-Wandler ADC: ADS5204 Differentialeingänge Digital Parallelausgang |
 Digilent Schematic Electronic Explorer  Digilent PCB Oscilloscope Electronic Explorer |
Man sieht die Schaltungstopologie, typische Operationsverstärker (OPA2355, OPA3355) und
ihre Beschaltung. Auch Bufferkapazitäten für die Stabilisierung der Spannung der
Bauelemente sind vorhanden. Auf der Platine werden im Aufdruck Signalnamen und
Bauteilbezeichnungen (IC200A) dargestellt. Man sieht auch Testpunkte für den Platinentest.
Sind die Operationsverstärker Rail-to-rail?
Man sieht die Kapazitäten zur Bufferung/Stabilisierung der Spannungsversorgung (22 uF, 0.1 uF).
Der Schaltplan des folgende ADC (ADS5204) wird hier weggelassen.
Sind die Operationsverstärker Rail-to-rail?
Man sieht die Kapazitäten zur Bufferung/Stabilisierung der Spannungsversorgung (22 uF, 0.1 uF).
Der Schaltplan des folgende ADC (ADS5204) wird hier weggelassen.
Analog Scope channels 1 and 2
Input:
- VINAC_1, VINAC2: AC input
- VINDC_1, VINDC2: DC input
- EN_HGA, EN_HGB: Enable high gain
- EN_LGA, EN_LGB: Enable low gain
- VOFFA, VOFFB: Channel Offset
- VCML_AB:
Power supply:
- GND: GND
- AVCC-2V5:
- AVCC+2V5:
- VREF2V5_SC:
- AVCC3V3_AB:
Output:
- VOUTA, VOUTB:
Oszilloskopbild
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Das oberste Bild zeigt das gleiche Sinussignal mit drei verschiedenen
vertikalen Einstellungen für 3 Kanäle (C1, C2, C3).
Das mittlere Bild zeigt die zugehörige FFT.
Man sollte immer ein formatfüllendes Bild am Oszilloskop haben (C2 Blaue Kurve).
Dabei darf man nicht Oben oder Unten abschneiden (C3 rote Kurve).
Beim Abschneiden werden die gemessenen Werte (Amplitude) falsch und in der FFT kann man Harmonische sehen.
Wird das Sinussignal sehr klein dargestellt (C1 gelbe Kurve), verliert man Genauigkeit bei den Messwerten und in der FFT steigt der Rauschpegel.
Das untere Bild zeigt ein erzeugtes Rechtecksignal mit 1mV.
Der Hintergund ist leicht orange, da die ursprünglichen Messwerte sehr viel Rauschen haben. Die fette orange Linie entsteht bei der Mittelwertbildung über viele Messpunkte. Der Analog-Digital-Wandler arbeitet mit einer hohen festen Frequenz (40 MHz, 25ns) und kann bei niedriger Zeitbasis viele Messpunkte mitteln.
Messzeit: 5 ms mit erfassten 8000 Messpunkten von denen bei der Bildschirmauflösung maximal 1920 dargestellt werden können.
Tatsächliche Anzahl der Messpunkte: Nmess = 5 ms/ 25 ns = 200 000
Es können also 100 Werte gemittelt werden, um die Messgenauigkeit zu verbessern.
Man sieht auch die Quantisierungsstufen von ca. 0.25 mV.
Das mittlere Bild zeigt die zugehörige FFT.
Man sollte immer ein formatfüllendes Bild am Oszilloskop haben (C2 Blaue Kurve).
Dabei darf man nicht Oben oder Unten abschneiden (C3 rote Kurve).
Beim Abschneiden werden die gemessenen Werte (Amplitude) falsch und in der FFT kann man Harmonische sehen.
Wird das Sinussignal sehr klein dargestellt (C1 gelbe Kurve), verliert man Genauigkeit bei den Messwerten und in der FFT steigt der Rauschpegel.
Das untere Bild zeigt ein erzeugtes Rechtecksignal mit 1mV.
Der Hintergund ist leicht orange, da die ursprünglichen Messwerte sehr viel Rauschen haben. Die fette orange Linie entsteht bei der Mittelwertbildung über viele Messpunkte. Der Analog-Digital-Wandler arbeitet mit einer hohen festen Frequenz (40 MHz, 25ns) und kann bei niedriger Zeitbasis viele Messpunkte mitteln.
Messzeit: 5 ms mit erfassten 8000 Messpunkten von denen bei der Bildschirmauflösung maximal 1920 dargestellt werden können.
Tatsächliche Anzahl der Messpunkte: Nmess = 5 ms/ 25 ns = 200 000
Es können also 100 Werte gemittelt werden, um die Messgenauigkeit zu verbessern.
Man sieht auch die Quantisierungsstufen von ca. 0.25 mV.
Kalibrierung
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Bei der Kalibrierung werden Spannungsgeneratoren verwendet oder
nur die Parameter der Rechenformeln (Software) abgespeichert.
Dabei können Offset und Gain Error ausgeglichen werden.
Über die Zeit kann sich auf Grund von Alterungseffekten der Bauteile die notwendigen Kalibrierungsparameter ändern.
Eine Kalibrierung sollte regelmäßig von zertifizierten Prüfstellen durchgeführt werden.
Dabei können Offset und Gain Error ausgeglichen werden.
Über die Zeit kann sich auf Grund von Alterungseffekten der Bauteile die notwendigen Kalibrierungsparameter ändern.
Eine Kalibrierung sollte regelmäßig von zertifizierten Prüfstellen durchgeführt werden.
PMOD DAC DA2
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Digilent:
PMOD DA2 20.- Texas Instruments DAC121S101 8us settling 12-Bit 16.5 MS/s $1.- 30 MHz SCLK 
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Dem Datenblatt entnimmt man die Eigenschaften des Datenwandlers.
Hier stehen 2 DAC Kanäle zur Verfügung, die mit 4 Steuerleitungen programmiert werden.
Hier stehen 2 DAC Kanäle zur Verfügung, die mit 4 Steuerleitungen programmiert werden.
