Ingången på en voltmeter?

[PaNiC]

Jag håller på att bygga en voltmeter, som naturligtvis är tänkt att ha lite speciella egenskaper. Den är batteridriven och har USB-anslutning till dator.
Den är tänkt att mäta -20 - 20V, men jag undrar hur jag mäter den polvända spänningen.
En differentiell AD-omvandlare, MCP3202, finns med i tankarna, men när potentialen i mätobjektet kan ligga precis var som helst, så finns det ju möjlighet att ingångarna på ADn kan hamna var som helst mot dess jord. En differentiell ingång borde rimligtvis vara just differentiell, men frågan uppstår om ADn klarar det här fallet.
Galvanisk isolering av ingången är naturligtvis också högst åtråvärd, hur bygger jag upp detta?

[grym]

fins kretsar för överföring av analoga signaler, iso? och matning kan man ju ha en 5v till +-12v switchad sak
beror ju lite på hur snabbt du ska mäta och hur noggrant

[PaNiC]

Vad för kretsar? Iso?
Vill helst undvika dubbel matning med hänsyn till batterilivslängden och komplexiteten.
MCP3202 är en 12b omvandlare, noggrannhet i motsvarande härad är nödvändig, fem mätningar/sek är mer än tillräckligt.

[grym]

iso122p , med flera i den familjen

dc-dc
69-073-58

annvänder själv den modellen till datormätningar

[Synesthesia]

Du får noggrannare mätning om du optokopplar digitalt efter AD-omvanlaren. Mäta med olika polaritet går ju om man förskjuter mätområdet genom att addera insignalen med en op-amp, eller om du använder en AD med differentiella ingångar, spänningsdela insignalen på ena ingången som vanligt, och lägg en spänning som motsvarar halva mätområdet på den andra ingången.

[limpan4all]

Lägg ditt ingångsområde på 40V och offsetta det +20V.
Lägg sen hela A/D paketet galvaniskt åtskilt med DC/DC omvandlare från PC sidan och OPTO-kopplare på SPI signaleringen.
Om du kopplar ihop GND på A/D´n med USB så får du garanterat problem förr eller senare.

Sen tycker jag att du skall ta en 16 bitars från början samt översampla duktigt och signalbehandla bort bruset, inte många SEK dyrare och mera att växa i...

Och tar du en AD7400A så behöver du bara två motstånd (spänningsdelare) och lite mjukvara så har du rubbet...
http://www.analog.com/en/analog-to-digi ... oduct.html

[victor_passe]

Du kan med 3 motstånd lösa det
Dela spänningen med 10 och lägg till 2.5V så är du klar
1V=-20V, 4V=20V

[jesse]

Om du använder SPI som kommunikation till din AD så rekomenderar jag ADUM1401 digital isolator (wide SOIC kapsel).
Den har fyra kanaler: DI, DO, SCK och CS. Ena datakanalen går alltså åt andra hållet mot de andra signalerna.


Vill du slippa batterier på andra sidan finns även ADUM5401 som har inbyggd DC/DC för några mA ström, tror den klarar ca 3.3 till 5 volt. ADUM5401 kräver att man är lite mer noga med kretskortslayouten och avkopplingskondensatorerna.


Observera att kretsarna finns med olika postfix: A, B eller C som indikerar max överföringshastighet i MHz. Använd inte en krets med snabbare hastighet än nödvändigt. Det skapar bara onödigt branta flanker.

[PaNiC]

Lägg ditt ingångsområde på 40V och offsetta det +20V.
Lägg sen hela A/D paketet galvaniskt åtskilt med DC/DC omvandlare från PC sidan och OPTO-kopplare på SPI signaleringen.
Om du kopplar ihop GND på A/D´n med USB så får du garanterat problem förr eller senare.

Sen tycker jag att du skall ta en 16 bitars från början samt översampla duktigt och signalbehandla bort bruset, inte många SEK dyrare och mera att växa i...

Och tar du en AD7400A så behöver du bara två motstånd (spänningsdelare) och lite mjukvara så har du rubbet...
http://www.analog.com/en/analog-to-digi ... oduct.html

Detta får nog bli lösningen. Dyr, men till synes den med minst antal frågetecken. Så gryms DC-DC-omvandlare tillammans med optokopplare blir det.
AD7400 är en helt klart intressant lösning, men jag kan inte se hur jag skulle kunna få en 8b µC att hantera den datahastigheten.

Tack för alla svar.

[limpan4all]

Varför ens försöka göra det i en 8-bitars, det hör till 90 talet...
Tag en modern 32 bitars (typ LPC2368) istället så har du lite att växa i, och skall du inte göra tiotusentals så spelar merkostnaden på 20-40 SEK ingen roll.

[PaNiC]

Det finns inget annat i projektet som kräver mer än en 8b µC med modest klockfrekvens. Jag har något emot att använda onödigt snabba eller "stora" µCs.

[jesse]

Skulle vilja säga tvärt om mot vad limpan4all vill säga: ingen mening att använda massor av onödigt snabb elektronik om det inte behövs? Det finns väl ingen som måste använda en 32-bitars processor till en enkel batteridriven voltmeter? Fullständigt onödigt.

Sen om man bara behöver 5-6 mätresultat per sekund så undrar jag också om AD7400 är den bästa/billigaste lösningen (111 kr hos elfa) också med tanke på hur bökigt det verkar att tyda koden digitalt i den hastigheten.

Jag hade valt t.ex. MCP3550 (22 bitars ADC) och en extern referens på 4.092 volt, en ADUM5401A med inbyggd 5 volt DC/DC för dataöverföringen. Kräver inga "superprocessorer" för att kommunicera.

[limpan4all]

Grejen är att gå över till 32 bitars redan nu så att kunskapen finns där när den väl behövs.
Sen så är en 32-bitars processor på kortet en sorts försäkring mot att CPU kraften väl finns där om nya funktioner skall in.
Idag så finns det ingen egentlig fördel alls för 8-bitars uC.
Ta en Cortex M3 t.ex LPC1102 runt 36:- i stycketal från digikey och under 16:- i 3k kvantiteter.
Att den är i 0,5mm pitch BGA är väl inget problem, går tom att handlöda med lämpligen anpassad layout (via-in pad för de fyra mitten kulorna).
Men att klara den med enkelsidiga och "hemsoppade"/icke genompläterade kort är dock inte möjligt alls.

[PaNiC]

limpan4all: Mja.. Tycker nog att det är lite väl ambitiöst. Det är visserligen inget fel i det du säger om tanken är att projektet ska "växa". Men detta är ett projekt som jag med stor möda har kört enligt "KISS". Mången gång har jag snöat iväg på en hel massa saker men valt att lägga ner de allra flesta. Det är mer än tillräckligt komplicerat ändå.

Nåväl, har slitit med analoga delen ett par dagar, och kommit fram till följande:



AD-omvandlaren är bytt till MCP3201 med 2,048V referens.
Frågetecknen jag har är om jag verkligen behöver två OPs. Ingången på AD-omvandlaren kräver lågimpedant källa, så det bör vara olämpligt att addera spänningen från spänningsreferensen direkt innan. Jag hoppas att jag har tänkt rätt med detta. Ingången delas med 10, så fullt utslag ska ge +/- 2V. Spänningen begränsas även med dioderna D2-D5. Dubbla därför att de är klenare än brytströmmen för F1 och F2. Här är jag osäker på R6. Ska jag ha ett motstånd mot negativa anslutningen också? Liksom D4 och D5. Fungerar det här tankesättet även när ingången är polvänd? Därefter anländer den mätta spänningen genom ett lågpassfilter (beräknat i Microchips Filterlab, siffrorna säger mig inget så någon får gärna dubbelkolla) i första OPn. Därefter adderas referensspänningen. Men här är det största frågetecknet. Utgången från första OPn kan inte gå under 0, vilket medför att spänningen in till andra OPn aldrig kan sjunka under 1,024V. Eftersom det finns både spänningsdeleri och annat som gör att resistanserna från referensen och ingången är gravt olika innan första OPn kan jag rimligtvis inte addera där, utan måste ta det efter. Eller skulle det fungera om jag har lika stor resistans där från referensen som från ingången?

Förklaringar, förslag och svar mottages tacksamt.

Och det här med att rita prydliga scheman har jag inte heller lärt mig.

[jesse]

Jag har inte orkat studera alla detaljer i schemat, men det är nog lite tankefel på sina håll.

Du skulle ju ha +/- 20 volt på ingången?

Och du spänningsdelar med 470k ock 47k till +/- 2.0 volt.

Men om du nu matar in -20 volt på röda pinnen, då får du ju en negativ spänning in som du aldrig kan få igenom filter-OP:n. Eller hade du tänkt ha negativ matningsspänning på den OP:n?

Poängen med differentiella ingångar är att referensingången, dvs. den svarta pinnen, INTE ansluts till GND utan kopplas till en virtuell jord som ligger på ungefär VCC/2. Det gör du med en enkel spänningsdelare med två motstånd och stabiliserar gärna med en kondensator. För att få låg impedans ut på den virtuella jorden kanske du får köra den genom en OP som spänningsföljare.

Då kommer "svart pinne" alltid att ligga på den potentialen, t.ex. +2.50 volt.
Om du nu matar in +/- 20 volt på röd pinne och delar med 10 så får du en spänning på den ingången i förhållande till +2.50 volt, dvs. -20 volt ger 0.5v in och +20V ger +4.5 volt in.
Denna signal kan du sedan mata in till ADC på plusingången, och den virtuella jorden på minusingången. Undvik för många OP efter varandra - alla har en offsetspänning som ändras med temperatur osv. vilket skapar fel. Varför funkar det inte med vanligt RC-filter som lågpass? Men å andra sidan , om du måste ha låg impedans på ADC-ingångarna behöver du ju minst en OP där, då kan du lägga in filtret på den. Leta upp en bra OP med lågt brus och låg offsetspänning.

(Sen skulle jag vilja ha högre inimpedans på ingången, 470k är lite lågt.)

Åter till ditt schema: R6 470k mellan svart pinne och GND kan bli konstigt. Filterkretsen kan t.ex. skicka ström via C20, R3 och R7 genom R6 vilket medför att svart ingång inte är lika med GND. Eftersom hela ADC-enheten är isolerad så hade du kunnat fästa den direkt till GND utan varken motstånd eller dioder, men nu ska du ju kunna mäta negativt också så det får ändå tänkas om.