Effektiva bitar/noggrannhet i förstärkarkoppling
Postat: 21 februari 2014, 23:31:53
Hej!
Jag sitter och ritar på en förstärkarkoppling som ska mäta och förstärka signalen från en shunt.
Spänningen över shunten är ±300mV som jag sedan förstärker med en instrumentförstärkare (ina128) ~16 gånger vilket då ger en utsignal på ±~5V. Denna signal delar jag sedan med två och nivåskiftar (med en LM6134) så att utsignalen blir 0-5V.
Detta är ju i sig inte så svårt men det jag funderar över är hur många effektiva bitar och noggrannhet jag kan räkna med att jag kan få?
Jag har läst lite i detta dokument från TI. Men jag hänger inte riktigt med på hur allt hänger ihop.
Säg att jag vill ha ett "godkänt" värde i 1kHz. Räcker det då med att kolla på Noise voltage RTI i databladen för förstärkarna för att se hur noga den förstärkta signalen kommer vara?
Så för att ta ett exempel:
ina128 har 8 nV/sqrt(Hz) vilket blir vid 1 kHz 0.25 µV och output blir vid 16 ggr förstärkning 4 µV. Betyder detta att utsignalen är noggrann ner till den 5 decimalen? Men då när man kollar lite längre ner i databladet så ser man också Gain Error så är den ±0.02% vid G = 10. Betyder det då att precision blir ±0.32 fel i förstärkning vid 16 ggr vilket då borde betyda att noggrannheten ligger i första decimalen?
Hur blir det sedan när man har nästa förstärkare där man har fler resistorer inblandade? Hur lägger man ihop allt? Är det enklaste att ta max fel-min fel för att se vad relativa felet blir?
Hur gör man sedan för att utifrån detta välja ADC och hur vet man hur många bitar som man ska använda sig av?
Måste man kolla på SNR från förstärkarna och jämföra det med SNR från ADCn?
Om jag har förstått det rätt så blir SNR från instrumentförstärkaren 20log(5V/4µV) = 122 dB?
Enligt TIs dokument ska man ha en ADC som är under denna SNR nivå.
"In practice, the op amp signal to noise ratio should be much better than that of the ADC converter, to avoid limiting its performance"
Så då borde en ADC med en adc med runt 90dB kunna funka?
Men sedan för att veta hur många bitar som behövs tycker jag är lite svårt. För att bara kunna mäta ner till 4 µV så behöver man ~18 bitar men är det verkligen värt när precisionen har större påverkan? Är det då man översamplar för att öka precisionen i värdet? Och vad betyder effektiva bitar när man har SINAD definerat? Kan de effektiva bitarna vara färre än vad som är specat för en viss ADC? Hur går det ihop?
Ja som ni ser har jag många frågor och funderingar och jag skulle bli jätteglad om någon kunde hjälpa mig att reda ut detta.
Det vart kanske lite hoppigt skrivet men det kom som det ploppade upp i huvudet.
Jag har heller inte stenkol på alla termer och värden och jag har inte läst någon signalteori så det kan vara så att jag har fått något om bakfoten.
Hur skulle ni välja en adc för denna förstärkarkoppling och hur skulle ni definiera noggrannheten och precisionen för det?
Tack på förhand!
Sebastian
Datablad för ina128
Jag sitter och ritar på en förstärkarkoppling som ska mäta och förstärka signalen från en shunt.
Spänningen över shunten är ±300mV som jag sedan förstärker med en instrumentförstärkare (ina128) ~16 gånger vilket då ger en utsignal på ±~5V. Denna signal delar jag sedan med två och nivåskiftar (med en LM6134) så att utsignalen blir 0-5V.
Detta är ju i sig inte så svårt men det jag funderar över är hur många effektiva bitar och noggrannhet jag kan räkna med att jag kan få?
Jag har läst lite i detta dokument från TI. Men jag hänger inte riktigt med på hur allt hänger ihop.
Säg att jag vill ha ett "godkänt" värde i 1kHz. Räcker det då med att kolla på Noise voltage RTI i databladen för förstärkarna för att se hur noga den förstärkta signalen kommer vara?
Så för att ta ett exempel:
ina128 har 8 nV/sqrt(Hz) vilket blir vid 1 kHz 0.25 µV och output blir vid 16 ggr förstärkning 4 µV. Betyder detta att utsignalen är noggrann ner till den 5 decimalen? Men då när man kollar lite längre ner i databladet så ser man också Gain Error så är den ±0.02% vid G = 10. Betyder det då att precision blir ±0.32 fel i förstärkning vid 16 ggr vilket då borde betyda att noggrannheten ligger i första decimalen?
Hur blir det sedan när man har nästa förstärkare där man har fler resistorer inblandade? Hur lägger man ihop allt? Är det enklaste att ta max fel-min fel för att se vad relativa felet blir?
Hur gör man sedan för att utifrån detta välja ADC och hur vet man hur många bitar som man ska använda sig av?
Måste man kolla på SNR från förstärkarna och jämföra det med SNR från ADCn?
Om jag har förstått det rätt så blir SNR från instrumentförstärkaren 20log(5V/4µV) = 122 dB?
Enligt TIs dokument ska man ha en ADC som är under denna SNR nivå.
"In practice, the op amp signal to noise ratio should be much better than that of the ADC converter, to avoid limiting its performance"
Så då borde en ADC med en adc med runt 90dB kunna funka?
Men sedan för att veta hur många bitar som behövs tycker jag är lite svårt. För att bara kunna mäta ner till 4 µV så behöver man ~18 bitar men är det verkligen värt när precisionen har större påverkan? Är det då man översamplar för att öka precisionen i värdet? Och vad betyder effektiva bitar när man har SINAD definerat? Kan de effektiva bitarna vara färre än vad som är specat för en viss ADC? Hur går det ihop?
Ja som ni ser har jag många frågor och funderingar och jag skulle bli jätteglad om någon kunde hjälpa mig att reda ut detta.
Det vart kanske lite hoppigt skrivet men det kom som det ploppade upp i huvudet.
Jag har heller inte stenkol på alla termer och värden och jag har inte läst någon signalteori så det kan vara så att jag har fått något om bakfoten.Hur skulle ni välja en adc för denna förstärkarkoppling och hur skulle ni definiera noggrannheten och precisionen för det?
Tack på förhand!
Sebastian
Datablad för ina128