Варианты генератора шума для повышения разрядности АЦП, И сколько квантов шума оптимально? Опции

[Tanya]

Имеется не очень быстрый ОУ в инвертирующем включении - AD8603. Выход - на входе 10 разрядного АЦП контроллера. Хотелось бы выбрать из вариантов, предлженных добрыми людьми.

[Plain]

Зачем шум, пилой получается прекрасный результат, обычной RC, из расчёта размах подмеса > 1 МЗР.

[Tanya]

Зачем шум, пилой получается прекрасный результат, обычной RC, из расчёта размах подмеса > 1 МЗР.

Можно подробнее? Чем делать пилу? Контроллером ведь плохо? Сколько разрядов при каком усреднении?

[Plain]

Получали 5 разрядов, для задачи больше не требовалось, пилу делали микроконтроллером — просто размыкали конденсатор и начинали суммировать выборки. Калибровали подключением ФНЧ с ШИМ-делителя аналоговым ключом опорного напряжения.

Если насчёт RC сомнения, можно сделать источник тока на транзисторе с буфером на эмиттерном повторителе.

А ещё раньше, когда микроконтроллеры были без АЦП, навешивали снаружи двойного интегрирования, тоже результативно.

[_pv]

а собственные шумы у АЦП сильно меньше 1 LSB, что снаружи добавлять приходится?

[Tanya]

Получали 5 разрядов, для задачи больше не требовалось, пилу делали микроконтроллером — просто размыкали конденсатор и начинали суммировать выборки. Калибровали подключением ФНЧ с ШИМ-делителя аналоговым ключом опорного напряжения.

Если насчёт RC сомнения, можно сделать источник тока на транзисторе с буфером на эмиттерном повторителе.

Т.е. Пила была длиннее времени накопления?
Кажется, что надо нечто некоррелированное с контроллерными тактами. Была мысль такая (не хотела свой вариант говорить) - сделать шум, испортив инвертирующий усилитель конденсатором на входе. Только неясно, не будет ли сильно взбрыкивать... Можно на том же ОУ сделать генератор... Или нет?

а собственные шумы у АЦП сильно меньше 1 LSB, что снаружи добавлять приходится?

Да, меньше. Питание хорошее.

[Plain]

Пила была длиннее времени накопления?

Естественно.

Кажется, что надо нечто некоррелированное

Нет, это обычный сравнивающий АЦП, ему всё равно.

Сообщение отредактировал Plain - May 24 2018, 14:17

[Tanya]

Естественно.

Тогда получается смещение, которое нужно учитывать, что, наверное можно сделать, если запуск АЦП синхронизирован с началом пилы?

[Plain]

Я же говорю, у нас на входе схемы был мультиплексор, поэтому всё легко калибровалось, хотя мы измеряли практически только RTD, т.е. относительно.

[Tanya]

Я же говорю, у нас на входе схемы был мультиплексор, поэтому всё легко калибровалось, хотя мы измеряли практически только RTD, т.е. относительно.

И сколько Вы выиграли разрядов?

[Plain]

Уже говорил, 5 разрядов, получили полноценный 15-разрядный АЦП.

[_pv]

ну не совсем полноценный, интегральная нелинейность ведь всё равно 10-ти битной останется?

и если уже так железо сделано то можно конечно пытаться усреднением вытащить немного разрешения, но тот же ad8603 стоит нынче дороже какого-нибудь msp430f2003 или msp430i2020, у которых на борту хоть и посредственные, но всё таки 16/24 сигма-дельта АЦП причём с PGA.

[Plain]

Уже говорил, всё калибровалось ШИМ, а заманухи с "мощными" набортными АЦП не новость — неоднократно проверялось, они субъективно практически бесполезны.

[Arlleex]

Получали 5 разрядов

Oversampling + суммирование 4^5=1024 выборок и сдвиг на 5 бит вправо? Правильно полагаю?

[Plain]

Нет, 32 выборки и никаких сдвигов.

[_pv]

Уже говорил, всё калибровалось ШИМ, а заманухи с "мощными" набортными АЦП не новость — неоднократно проверялось, они субъективно практически бесполезны.

ну за 1$ с PGA да ещё и c встроенным МК сложно ожидать чего-то сверхмощного, да 80-100дБ это далеко не честные 16/24 бита, тем не менее для медленных сигналов они гораздо лучше 10ти битных встроенных же АЦП, хотя бы по той же нелинейности, которая при усреднении никуда не ходит, ну и сигма-дельта опять же.

[Plain]

Похоже, батарейные приборы Вы не делали, иначе в первую очередь смотрели бы на другое — 5 мс на подъём это приговор.

[a123-flex]

Да, меньше. Питание хорошее.

Извините, а какой у Вас контроллер ?

у нас на stm 4 разряда в шумах, децимацией едва вытаскиваем 2

Похоже, батарейные приборы Вы не делали, иначе в первую очередь смотрели бы на другое — 5 мс на подъём это приговор.

объясните пожалуйста ?

[Plain]

объясните пожалуйста

Время включения встроенного опорного АЦП MSP430F2003. Время включения непосредственно АЦП не указано вовсе.

[a123-flex]

Время включения встроенного опорного АЦП MSP430F2003. Время включения непосредственно АЦП не указано вовсе.

Я правильно понимаю, что Вы стремитесь уменьшить время активности контроллера между измерениями ?
Но ведь для этого дисплей должен быть с памятью ?

[_pv]

Похоже, батарейные приборы Вы не делали, иначе в первую очередь смотрели бы на другое — 5 мс на подъём это приговор.

это только опора, которая там кстати ещё и довольно прожорливая, и вполне ставится внешняя с питанием от io. соответственно и жрёт меньше и включается быстрее.
но не для этого сигма-дельта ацп, толку от мгновенно проснувшейся опоры если он измерять будет всё равно те же несколько мс.

а вот про дополнительные 5 разрядов из 32х выборок - не верю (с)
какой-то уж совсем абсолютно идеальный АЦП должен быть чтобы столько вытащить, почему он тогда вообще 10ти битным оказался?

Время включения непосредственно АЦП не указано вовсе.

а сигма-дельта модулятору-то включать особо и нечего, клоки подали - начал считать.

[Plain]

дисплей должен быть с памятью

Да, и тоже потребляющим в пределе ноль.

измерять будет всё равно те же несколько мс

О чём и речь, СД АЦП в микропотребление приходится тисками вдавливать, если вообще есть шанс, но с буферами их делает только AD, а все остальные производители поэтому вычеркнуты из процесса, даже если бы доплачивали.

про дополнительные 5 разрядов

Диффнелинейность скорее всего тоже можно размазать, увеличив модуляцию.

какой-то уж совсем абсолютно идеальный АЦП должен быть

Любой АЦП по определению является компаратором МЗР.

[Arlleex]

Нет, 32 выборки и никаких сдвигов.

Инетерсно... В разных источниках говорится о том, что для получения n дополнительных бит АЦП, нужно 4^n сложений выборок, а затем полученный результат сдвинуть на n разрядов вправо...

[ViKo]

Я вижу, Plain не шум добавляет, а детерминированный сигнал. Так, похоже, можно сложением двух выборок получить дополнительный разряд.
Идея - не в сигнал добавлять пилу, шум, а в опорное напряжение. Может, так проще?

[Plain]

В разных источниках говорится ... нужно 4^n

Читайте внимательнее те источники, там говорят о явном или неявном подмесе шума, как хотела автор темы, а о подмесе пилы пример здесь, начиная с 13-й страницы, хотя задачу они топором срубили, но никто ж не принуждает.

Идея - не в сигнал добавлять пилу, шум, а в опорное напряжение. Может, так проще?

Если есть лишняя полоса, которую не жаль зарезать, то можно.

[novikovfb]

Идея - не в сигнал добавлять пилу, шум, а в опорное напряжение. Может, так проще?

Тогда будет меняться масштаб АЦП, а это даст не самый подходящий результат. Лучше все-таки смещать входной сигнал.

[MegaVolt]

Вот что люди творят для самокалибровки линейности используя шум:
 ____________________________________INL_DNL.pdf ( 132.74 килобайт ) Кол-во скачиваний: 87

[_pv]

видел где-то похожее, только вместо гаусса для измерения нелинейностей набирали гистограмму от синуса, которая наоборот с двумя рогами и минимумом посередине.
его в некоторых случаях наверное проще может оказаться сделать, чем честного гаусса.

[Tanya]

некоторых случаях наверное проще может оказаться сделать, чем честного гаусса.

Интересно, в каких?

[ViKo]

видел где-то похожее, только вместо гаусса для измерения нелинейностей набирали гистограмму от синуса, которая наоборот с двумя рогами и минимумом посередине.
его в некоторых случаях наверное проще может оказаться сделать, чем честного гаусса.

И это вместо того, чтобы подать нормальную пилу на весь диапазон?

[Plain]

Поправка к вышесказанному, потому как недавно у нас получилось поднять архивы — первый вариант был 20 лет назад на PIC16C73, т.е. 8-разрядном АЦП, и наращивали мы тогда 7 разрядов, это был измеритель RTD с погрешностью 0,1°C.

[MegaVolt]

Поправка к вышесказанному, потому как недавно у нас получилось поднять архивы — первый вариант был 20 лет назад на PIC16C73, т.е. 8-разрядном АЦП, и наращивали мы тогда 7 разрядов, это был измеритель RTD с погрешностью 0,1°C.

А если на этой идее гриф секретности? Если нету расскажите плииз чуть подробней про реализацию.

И это вместо того, чтобы подать нормальную пилу на весь диапазон?

Я так понимаю обеспечить линейность пилы на заданном уровне несколько сложнее чем получить чистый шум. Хотя могу ошибаться.

[ViKo]

Я так понимаю обеспечить линейность пилы на заданном уровне несколько сложнее чем получить чистый шум. Хотя могу ошибаться.

Я против синуса отвечал. Пилу легче сделать, чем синус.
А шум и к пиле можно добавить.

[Tanya]

Я против синуса отвечал. Пилу легче сделать, чем синус.
А шум и к пиле можно добавить.

Так нет смысла к пиле шум добавлять. Никакого. Или есть?

А если на этой идее гриф секретности? Если нету расскажите плииз чуть подробней про реализацию.

Отвечу, хотя и не меня спросили. Приводилась ссылка на AppNote from Microchip, где это было описано. Непонятно только, почему использовали нарастающую и убывающую части. Для чистого сигнала это ничего не дает.

Я так понимаю обеспечить линейность пилы на заданном уровне несколько сложнее чем получить чистый шум. Хотя могу ошибаться.

Можете ведь.

[ViKo]

Так нет смысла к пиле шум добавлять. Никакого. Или есть?

В статье, что дал MegaVolt, я не разобрался. Там про DNL, INL речь идет. Как их определять, если не на всем диапазоне напряжений, не понимаю. Поэтому предложил пилу.
А шум... усредняя результаты измерений, можно получить более точные величины.

[Plain]

чуть подробней

Примитивный источник тока на транзисторе питал последовательную цепь относительной схемы измерения, состоящую из эталона, четырёхпроводного RTD и конденсатора. От соединителя RTD измеритель защищали 4 ограничителя и 4 резистора.

Конденсатор размыкался выводом микроконтроллера и делалось 128 выборок АЦП, после чего он замыкался и мультиплексором 74HC4052 ко входу АЦП подключался следующий из 4-х контактов измерительной цепи, и т.д.

[Tanya]

В статье, что дал MegaVolt, я не разобрался. Там про DNL, INL речь идет. Как их определять, если не на всем диапазоне напряжений, не понимаю. Поэтому предложил пилу.
А шум... усредняя результаты измерений, можно получить более точные величины.

Про пилу сказал Plain. Он же дал ссылку на треугольную пилу. Там показано, что пила лучше шума, если шум небольшой.

[ViKo]

Про пилу сказал Plain. Он же дал ссылку на треугольную пилу. Там показано, что пила лучше шума, если шум небольшой.

Это другая пила, на несколько разрядов.

[Tanya]

Это другая пила, на несколько разрядов.

Нет, там небольшая пила - в той ссылке.

[ViKo]

Нет, там небольшая пила - в той ссылке.

Для увеличения количества разрядов - там небольшая пила.
Для определения нелинейностей АЦП и ЦАП нужна пила на полную шкалу.
В этой теме разные вопросы перемешались.

[_pv]

Для определения нелинейностей АЦП и ЦАП нужна пила на полную шкалу.
В этой теме разные вопросы перемешались.

как в статье от MegaVolt не обязательно за один раз весь диапазон АЦП охватывать (тем более что сделать это достаточно линейно довольно сложно, вообще в целом АЦП[измерять] умеют делать куда лучше ЦАПов[генерировать заданные напряжения]),
можно небольшую пилу/синус/шум сложить с постоянным ЦАПом и пройти всю шкалу по шагам.
ну и вопросы не совсем перемешались, так как даже если поднять разрешение каким-либо оверсэмплингом, нелинейность никуда особо не денется и калибровать её придётся, иначе что толку от хорошего разрешения, но с 8ми битной нелинейностью

[MegaVolt]

как в статье от MegaVolt не обязательно за один раз весь диапазон АЦП охватывать (тем более что сделать это достаточно линейно довольно сложно, вообще в целом АЦП[измерять] умеют делать куда лучше ЦАПов[генерировать заданные напряжения]),
можно небольшую пилу/синус/шум сложить с постоянным ЦАПом и пройти всю шкалу по шагам.
ну и вопросы не совсем перемешались, так как даже если поднять разрешение каким-либо оверсэмплингом, нелинейность никуда особо не денется и калибровать её придётся, иначе что толку от хорошего разрешения, но с 8ми битной нелинейностью

Как раз вся соль статьи в том что они берут неидеальный ЦАП и АЦП и самокалибруют их. Т.е. не нужны никакие внешние суперлинейные цепи. Кроме опоры как я понимаю. Причём калибрующий АЦП может быть практически любым. От 4 бит и выше.

[Plain]

Вся соль статьи зажата — замануха, что будет дёшево, но ни слова, где взять такого качества шум и чем его замешать; исключительно для тех, кто не знает подвигов Мюнхгаузена.

[MegaVolt]

Вся соль статьи зажата — замануха, что будет дёшево, но ни слова, где взять такого качества шум и чем его замешать; исключительно для тех, кто не знает подвигов Мюнхгаузена.

А в чём проблема взять шум? Резистор + операционник http://www.analog.com/media/en/analog-dial...q-issue-154.pdf

А вот чтобы сделать пилу нужен источник опорного точный плюс ключ хороший. Как по мне так это сложнее.

[ViKo]

А вот чтобы сделать пилу нужен источник опорного точный плюс ключ хороший. Как по мне так это сложнее.

Пилу цифровую сделать, ЦАП-ом. Я такую имел в виду.

[Tanya]

Пилу цифровую сделать, ЦАП-ом. Я такую имел в виду.

Я тут несколько вариантов рассматривала... Есть лишний канал хорошего 16-разрядного ЦАПа...Вот еще такое пришло в голову... ЦАПом можно сделать пилу из 32 значений, например. Т.е. нужно потратить 32 измерения. Берем инвертирующий усилитель на ОУ (он уже тоже случайно есть...), подсоединяем его к контроллерному АЦП. Делаем резистор обратной связи много больше, чем нужно было бы... Делаем два входа, на один - сигнал, на второй - ЦАП. Методом последовательных приближений попадаем в диапазон... Измерения немного экономим. Время - деньги. Конечно, 16-разрядный ЦАП определяет предельную погрешность...
Есть еще варианты с интегратором с двумя входами.

[yakub_EZ]

Есть лишний канал хорошего 16-разрядного ЦАПа...

+ компаратор и вот вам АЦП, тоже наверное, хороший

[Plain]

в чём проблема взять шум?

Проблемы нет, только после взятия требуется измерить его линейность.

[Tanya]

+ компаратор и вот вам АЦП, тоже наверное, хороший

Надо дольше крутить ЦАП...С компаратором можно сигма-дельта АЦП изготовить. Только долго.

[MegaVolt]

Проблемы нет, только после взятия требуется измерить его линейность.

Скорее убедиться в том что распределение после генератора остаётся гаусовым. Хотя как я понимаю метод распределение может быть любым главное чтобы его форма была известна.

[Plain]

Нет, именно измерить линейность полученного сигнала — шум резистора линеен, да, но усиленный ОУ — нет.

ЦАП. Методом последовательных приближений

Да, это будет работать, число выборок равно числу наращиваемых разрядов.

[_Vova]

В документе AN3322 Watt-hour meter based on the STM32F101 microcontroller сказано

1.5 Linearity of STM32 ADC and its INL reduction
Increasing the ADC resolution does not result in higher accuracy since the techniques for obtaining higher resolution can reduce DNL (differential non-linearity) but not INL (integral non-linearity), see Section 1.9: ADC enhancement by oversampling technique.
The linearity can be enhanced (INL reduction) from 0.7 to 0.17 LSB by the application of a simple technique to the HW and SW design. Good knowledge of the ADC is assumed for this technique, described in a separate document supplied on request.

может у кого-то есть этот отдельный дополнительный документ?