Добрый день!
Задача измерять несколько(а именно 4) каналов. Сигнал которых имеет такие особенности - постоянная составляющая 10-20В и меняется с небольшой скоростью ~0,5 В/мс. Однако сигнал имеет еще и пилообразную переменную(частота 5-10 кГц) составляющую размахом 0,05-0,2% от постоянной. Задача измерять усредненный(по какому критерию не столь важно - цифровой обработкой подстроимся) уровень сигнала с точностью 0,1% на интервале около 100мкс. И это все на нашей комплектации*)
Если использовать наши(да и импортные) последовательные 12 битные АЦП то выходит что только суммарная интегральная+дифференциальная погрешность выходит +-3 младших бита, а это уже 0,075%, и это без учета шума, погрешности опорника, -60...+85... итд... Да еще и таких нужно целых 4 штуки...

Нашел такую микруху у Миландра 1986ВЕ4У(http://milandr.ru/uploads/Products/product_276/spec_1986BE4.pdf) - 8 отдельных 24 битных сигма-дельта АЦП + проц в одном корпусе. К сожалению никогда не работал с сигма-дельта АЦП, но основы этого типа АЦП несколько представляю...

Однако есть подозрение что Миландровские АЦП не справятся с задачей, просто не успеют каждые 100мкс выдать результат именно за последние прошедшие 100 мкс, а будут выдавать усредненный результат за более большое время к примеру за 1 мс.

Все таки не очень уверенно чувствую себя в сигма-дельта АЦП, подскажите пожалуйста есть ли смысл решать мою задачу именно им, и помогите пожалуйста понять на что максимум по скорости можно вытянуть из АЦП в 1986ВЕ4У...

Спасибо!

Предлагаю для начала отвлечься от "наших/импортных АЦП" и посмотреть на задачу вот с какой стороны. В 100мкс будет укладываться 0.5...1 период пилы. Если нет синхронизации интервала усреднения с периодом пилы, то будут появляться биения.

Далее. Сигнал уровня 10-20 вольт со скоростью до 0.5В/с изменится на 0.1% за время не менее 20мс. Делать интервалы усреднения меньше, чем 20мс бессмысленно. А за 20мс усреднения подавление частоты 5кГц будет 40дБ, т.е. мешать не будет вообще.

вы не много ошиблись не 0.5В/с... а !0.5В/мс! .... если бы было 0.5В/с вопросов не было вообще*) т.е скорость изменения иммеет один порядок с биениями.

Синхронизации с пилой непосредственно нет... т.е. вы правы биения будут но от них не уйти, а значит их обработку сделаем уже програмно...

Частота следования импульсов тактовых сигналов fС_ADC_D = 4МГц, Частота дискретизации, fNADCO = fС_ADC_D/128 (стр. 328)
на бОльших скоростях, будет меньшее разрешение

Так не склеивается левое с правым все равно. За 100мкс при 0.5В/мс будет изменение в 50мВ, что есть 0.5% от сигнала.




Только вот каким образом?

Вероятно ошибся... скорость изменения сигнала не более 0,1-0,2% на 100мкс
при переменной составляющей - пиле 0.05-0,2%



В принципе можно допустить что бы АЦП показывал любое значение из этого интервала переменой составляющей



насколько я понимаю работу сигма-дельта АЦП, к ним нельзя относится как к скоростным последовательным, которые дают правильные измерения уже на 2-3(а если дать устояться внутренним емкостям АЦП то и с первого) отсчет после начала работы или резкого изменения сигнала. Для сигма-дельта требуется гораздо большее число отсчетов. Т.е. 4МГц/128 = 31250кГц т.е. 32мкс на один отсчет ... или всего лишь 128 тактов передискретизации(т.е. всего 128 нулей или единиц)... может я что то не понимаю, но ведь это слишком мало для получения точности единичного отсчета больше чем 7-бит, да еще там куча фильтров всяких...
т.е. я хочу сказать что в сигма-дельта за 2-3 отсчета не удастся измерить точное значение, а для последовательных в пределах его погрешности измерения можно.
или я не верно воспринимаю работу сигма-дельта...

Сигма-дельта относится к усредняющим АЦП, это верно. Но его показание - это усреднённое значение за время измерения. Так что если в этот период было резкое изменение сигнала, то он отобразит правильное значение. Не то, что было до изменения, и не то, что - после. А среднее. Поэтому не нужно ждать двух-трёх-четырёх циклов. Каждое из них верное. Проблема не в АЦП, а в том, что Вы хотите мерить.


Так Вам и аппаратное усреднение не нужно. Возьмите SAR и обрабатывайте поток как хотите.

как раз очень нужно. это идеальный случай. Это я уж от безысходности*)



Т.е. я правильно понял что из описания на 1986ВЕ4У можно сделать вывод что от АЦП я буду получать каждый 32мкс "правильный" усредненный отсчет о сигнале за последние прошедшие 32мкс. Но точность измерений или точнее ENOB при таком режиме производителем не приводится т.е. нужно трясти его. Я верно понимаю?

Кстати о применении к моей задаче последовательных АЦП я написал в топике темы.

Каком "таком" режиме? Это штатный режим. Но о конкретной микросхеме Миландра ничего сказать не могу...

В этом тексте что именно имеется в виду под <если в этот период было резкое изменение сигнала, то он отобразит правильное значение> ?

Например сигнал резко изменился (ещё вопрос что такое "резко"),и допустим 12-ти битная сигма-дельта отобразит правильно,то есть с 12-ти битной точностью, усреднённое значение ? Крайне сомнительно...

Принцип работы именно сигма-дельты подразумевает не только предельную на настоящее время точность,но и то,что эта точность прямо связана с количеством отсчётов - ежели угодно "медленный набор точности". И 24 битный АЦП при Filter Notch в десятки герц превращается в 12-битный всего на 1 кГц

Почему сомнительно? Сигма-дельта на то и сигма дельта, чтобы суммировать разности. В итоге получаем усреднённое значение. Подозреваю, заковыка в том, что люди ждут от АЦП показаний, соответствующих установившейся величине сигнала. Когда изменения не синхронизированы с sample rate, возникают "сюрпризы".

О фильтрах мы пока вообще не говорили...

Во-первых, неплохо бы объединить всё это с начальной темой — полгода с её необъяснимого покидания вполне тянут на творческий отпуск.

Во-вторых, задачу вполне можно решить стандартным набортным АЦП микроконтроллера, который, можно предположить, за полгода не изменился, и о котором только известно, что он у него есть, причём, в количестве двух штук — странно, что человек, с основной профессией программист, так скуп на описания, но предлагаю думать о них по умолчанию, т.е. как о 10-разрядных и 200 ksps.

Итак, сигнал смещать вольтодобавкой к нему, т.е. резистором и источником тока, во входной диапазон АЦП, которую периодически калибровать двухстадийным АЦП на защёлке таймера микроконтролллера.

В-третьих, провести ликбез с заказчиком на тему разницы между точностью и разрешением, хотя бы потому, что озвучиваемых в теме настолько точных опорных список МОП никогда не содержал, не содержит и вряд ли будет содержать — такие штуки всегда делались руками, как самостоятельные блоки под конкретные задачи. Ну и вообще, пора бы ему поразмыслить, зачем всё это нужно для такого примитива, как балансировщик, который давно можно было десяток раз разработать на обыкновенных транзисторах, и уж точно без каких-либо микроконтроллеров.

И в-чётвертых — нет никакого 1986ВЕ4У, и не известно, когда будет, и будет ли вообще.

Так в этом и проблема - разговор про <отображение правильного значения сигнала> с помощью именно сигма-дельты и забывая про фильтры Повторюсь : почему замечательные сигма-дельта 24-битные АЦП на десятках герц превращаются в 12-битные всего на 1 кГц ? Может всё дело в особенностях именно сигма-дельты ?

Ваша версия : <Сигма-дельта на то и сигма дельта, чтобы суммировать разности> ежели не забывать учитывать <синхронизацию с sample rate>. IMHO несколько упрощённый подход...

Крайне упрощённо про сигма-дельты :
ежели на выходе дельта-сигма преобразователя только 0 и 1, а воспроизвести нужно допустим 0,000 001 (для 120 дб), то сколько потребуется отсчётов? Есть мнение,что нельзя в 100 отсчётов затолкать точность больше чем 1/100 - как ни кодируй,потому как на выходе дельта-сигма только 1 бит. Это про математические возможности последовательности данной длины. И для заявленных 120 дб нужно 1 000 000 сэмплов ...

В любом случае особенности именно сигма-дельты таковы,что нельзя говорить про точность (или "правильность отображения") без "разговоров" про фильтры,частоты,и так далее... То есть пишу только про то,что именно иметь в виду под "отображением правильного значения при быстром изменением сигнала" (Ваш текст п.7 - <Так что если в этот период было резкое изменение сигнала, то он отобразит правильное значение>).

Это какая именно "быстрота" и какая именно "правильность" получится при этой "быстроте"

лестно конечно что вы так бдительно следите за моей деятельснотью...

во первых это две совершенно разные задачи... то что они где то там похожи друг на друга говорит только о том что они находятся только в одной области... во вторых каким образом вы определили что моя ОСНОВНАЯ профессия программист, очень странно, я всегда считал себя разработчиком аналоговой техники, программист как раз их меня достаточно слабый...

далее, 1986ВЕ4У уже заказаны демо-образцы и будут с они 5-ой в следующем году...

если нечего сказать кроме умничения или гадания на кофейной гуще... лучше промолчать наверное, правильно?



Согласен с каждым словом, только про фильтры забывать не надо, т.к. их куча уже встроена в 1986

Две страницы прошлой темы ушли на выяснение наличия АЦП и безвестно канувший совет насчёт трансформатора. Эта тема в этом ничем от той не отличается.

Конечно упрощённый. Усложнённый можно почерпнуть из литературы, если автору понадобятся подробности. Разжевать всё в двух-трёх постах вряд ли получится.

Да не имеет значения. Это я к тому, что у АЦП нет "неправильных" показаний. Он всегда меряет честно, как бы ни изменялся сигнал. А вот чтобы показания были адекватными ожидаемым, надо прежде всего понять, чего мы от него хотим.

Упрощенный или нет это дело десятое, главное что бы он был адекватен поставленным задачам...
В данной ситуации он ее не отражает! Т.е. за одно измерение(32мкс) невозможно получить сколь либо точную информацию о сигнале.

Т.к. на интервале 100 мкс в данном АЦП получиться на максимальной скорости 3 отсчета по 7 бит, т.е. точность измерения за 100мкс составит 0,26%... и это без учета физических погрешностей...

насколько я понимаю повысить точность можно только увеличением числа отсчетов, т.е. увеличением времени измерения... или обработкой канала 2 - 3-емя АЦП естественно калиброванными на один и тот же опорник.

что кстати посоветуете почитать? Мои основные знания по сигма-дельта базируются на этой книге http://www.booksgid.com/hardware/23452-ana...brazovanie.html

но там к сожалению основной математический упор сделан на измерение переменных сигналов...
может подскажите что по измерениям постоянных(ну или условно постоянных)...

Чего уж тут непонятного - у того заказчика,которого не устраивают "честные,как бы ни изменялся сигнал", показания,просто проблемы с пониманием ! А ведь всего-то и нужно,что прежде всего поднапрячься и понять,чего мы от АЦП хотим !!!

Ежели отвлечься от формулировок типа "чтобы показания были адекватными ожидаемым" - прибор не должен чего-то "ожидать",его показания всего лишь должны соответствовать (с требуемой точностью) величине напряжения на входе ,то для того,чтобы реализовать правильный комплекс схемотехнических (и программных) мер, действительно нужно "прежде всего понять, чего мы от АЦП хотим".

Остались мелочи - разобраться,кто именно ближе к правильному пониманию.

Хотя ежели даже предельно разжёванный текст из п. 13 <В любом случае особенности именно сигма-дельты таковы,что нельзя говорить про точность (или "правильность отображения") без "разговоров" про фильтры,частоты,и так далее...> не помог,то буквально не представляю,как добиться понимания

Ключевая деталь: у Вас измерения предполагаются в непрерывном режиме или смысл в том, чтобы включить в произвольный момент АЦП (или подать на него сигнал) и получить через 100мкс среднее за этот интервал значение с точностью 0.1%?


Не понимаю Вашего сарказма. Именно поднапрячься, и именно понять. На основе чего выбрать метод измерений и подходящий прибор.

Ну, и? В чём противоречие? Где я говорил, что прибор должен ожидать? Это мы ожидаем от него не всегда того, чего следует. Потом удивляемся.

О каком понимании Вы говорите? Вы от меня его добиваетесь? Это лишнее. Пусть я даже заблуждаюсь. Помогайте лучше автору.

Долго только наблюдала... Молчать боле не могу. Вижу, нечто, напоминающее воду в ступе.
ТС! Вам нужно напрячься и сформулировать четко, что Вы хотите.
Тогда Вам, возможно, можно будет помочь. Это если Вы хотите. Этого.

Куда уж более конкретно то? все что мог сказал уже...
я только в одном параметре сначало ошибся, но это чисто техническая ошибка.

Итак еще раз повторю есть медленно меняющийся сигнал со скоростью изменения постоянной составляющей не более 0,2% за 100мкс, в сигнале присутствует переменная пилообразная составляющая размахом 0,1-0,2% частотой не более 5-10кГц. Идеальный случай - требуется измерить среднее значение сигнала за 100мкс с точностью 0,1%.
Для этой задачи хочу использовать сигма-дельта АЦП 1986ВЕ4У, подойдут ли их параметры для данной задачи, и если не подойдут какие есть альтернативные решения?...

собственно и вся задача...

Берете ЦАП, который выдает почти Ваше почти постоянное напряжение, а разность измеряете быстрым малоразрядным АЦП.
Это грубо... Там поделить придется до удобной величины, возможно.

хороший вопрос, идеальный случай конечно когда АЦП начинает выборку в произвольный момент. т.е. что бы измерять эти 100мкс без "предистории". Это обусловлено тем что и АЦП может включаться в момент когда сигнал уже есть и тем что несмотря на медленное изменение сигнала он может изменяться не монотонно.

Если уж так ужасно хочется иметь среднее значение за 100 микросекунд, то можно добавить интегратор со сбросом.
Еще немного усилий и получится самодельный сигма-дельта модулятор-измеритель.

Я такой вариант тоже рассматривал, но он не дает никакой прибавки в точности, т.к. ЦАП нужно будет калибровать тем же самым АЦП каким измеряется разность, т.е. если АЦП измеряет сигнал с точностью 0,75%(без учета многих погрешностей), то и ЦАП будет иметь ту же точность...

в таком варианте будет легко померять только относительное изменение сигнала, т.е. точно снять форму пилы и форму изменения сигнала... но абсолютная точность не улучшиться... а важна именно она.

Объясните нам, каким образом у Вас вновь получилось прочесть лишь половину данного предложения:

Если всё ещё не понятно, о чём речь, подчёркиваю — калибровать и тогда, и сейчас, Вам предлагают другим АЦП, намного большего разрешения и намного меньшего быстродействия.

что вы здесь имели ввиду я могу догадаться только логическим подбором... и вариантов на мой взгляд не один...



Покажите мне конкретную фразу где Tanya говорит о другом АЦП или тем более о:


ответ то был ей



Предлагаю вам все таки немного подумать...

Итак наверное глупо использовать в качестве ЦАП какие то быстрые и дорогие, верно?

Из простых в МОПе есть несколько вариантов 10 разрядных... НО... у них у всех дифференциальная\интегральная погрешность не лучше 0,1%... я уже не говорю о нелинейиностях которые и за процент спокойно выбежит...
Т.е. если мы вдруг переключились на другое значение ЦАП - требуется его заново калибровать... Если мы калибруемся к примеру Миландровскими сигма-дельта, то для получения к примеру 16 разрядной точности нам нужно не менее 16мс.
Из этой ситуации выхода нет...

Еще вариант набирать резистивный делитель из к примеру 8-10 интервалов, отдельно в течении работы постепенно перекалибровывать каждый(или требуемые), далее подавать требуемый интервал на опорный вход инструментального усилителя, который вычтет его из входного - а эту дельту уже мерить быстрым АЦП...

но согласитесь это весьма громоздко и сложно... а сколько для 4-ех каналов нужно будет аналоговых мультиплексоров и всяких оушных повторителей, я даже считать боюсь*))

Вам же модератор уже официально выносил предписание собраться с мыслями, а в результате мы видим, что в очередной раз только к концу второй страницы выясняется, что 16 разрядов таки надо получить не позднее 100 мкс после подачи питания. Ну так сами же себе ответили, что это означает, что нужен 10-килогерцовый 16-разрядный АЦП, без вариантов. Что ж, удачи с этим в рытье МОПа.

прочитайте мой 21 пост и перестаньте нести ахинею

и внимательно читайте что вам отвечают - 16 разрядов это не измерение - а КАЛИБРОВКА - как вы это назвали "вольтдобавки", я называю это диапазонами...
какой блин смысл использовать сигма-дельта для КАЛИБРОВКИ если хотеть от него точность 0,1%
ну пусть 14 бит - это 4мс... сути это не поменяет ни на грамм...

заметьте я ни слова ни писал про подачу питания - это ваши додумки!
Я писал о переключении ЦАП УЖЕ во время работы, т.е. тогда когда на калибровки в реальном времени этого самого время уже нет! калибровку надо делать ДО этого, т.е. до изменения предела. И вот тут вариант с ЦАПом спотыкается. А мой вариант с резистивным делителем на несколько диапазонов в качестве опоры даст возможность калиброваться постоянно.
но мне не нравится потому что он громоздкий выходит вот и ищу альтернативу...

И у Вас перед АЦП таки не будет никаких аналоговых узлов?

почему? как минимум или инструменталка или повторитель, т.к. сигнал достаточно низкотоковый

Так поставьте ФНЧ и проблем с пилой будет меньше.

Калибровка может осуществляться заранее. Ведь Вы измеряете напряжение. Поэтому у Вас должен быть источник опорного напряжения, который Вы должны калибровать. Точно также можно калибровать ЦАП. Там у него внутри (у умножающего) стоят стабильные резисторы, которые если и плывут от температуры, то одинаково. С хорошей точностью. Лучшей, чем Вам нужно.И нет там никакой вредной вам нелинейности. Нелинейность от кода тут не играет роли. А в ЦАПе есть один нужный Вам резистор, который стандартно включается в обратную связь. Но в данном случае на него нужно подавать Ваш сигнал. А в ОУ в обратную связь поставить конденсатор.

так с ней проблем особых то и нет

Тогда зачем она Вами приплетена в задачу?

насколько стабильны внутренние резисторы нигде не прописано, есть стандартный набор погрешностей...
Что значит хорошая точность(т.е. сколько это)? И что будет с этой точностью через 20 лет? А в широком температурном диапазоне? И куда денется дифференциальная нелинейность?
Что бы убрать все эти погрешности в прецизионных системах как ЦАП так и АЦП отдельно прокалибровывают каждое значение...
Может я конечно вас не верно понял...

Вы не в том месте задаете эти вопросы.

Есть такое понятие - поверка, которую надлежит делать с прописанной где-то регулярностью.

это был риторический вопрос



чаще всего изделие с 5 приемкой имеет возможность поверяться только при сходе с конвеера на заводе*)) и усё собственно*)))

Прочитал тут спор об измерении дельта-сигма АЦП быстро меняющихся сигналов.
У меня есть задача - есть 1-канальный 24-х битный ДС-АЦП, работающий со скоростью 8 ксемплов/сек.
Измерять надо 8 каналов, интересующая полоса частот - 100Гц.
Если я поставлю мультиплексор 8в1, и буду переключать его контроллером с частотой в 2кГц, тогда на каждый канал будет по 250Гц приходится, т.е. Котельников удовлетворится, но вы своими спорами меня смутили - будет ли д-с АЦП обеспечивать по каждому каналу хотя бы 18-20 бит точности?

И попутно еще вопрос - можно ли в такой топологии поставить один антиалиасный ФНЧ на 4кгц после мультиплексора? Очень неохота их 8 штук ставить, места совсем нет.

получите "среднее" значение по всем этим входам
период переключения должен быть больше времени преобразования, в даташите должна быть приведена частота преобразования для "18-20 бит точности" и она, скорее всего, порядка нескольких герц
фильтр имеет время установления, оно должно быть меньше чем скорость переключения каналов
и еще: пусть необходимые условия вы выполните, как вы будете синхронизировать сигма дельта АЦП и переключение входов

Период преобразования = 125мкс, период переключения (время подключения одного канала) - 500мкс, так тчто за время одной "ступеньки" можно сделать 4 измерения.



В даташите написано - макс. семплрейт: 8кГц, разрядность: 24 бита.



Разумеется.



Сигналом "старт" преобразования.

нужно смотреть зависимость разрешения от частоты преобразования, какой у вас АЦП?

обратите внимание на время установления (Settling Time) в зависимости от разрешения

ADS1291, собираюсь использовать не по прямому назначению, а как АЦП + усилитель с программиремым Ку (PGA).




Этих данныъ там нет, но меня уже смутило там другое - при 4в питании и семпле 8кгц указана полоса по -3дБ не 4 а 2кГц, значит коммутировать входы я смогу не на 2 а только на 1кГц, но шумы при этом - указано что ENOB всего 12 бит.
Я просмотрел все таблицы, в лучшем слчае там ENOB=20бит, нахрена тогда писать что АЦП 24-х битный?!

Еще я рассматривал ADS1271 - у него в High Resolution Mode 54ks/s, и Setting Time = 74/Fdata, это 1.3мс получается? Тоже не подойдет.

Да блин, тут тоже засада. Может посоветуете какой другой АЦП? Мне надо 8 каналов (вход АЦП нужен один, т.к. коммутатор уже есть в источнике сигнала), полоса интереса 100-200гц по каждлму каналу, не менее 18-20 бит, PGA было бы неплохо, в крайнем случае отдельно поставлю. Желательно 3-х вольтовое питание и не прожорливость (питание от батарейки).

P.S. Спасибо, что Вы меня вовремя остановили от 1291!

ad7175-2 see tables 19 - 22. А прожорливость и скорость связаны.

придется ставить несколько АЦП
посмотрите у AD
можно еще подумать над 16-18 битными SAR и передискретизацией

но не напрямую, прожорливость ad7175-2, ad7763, и ad7767 при похожих параметрах отличаются очень даже, правда ad7763 побыстрее остальных конечно, но потребление 1Вт против 15мВт ad7767, хотя он и сигма-дельта весьма условная.

а вместо ADS1291 кроме ad7175-2 можно еще попробовать тот же ad7767, или самому то же самое из АДшных pulSARов с последующим ручным оверсэмплингом сделать, как _Vova посоветовал.
а чтобы хорошо по шумам было и с pga встроенным и мультиплексором можно медленные сигма-дельта посмотреть, ad7193/4 не успеют пожалуй, 4800 / 8 каналов / 3..4 settling = 150..200Гц всего а полоса - Fs/3, а вот пары 4х канальных ad7191 может и хватит по быстродействию. правда там на максимальной частоте шумы немного непропорционально полосе расти начинают.

Посмотрите AD7192, мне нравится (уже много их установил в разных конструкциях, мнение не изменилось). Есть шикарные вкусности в виде раздельных питаний аналога и цифры (если датчик, к примеру, 5-вольтовый а процессор 3.3) и дискретные выходы с уровнями напряжением аналогового питания (для того же случая, управление датчиками).
При "SINC4 CHOP ENABLED" (мой любимый режим) и Settling time 8.33 ms (Ваш случай) и Gain до 16, обещают разрешение (Peak-to-Peak Resolution, оно же noise-free resolution) 18.5 бита.

Upd: Прошу извинить, не заметил что Вам нужно по каждому из 8 каналов такой семплрейт. тогда:
SINC4 CHOP DISABLED (t=0.83 ms) : 16.5 bit
Но если Вы не Peak-to-Peak Resolution, а все-таки Effective Resolution 18-20 бит хотите, то это не 16.5, а 19 бит.


Гляньте игрушки типа ADS1278, правда греется он сильно при работе.

Это подойдет, спасибо.
Прожорливость в норме

Только мог бы кто на пальцах обьяснить - что такое Peak-to-Peak Resolution?
Что такое Effetive Resolution - понятно, это ENOB.



Несколько АЦП не выход, разве что с S/H - мне нужен один вход, т.к. сигнал поступает УЖЕ мультиплексированный (но управляю мультиплексором я).

p-p это 6 сигм,
соответственно в 6 раз меньше enoba который 1 сигма, или на 2.6 разряда.
несколько медленных АЦП это выход, если можно interleaving делать, но не с сигма-дельтой, которая долго, много раз сэмплит вход.