Signalaufbereitung für ADC / OpAmp auswahl

[stingray05]

Hallo Forum,

Ich möchte ein NF Signal so aufbereiten das dieses vom ADC verarbeitet werden kann.
Signal: 30 - 400Hz
Amplitude kann von 1mVpp bis etwa 20mVpp schwanken
ADC = Teensy 3.2 ,13 Bit, auflösung 0,4mV.
Theoretisch könnte der ADC für den Bereich von 0 V bis 3.3V, 8250 Amplitudenstufen erzeugen.

Vom Signal wird nur die höhe der positiven Amplitude benötigt.

Ich hab mich dazu mit Opamp Grundschaltungen und aktiven Präzisionsgleichrichtern samt simulation
in LTSpice mit LM324 beschäftigt (siehe Anhang).

Die Schaltungen finden sich auch hier (Bild 2 + 3) KLICK

Anstelle Gleichrichtung wäre zwar auch eine Vorspannung von 0,5x Ub für den ADC denkbar, hat aber den
Nachteil das 1 Bit auflösung verloren gehen - daher eher Gleichrichtung.
Also Verstärken (ggfs Filtern) = > aktiv Gleichrichten => ADC

Damit der ADC später überhaupt auch den ursprünglichen 1mV Bereich mit einer vernünftigen Menge an Abtastpunkten / Amplitudenstufen messen kann, müsste das Eingangssignal schon vor der Gleichrichtung um einen
recht hohen Faktor verstärkt werden (zB mit Faktor 100 von 1mV auf 100mV...).

Verstärken vor allem auch weil die Gleichrichtung sonst bei sehr kleinen Spannungen schnell an Ihre Grenzen kommt was auch die Spice simulationen zeigen.

Unverstärkt ergäben 1mV am ADC sonst nur 2.5 Abtastpunkte...

Der Opamp für die Gleichrichtung müsste zB bei einer Verstärkung von 165 an seinen Eingängen dann
Spannungen von +- 165mV bis +-3.3V vertragen können...

Die Frage ist welchen Rail to Rail OpAmp nimmt man da am besten für die aktive Gleichrichtung ?
Oder hat vielleicht jemand noch bessere Lösungen ?

[Doc_Arduino]

Hallo,

die Auswahl ist riesig. Ich würde einen nicht arg zu schnellen auswählen. Heißt Slewrate kleiner 10V/µs. Auch würde ich einen modernen wählen der kein Phase Reversal hat. Am Eingang hast ja viel Luft. Bedeutet der Eingang muss nicht Rail to Rail sein. Der Ausgang und Rückkopplungseingang sollten nahe Rail to Rail sein. Das kannst du aber mittels Verstärkungsfaktor oder höherer Versorgungsspannung ausgleichen. Deine Versorgungsspannung muss sowieso symmetrisch sein. Du legst schließlich Wechselspannung an den Eingang. Aus dem Stehgreif vielleicht ein TI OPA191. Weiß aber nicht wie der auf deine kapazitive Last reagiert. Falls hier niemand konkrete Empfehlungen geben kann, kannst ja noch etwas warten, dann stell die Frage nochmal im Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik - Mikrocontroller.net. Gut vorbereitet bekommste dort gute Antworten. So wie hier ist das gut vorbereitet.

[stingray05]

Hi Doc _Arduino,

erstmal vielen Dank für die Info !

kapazitive Last ?- Aber nur in Schaltung 1, die geht leider in die negative Sättigung ... Schaltung 2 nicht, die kommt auch ganz ohne C aus.

Ich hätte noch dazu schreiben sollen das ich nen passenden OpAmp für single supply Betrieb suche der das kann...

Das war den verlinkten Schaltungen so leider nicht zu entnehmen - hat man wohl vorausgesetzt.
War mir als OPV Neuling aber nicht klar... zumal die Spice Simulation ja auch mit single supply Betrieb weitgehend passende Signalformen anzeigt (sogar beim LM324)...
Doofe Falle...

Aber so wie ich dich verstanden habe geht da ohne symmetrische Versorgung gar nix ?

Also brauchts zusätzlich noch nen Opamp für die symetrische Versorgung der aktiven Gleichrichtung...
Welchen Opamp, und welche Schaltung (einfacher Spannungsteiler mit nachgeschaltetem Impedanzwandler ?) nimmt man denn dafür am besten ?

Grüsse

[DrDiettrich]

Siehe OpAmp als Summierer. Du addierst die gewünschte (mittlere) Ausgangsspannung zum positiven Eingang, ein zweiter OpAmp ist überflüssig so lange der Innenwiderstand der Signalquelle nicht zu hoch ist. Bei Ankopplung des Signals über einen Kondensator (Hochpass) wird jeder Gleichspannungsanteil des Signals abgeblockt, man muß sich über das Verhältnis der addierten Spannungen keinen Kopf mehr machen.

[Doc_Arduino]

Hallo,

Summierer ist eine gute Idee. Damit fällt auch die erforderliche symetrische Ub weg. Ansonsten habe ich nochwas für die Gleichrichtung rausgekramt. Auch wenn es vielleicht nicht mehr gebraucht wird. Die restlichen Seiten sind gelöscht, wird sonst zu groß. Es geht ums Kapitel Non-Linear Circuits.

Für den Summierer sollte ein ST TSZ182 ausreichend sein.
Ein AD8531 verträgt etwas Last am Ausgang, hat dafür ein größeres Offset.
Ein AD8601 sollte auch passend sein.

Der Rest ist Forscherdrang und Bastelspaß.

TI Cookbook.zip (1.86 MB)

[stingray05]

Hi zusammen,

erstmal vielen Dank für Eure Antworten !

Denke ich muss mal etwas weiter ausholen um zu erklären was ich vor habe:

Es geht um eine Saiten Anschlagserkennung an einem E Bass.
Der Bass hat dafür einen Tonabnehmer der jede Saite einzeln ausgibt.

Wenn ein Saitenanschlag erfolgt soll der ADC die Amplitudenhöhe (Spitzenwerterkennung) messen (und merken). Es wird nur die positive Halbwelle vom Signal benötigt.
Wenn das so funktioniert lassen sich diese Werte als Schwellwerte einsetzen um zB Midi NoteOn / Off auszulösen.

Der ADC selbst ist ein Teensy 3.2, läuft mit 3.3V, 13Bit (Auflösung 0.4mV)
Die ADC Geschwindigkeit soll bei bis zu 632000 samples/s liegen.

Messungen mit Oszi direkt am Tonabnehmer ergaben für das Rohsignal Spannungen im Bereich von 1mVpp bis 20 mvpp.

Soweit ich weiß gibts zur Signalaufbereitung wohl 2 Lösungsansätze :
verstärken => gleichrichten => auswerten mit ADC - O D E R
verstärken => und mit 0,5x Ub Vorspannung direkt auf den ADC.
Mir wäre die erste Lösung lieber da man dort nicht schon einen Teil der ADC Auflösung verliert.

@ Dr.Diettrich:
Was mir in dem zusammenhang ein Summierer bringen könnte ist mir im Moment noch nicht so ganz klar...
Oder meintest den Summierer für das Erzeugen der symmetrischen Spannung ?

Das Rohsignal könnte für ADC Vollaussteuerung höchstens um einen Faktor 165 (in der Praxis vielleicht eher 160) verstärkt werden damit der Gleichrichter einerseits genügend Futter bekommt, andrerseits damit der ADC noch genügend Abtastpunkte für das ehemaligen 1mVpp Signal (jetzt 165mVpp) erzeugen kann...

Bedeutet dann aber auch das der Opamp für die Gleichrichtung schon am Eingang +- 165mVpp bis +- 3.3V vertragen müsste...
Genau an dieser Stelle stehe ich bei der Bauteilauswahl als OpAmp Newbie so richtig auf dem Schlauch...

BTW:
Die Opamps würde ich dann mit +- 5V symmetrisch versorgen wollen (nicht mehr als single supply wie ursprünglich beabsichtigt).

Hatte die Tage noch von einem R2R Opamp gelesen der zwar single supply versorgt wird, intern aber symmetrische Spannungen verwendet - finde den Artikel leider nicht mehr...

[Doc_Arduino]

Hallo Ralf,

dachtest wohl ich bekomme das nicht mit? Ich finde das ganz schön frech.
26h nachdem der erste Thread aktiver Halbwellen Gleichrichter - Mikrocontroller.net schon angelaufen war hier noch einen aufzumachen.
Und ich Blödmann suche noch eine Doku für dich raus und kürze die passend zusammen. Vielen Dank auch.