Conversione analogico digitale

[Camillo80]

Buongiorno a tutti,

 

vorrei sottoporre un quesito riguardo la conversione analogicvo digitale della quale sono parecchio digiuno.

 

Avrei la necessità di manipolare il valore di tensione presente ai capi di un potenzimetro con grande accuratezza.

 

Per questo scopo ho pensato di utilizzare un microcontrollore. Purtroppo il microcontrollore di cui dispongo possiede un adc da "soli" 10bit.

 

Per la mia applicazione devo poter gestire 325000 valori della tensione applicata al potenziometro percui ,pensavo di impegare un convertitore esterno al micro.

 

I quesiti che mi pongo sono numerosi, tra i quali :

 

1) E' possibile poter dividere 5v (tensione di riferimento adc) per 325000 con affidabilità ?

 

2) E' possibile gestire una tensione di ingresso all'adc che parta da 0 , o è necessario un valore minimo ad esempio 1v ?

 

Grazie per qualsiasi suggerimento.

 

Camillo

 

 

[gabri-z]

Ma il potenziometro , l'hai scelto ?

[patatino59]

Probabilmente è piu semplice utilizzare un encoder rotativo e contare gli impulsi in avanti e indietro.

A maggior ragione se il potenziometro è già montato su un circuito da controllare.

Quale sarebbe l'applicazione ? (Non spieghi molto...)

 

[gabri-z]

Non sarebbe rispecchiata la tensione, ma l'angolo....

[Camillo80]

Ciao,

 

si, l'applicazione è quella di misurare la variazione angolare di un albero. L'idea del potenziometro deriva dal fatto che un encoder con questa risoluzione è estremamente costoso.

Dividendo una tensione di riferimento di 5v per la risoluzione richista , otteniamo valori di uV. Questo mi lascia perplesso.

 

Secondo Voi è fattibile ?

 

Ciao

Camillo

 

 

 

[Livio Orsini]

Avresti bisogno di un convertitore A/D 20 bits di conversione o, comunque > 18 bit per poter avere 325000 conteggi.

Un  20 bits senza segno da 1.048.576 livelli di conversione, con segno 524.288 conteggi.

Partire da zero è normale, tutti i gli A/D lo possono fare.

Ci sono in commercio convertitori con questa risoluzione con interfaccia SPI e/o I2C che sono comodissimi specie se non necessiti di conversioni superveloci.

Il problema maggiore, secondo me, sono i livelli di rumore e la granularità del potenziometro.

5 V quantizzato su 524.288 livelli significa avere un quanto minimo pari a 9,5367µV che è un segnale che necessita di estrema accuratezza di trattamento: colegamenti accuratissimi, schermati molto bene, alimentazioni estremamente pulite, layout molto ben progettato e curato.

inoltre l'alimentazione del potenziometro, oltre dover essere particolarmente curata come pulizia dovrà essere estremamente stabile con drive dovute alla temperatura ed al tempo quasi nulle.

Anche il potenziometro dovrà essere ad altissima stabilità e con una risoluzione elevatissima, altrimenti anche uno spostamento minimo darà variazioni più abbondanti della risoluzione.

 

Tutto questo non è gratuito, anzi è costosissimo.

Se fai bene i conti ti accorgi che un encoder non ticosterebbe di più, offrendoti una facilità di interfaccia ed una stabilità molto maggiori della soluzione analogica.

 

Tieni presente che un vecchio teorema empirico pone il limite della precisione conveniente di un dispositivo analogico nell'intorno di 1/10⁴ oltre i costi salgono in modo esponenziale.

[gabri-z]

Non per niente ho domandato se avesse già scelto il potenziometro

[Camillo80]

Buonasera e grazie per le risposte.

 

In effetti il timore principale è dato dalla estrema purezza dei segnali in gioco necessari.

 

Il potenziometro l'ho acquistato ma non ricordo nè la marca nè il modello (è passato un pò di tempo). Posso dire di averlo pagato circa 40 euro. Monogiro. Se non ricordo male 5K.

E' un test che vorrei comunque portare avanti.

 

Mi sarebbe piaciuto utilizzare il convertitore del microcontrollore (parte del circuito) ma con solo 10bit faccio ben poco. Qualcuno sà diremi se è possibile cumulare le letture di un adc ?

Cioè, se fosse possibile convertire una porzione di giro , ad esempio da 0 a 0,5v , poi al superamento di questa tensione eseguire una nuova conversione( per i successivi 0,5v) e sommarla alla precedente e così via.  Probabilmente però andrei ad aggiungere problemi....

 

Potete suggerirmi dei convertitori da 20bit semplici , magari PDIP da poter montare su zoccolo per fare qualche prova ?

 

Camillo

[dott.cicala]

Quote

9,5367µV

A livello statistico la fluttuazione del rumore termico in una resistenza a strato metallico e nell'intorno di +/-10 µV, figuriamoci in un potenziometro anche di buona qualità. Oltretutto lo spettro di rumore è funzione della temperatura  SV(f) = 4 kT R

Ammettendo, per assurdo, che il potenziometro sia la sola fonte di rumore, è già sufficiente per definire che un tale progetto sia destinato al fallimento. Se poi aggiungiamo il rumore generato dal AD, è un fallimento certo.

 

Consiglio l'uso di un encoder con uscita htl o ttl 2048 impulsi x 2048 giri

 

Un AD a 20bit in case pdip.....mai visto

 

Correggetemi se sbaglio

 

[Camillo80]

1. Buonasera Dott Cicala,

 

quale è il principio di funzionamento di questo encoder ?

 

Grazie

Camillo

[dott.cicala]

Esistono molti tipi di rotary encoder:

 

Incrementali, assoluti, single turn, multi turn

 

per ogni tipo di encoder esistono vari tipi di interfaccia.

 

Tutti si basano sul principio dell'encoder ottico

 

 

Per capire quale sia quello più adatto alla tua applicazione, sarebbe necessario conoscere l'applicazione stessa.

 

Potrebbe essere che ti basti un encoder incrementale da 60 impulsi giro con traccia di zero  e uscite ttl.

L' interfacciamento con un micro si ridurrebbe a 3 ingressi e si tratterebbe solo di contare gli impulsi con le tracce A/B e i giri con la traccia Z.

 

Gli encoder assoluti sono un po' più complessi

in ogni caso un 25bit multi turn può contare fino a 33.554.432

L'impiego di questo tipo di encoder abbinati ad mcu richiede la capacità di gestirsi il protocollo di comunicazione.

Qui ad esempio c'è un EnDat molto usato in ambito industriale in abbinamento a plc

 

(fonte HEIDENHAIN)

 

[Livio Orsini]

Quote

Correggetemi se sbaglio

 

Oramai ne trovi tranquillamente anche oltre i 24 bits; quello che tende a sparire invece sono i contenitori DIP.

In quanto al rumore termico, pur essendo vero quello che scrivi, esistono tecniche circuitali per ridurlo. Se producono convertitore A/D con risoluzione >= a 24 bits, in genere son dei sigma-delta, significa che vengono impiegati.

[Nik-nak]

Hai valutato la possibità di usare di usare degli appositi ic magnetici di posizione angolare?

Melexis e Ams producono diversi di questi ic:

 

http://www.melexis.com/Position--Speed-Sensors/Triaxis®-Hall-ICs/MLX90316-566.aspx

 

http://ams.com/eng/Products/Magnetic-Position-Sensors?gclid=CMbg5M-P2swCFTUW0wodGAUImg

[Camillo80]

Ciao Nik-nak, gli ic magnetici di cui parli sono interessanti ma sembrano avere poca risoluzione....

 

Per il Dott. Cicala, grazie per le info tuttavia , quello che mi lascia perplesso è il concetto di "multiturn". Devo misurare la posizione angolare di un albero che  esegue 1 solo giro 0-360 , poi torna indietro, con risoluzione di 4 arcosecondi (1arcsec = 1°/3600).

 

Utilizzare un encoder che , per poter esprimere tutta la sua risoluzione , deve fare più di un giro vorrebbe dire non poterlo calettare 1:1 con l'albero ma usare una riduzione con tutti gli svantaggi e le problematiche del caso.

 

Comunque , qualcuno ha un'idea del costo di un encoder simile ?

 

Grazie

 

Camillo

[Livio Orsini]

Scusa ma non potresti spiegare l'applicazione finale o è forse un segreto militare?

sapendo perchè è necessaria la misura angolare si potrebbe anche ipotizzare un'eventuale solozion e ottimale.

[Camillo80]

Non sò se posso dire....devo chiedere prima al Generale...

[Vicus]

Più che altro andrebbe spiegato perché serve dividere i 360° di rotazione proprio in 325000.

[dott.cicala]

Quote

perché serve dividere i 360° di rotazione proprio in 325000.

 

4arcsec = 4°/3600

4/3600    =   360/325000  = 0,0011

[Livio Orsini]

Quote

Non sò se posso dire....

 

A me sembra un po' uno spirito fuori luogo.

Segreti su ste cose non ce ne sono più.

in fin dei conti sei tu quello che ha bisogno di notizie non noi.

[dott.cicala]

Come minimo dovrebbe essere resa nota la velocità angolare, altrimenti stiamo solo scherzando.

 

Poi, la richiesta di un ADC a 20 e passa bit in case pdip, già da l'idea che stiamo scherzando.

 

Un circuito con componenti tradizionali, oltretutto montando l'ipotetico ADC su zoccolo plastico, non potranno mai essere silenziosi quanto necessario allo scopo. Infatti mi riferivo proprio al case PDIP in precedenza.

 

Tutti i DAC che ho usato con risoluzione sopra i 16bit sono sempre stati in case SOIC.

 

Per meno di 10€ si può reperire LTC2400  che è appunto un sigma-delta a 24bit.

 

Se però si consulta il suo datasheet, tra le tante info balza all'occhio il Full-Scale Error vs Reference Voltage che raggiunge valori fra i 5 e i 10uV.

 

Ma la prova che si sta scherzando è data dall'immaginare che un potenziometro possa fornire variazioni apprezzabili per rotazioni di 0.0011°

 

Al "Generale", rimanendo in un contesto goliardico, suggerirei di "non sparar min_chiate" 

 

[Livio Orsini]

Quote

Se però si consulta il suo datasheet, tra le tante info balza all'occhio il Full-Scale Error vs Reference Voltage che raggiunge valori fra i 5 e i 10uV

 

Stefano, in linea puramente teorica si trovano anche A/D che permettono errori minori. Però come ho messo in evidenza da subito c'è il problema della tensione di riferimento.

Ogni variazione di questo valore fatalmente comporta un errore di conversione.

In quanto al contenitore DIP di per se non sarebbe un ostacolo, certo non è nemmeno ipotizzabile di usarlo su zoccolo se non per realizzare una specie di bread board su cui "sgrossare" l'applicazione.

 

Non so se sei sufficientemente anziano da aver usato i voltmentri differenziali a decadi della Flucke, con quelli si arrivava a risoluzioni anche maggiori, però se lo aprivi capivi la ragione del volume notevole. la maggior parte dello spazio era occupato dal circuito di riferimento di tensione che ra praticamente uno standard secondario di tensione.

[dott.cicala]

Quote

Non so se sei sufficientemente anziano da aver usato i voltmentri differenziali a decadi della Flucke,

Non ho avuto il piacere, li ho visti solo sul tubo

Ho cominciato a lavorare quando la famiglia 74ls...era già obsoleta da una quindicina d'anni.....

 

ADC a parte..... nutro più dubbi sul potenziometro da 40€ che sul resto....leggendo tra le righe....mi torna in mente un cartone animato

 

[Camillo80]

Certo, la domanda del case PDIP è dettata dal fatto di voler approntare un prototipo.

 

Resto dell'opinione che l'ostacolo maggiore è rappresentato dalla tensione massima "convertibile" dall'adc.

 

Camillo

[dott.cicala]

 sei troppo ottimista!

 

Con un pot da 5k - 360° apprezzare 0.0011° significa 0.01527 ohm....e che sia lineare e ripetibile

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[gabri-z]

E ripeto ... , non per niente ho domandato se ha scelto il potenziometro ......

Possiamo sapere le sue caratteristiche ?