TL431 an VREF v. RP2040...

[Peter Heitzer]

Reicht eine stinknormale TL431 aus, um bei dem Original RP2040 Modul die
ADC Genauigkeit für ratiometrische Messungen (Poti oder Spannungsteiler mit
NTC) ggü. der Standardbeschaltung zu verbessern?
Wieviel Bits kann ich erwarten?

--
Dipl.-Inform(FH) Peter Heitzer, peter.heitzer@rz.uni-regensburg.de

 

[Wolfgang Martens]

Am Mo.,26.06.23 um 10:27 schrieb Peter Heitzer:

Reicht eine stinknormale TL431 aus, um bei dem Original RP2040
Modul die ADC Genauigkeit für ratiometrische Messungen (Poti oder
Spannungsteiler mit NTC) ggü. der Standardbeschaltung zu
verbessern? Wieviel Bits kann ich erwarten?

Reicht bei ratiometrischen Messungen nicht ein RC Filter an Pin 43?
Besonders toll ist der 12bit ADC wohl nicht, siehe 4.9.4
https://datasheets.raspberrypi.com/rp2040/rp2040-datasheet.pdf

 

[Peter Heitzer]

Wolfgang Martens <na3506b2013@t-online.de> wrote:

Am Mo.,26.06.23 um 10:27 schrieb Peter Heitzer:
Reicht eine stinknormale TL431 aus, um bei dem Original RP2040
Modul die ADC Genauigkeit für ratiometrische Messungen (Poti oder
Spannungsteiler mit NTC) ggü. der Standardbeschaltung zu
verbessern? Wieviel Bits kann ich erwarten?

Reicht bei ratiometrischen Messungen nicht ein RC Filter an Pin 43?
Besonders toll ist der 12bit ADC wohl nicht, siehe 4.9.4
https://datasheets.raspberrypi.com/rp2040/rp2040-datasheet.pdf

An Pin 43 komme ich über die seitlichen Pins nicht ran, wohl aber an
ADC_VREF. TL431 wäre halt billig und vorhanden. 10 Bit würden vmtl.
reichen; die Standardbeschaltung bringt es AFAIK nur auf knapp 9.


--
Dipl.-Inform(FH) Peter Heitzer, peter.heitzer@rz.uni-regensburg.de

 

[Marte Schwarz]

Hi Peter,

Reicht eine stinknormale TL431 aus, um bei dem Original RP2040 Modul die
ADC Genauigkeit für ratiometrische Messungen (Poti oder Spannungsteiler mit
NTC) ggü. der Standardbeschaltung zu verbessern?

Wie kommst Du auf die Idee, dass die Genauigkeit für ratiometrische
Messungen durch eine Referenzspannung verbessert werden könnte, wenn der
Baustein doch gar keinen Referenzspannungseingang vorsieht und schlimmer
noch, der Fehler durch die Nichtlinearität des Chipdesigns verursacht wird?
Vergiss es, dem Wandler willst Du nicht mehr als 8 Bit abnehmen. Wenn Du
genau weißt, wie es um Dein Exemplar bestellt ist, kannst Du vielleicht
was reißen, indem Du die fraglichen Nichtlinearitäten auszugleichen
verstehst. Die Summe der Konjunktive ist aber hier schon eine klare
Absage an den Messtechniker, der hier ernsthaft etwas nutzen mag.

Wenn man wenigstens bei Fig. 116 & 117 mitgeteilt hätte, wie die Zahlen
zustande gekommen wären ... Mir sieht das sehr nach \"broken by design\"
aus. Das musste sehr schnell gehen, da hat man nur voarab grob simuliert
und dann keinen Korrekturzyklus mehr machen wollen. Der Text rund um
Fig. 116 und Fig. 117 spricht ja Bände ;-)
Da ist im DAC bei Bit 9 gehörig etwas daneben gegangen. 512 kann das
Teil wohl einigermaßen gut zählen, aber dann setzts aus. Die
\"Entschuldigung\", dass das ja die kleinen Kapazitäten beträfe, gilt
nicht. Die kleinen Bits gehen ja wieder ganz manierlich. Fig 117 zeigt
das recht gut. Der Sprung bei 2048 und auch der sichtbare Sprung an 3072
würde ich in Fig. 117 auch sichtbarer erwarten. Fazit: Denen glaub ich
nicht und würde dem ADC, jenseits der 8 Bit in einem der sauberen
Bereiche (also nicht Fullscale betreiben!), nicht über den Weg trauen.

Bei den AVR-µCs kann man den ADC auf kleinere Auflösungen konfigurieren.
Da könnte man den Bug wegrationalisieren und wenigstens 9 Bit sinnvoll
nutzen und dann ggf durch Oversampling noch was gut machen, wenn man die
Geschwindigkeit nicht unbedingt braucht. Das geht hier aber ins Leere.

> Wieviel Bits kann ich erwarten?

8. Wenn Du mehr brauchst, nimm einen exteren ADC.

Marte

 

[Peter Heitzer]

Marte Schwarz <marte.schwarz@gmx.de> wrote:

Hi Peter,
Reicht eine stinknormale TL431 aus, um bei dem Original RP2040 Modul die
ADC Genauigkeit für ratiometrische Messungen (Poti oder Spannungsteiler mit
NTC) ggü. der Standardbeschaltung zu verbessern?

Wie kommst Du auf die Idee, dass die Genauigkeit für ratiometrische
Messungen durch eine Referenzspannung verbessert werden könnte, wenn der
Baustein doch gar keinen Referenzspannungseingang vorsieht und schlimmer
noch, der Fehler durch die Nichtlinearität des Chipdesigns verursacht wird?

Im Pico Datasheet unter 4.3 steht
<zitat>
For much improved ADC performance, an external 3.0V shunt reference, such as LM4040, can be connected from the
ADC_VREF pin to ground. Note that if doing this the ADC range is limited to 0-3.0V signals (rather than 0-3.3V), and the
shunt reference will draw continuous current through the 200Ω filter resistor (3.3V-3.0V)/200 = ~1.5mA.
</zitat>
Dem entnehme ich, daß eine externe Referenz eine Verbesserung brächte.

--
Dipl.-Inform(FH) Peter Heitzer, peter.heitzer@rz.uni-regensburg.de

 

[Wolfgang Martens]

Am Mo.,26.06.23 um 14:38 schrieb Peter Heitzer:

Reicht eine stinknormale TL431 aus, um bei dem Original RP2040
Modul die ADC Genauigkeit für ratiometrische Messungen (Poti
oder Spannungsteiler mit NTC) ggü. der Standardbeschaltung zu
verbessern? Wieviel Bits kann ich erwarten?

Reicht bei ratiometrischen Messungen nicht ein RC Filter an Pin
43? Besonders toll ist der 12bit ADC wohl nicht, siehe 4.9.4
https://datasheets.raspberrypi.com/rp2040/rp2040-datasheet.pdf
An Pin 43 komme ich über die seitlichen Pins nicht ran, wohl aber
an ADC_VREF. TL431 wäre halt billig und vorhanden. 10 Bit würden
vmtl. reichen; die Standardbeschaltung bringt es AFAIK nur auf
knapp 9.

Welcher Pin ist ADC_VREF? Ich finde den nicht im Datenblatt.
Ist mein Datenblattlink falsch?

 

[Peter Heitzer]

Wolfgang Martens <na3506b2013@t-online.de> wrote:

Am Mo.,26.06.23 um 14:38 schrieb Peter Heitzer:

Reicht eine stinknormale TL431 aus, um bei dem Original RP2040
Modul die ADC Genauigkeit für ratiometrische Messungen (Poti
oder Spannungsteiler mit NTC) ggü. der Standardbeschaltung zu
verbessern? Wieviel Bits kann ich erwarten?

Reicht bei ratiometrischen Messungen nicht ein RC Filter an Pin
43? Besonders toll ist der 12bit ADC wohl nicht, siehe 4.9.4
https://datasheets.raspberrypi.com/rp2040/rp2040-datasheet.pdf
An Pin 43 komme ich über die seitlichen Pins nicht ran, wohl aber
an ADC_VREF. TL431 wäre halt billig und vorhanden. 10 Bit würden
vmtl. reichen; die Standardbeschaltung bringt es AFAIK nur auf
knapp 9.

Welcher Pin ist ADC_VREF? Ich finde den nicht im Datenblatt.
Ist mein Datenblattlink falsch?

Du brauchst das Datenblatt für das fertige Board:
https://datasheets.raspberrypi.com/pico/pico-datasheet.pdf


--
Dipl.-Inform(FH) Peter Heitzer, peter.heitzer@rz.uni-regensburg.de

 

[Helmut Schellong]

On 06/26/2023 16:25, Peter Heitzer wrote:

Marte Schwarz <marte.schwarz@gmx.de> wrote:
Hi Peter,
Reicht eine stinknormale TL431 aus, um bei dem Original RP2040 Modul die
ADC Genauigkeit für ratiometrische Messungen (Poti oder Spannungsteiler mit
NTC) ggü. der Standardbeschaltung zu verbessern?

Wie kommst Du auf die Idee, dass die Genauigkeit für ratiometrische
Messungen durch eine Referenzspannung verbessert werden könnte, wenn der
Baustein doch gar keinen Referenzspannungseingang vorsieht und schlimmer
noch, der Fehler durch die Nichtlinearität des Chipdesigns verursacht wird?
Im Pico Datasheet unter 4.3 steht
zitat
For much improved ADC performance, an external 3.0V shunt reference, such as LM4040, can be connected from the
ADC_VREF pin to ground. Note that if doing this the ADC range is limited to 0-3.0V signals (rather than 0-3.3V), and the
shunt reference will draw continuous current through the 200Ω filter resistor (3.3V-3.0V)/200 = ~1.5mA.
/zitat
Dem entnehme ich, daß eine externe Referenz eine Verbesserung brächte.

Welche Verbesserung genau?

\'much improved ADC performance\' sagt mir eigentlich nichts.


--
Mit freundlichen Grüßen
Helmut Schellong var@schellong.biz
http://www.schellong.de/c.htm http://www.schellong.de/c2x.htm http://www.schellong.de/c_padding_bits.htm
http://www.schellong.de/htm/bishmnk.htm http://www.schellong.de/htm/rpar.bish.html http://www.schellong.de/htm/sieger.bish.html
http://www.schellong.de/htm/audio_proj.htm http://www.schellong.de/htm/audio_unsinn.htm http://www.schellong.de/htm/tuner.htm
http://www.schellong.de/htm/string.htm http://www.schellong.de/htm/string.c.html http://www.schellong.de/htm/deutsche_bahn.htm
http://www.schellong.de/htm/schaltungen.htm http://www.schellong.de/htm/math87.htm http://www.schellong.de/htm/dragon.c.html

 

[Wolfgang Martens]

Am Mo.,26.06.23 um 14:38 schrieb Peter Heitzer:

Reicht eine stinknormale TL431 aus, um bei dem Original RP2040
Modul die ADC Genauigkeit für ratiometrische Messungen (Poti
oder Spannungsteiler mit NTC) ggü. der Standardbeschaltung zu
verbessern? Wieviel Bits kann ich erwarten?

Reicht bei ratiometrischen Messungen nicht ein RC Filter an Pin
43? Besonders toll ist der 12bit ADC wohl nicht, siehe 4.9.4
https://datasheets.raspberrypi.com/rp2040/rp2040-datasheet.pdf
An Pin 43 komme ich über die seitlichen Pins nicht ran, wohl aber
an ADC_VREF. TL431 wäre halt billig und vorhanden. 10 Bit würden
vmtl. reichen; die Standardbeschaltung bringt es AFAIK nur auf
knapp 9.

Von Pico war bisher nicht die Rede.
https://datasheets.raspberrypi.com/pico/pico-datasheet.pdf
Auf Seite 24 sieht man, dass Pin43 praktisch ADC_VREF ist und ein 200R
2µ2 Filter schon drin ist.
Wenn der NTC Spannungsteiler mit ADC_VREF gespeist wird, bringt eine
Shuntreferenz keine Verbesserung, weil es ja eine ratiometrische
Messung ist.

 

[Rolf Bombach]

Wolfgang Martens schrieb:

Am Mo.,26.06.23 um 14:38 schrieb Peter Heitzer:

Reicht eine stinknormale TL431 aus, um bei dem Original RP2040 Modul die ADC Genauigkeit für ratiometrische Messungen (Poti
oder Spannungsteiler mit NTC) ggü. der Standardbeschaltung zu verbessern? Wieviel Bits kann ich erwarten?

Ich kenne dich nicht. Du kannst 16-24 bit erwarten, plus parity, sign und 1.5 Stopbits
Werden aber nicht kommen. Hoffe ich. Soviel ich gehört habe, hält
sich die Begeisterung über in Himbeeren eingebaute ADC in Grenzen.
Vielleicht Brückenschaltung mit zwei NTC, dann hat man doppelt
so viel Signal.

Reicht bei ratiometrischen Messungen nicht ein RC Filter an Pin
43? Besonders toll ist der 12bit ADC wohl nicht, siehe 4.9.4 https://datasheets.raspberrypi.com/rp2040/rp2040-datasheet.pdf
An Pin 43 komme ich über die seitlichen Pins nicht ran, wohl aber
an ADC_VREF. TL431 wäre halt billig und vorhanden. 10 Bit würden
vmtl. reichen; die Standardbeschaltung bringt es AFAIK nur auf
knapp 9.
Von Pico war bisher nicht die Rede.
https://datasheets.raspberrypi.com/pico/pico-datasheet.pdf
Auf Seite 24 sieht man, dass Pin43 praktisch ADC_VREF ist und ein 200R
2µ2 Filter schon drin ist.
Wenn der NTC Spannungsteiler mit ADC_VREF gespeist wird, bringt eine
Shuntreferenz keine Verbesserung, weil es ja eine ratiometrische
Messung ist.

Die 3V3 kommen ja von einem Schaltwandler. Und improved ripple ist
immer noch ripple. Und auch mit 200R/1R/2u2 wird es noch wackeln.
NTC klingt nach externem Sensor, der hat auch Kapazität gegen Masse,
Phasenverschiebung, etc blafasel, schon hat man zusätzlichen Ärger.

Dreckeffekte summieren sich immer zu deinen Ungunsten.

Vielleicht hilft die konstante Spannung mit Shuntregler auch, die
Verlustleistung im NTC konstant zu halten.
Andererseits:
- Kleine Effekte kompensieren zu wollen während andere
grössere die Lage beherrschen, bringt nichts.
- Verbesserungen können die Situation auch verschlimmern :-]
gerade wenn \"HF\" rumsifft.

Bei einem externen ADC kann man eventuell auch den Skalenbereich
besser einengen. Das bringt dann mehr Bit für das Nutzsignal.

--
mfg Rolf Bombach

 

[Rolf Bombach]

Helmut Schellong schrieb:

zitat
For much improved ADC performance, an external 3.0V shunt reference, such as LM4040, can be connected from the
ADC_VREF pin to ground. Note that if doing this the ADC range is limited to 0-3.0V signals (rather than 0-3.3V), and the
shunt reference will draw continuous current through the 200Ω filter resistor (3.3V-3.0V)/200 = ~1.5mA.
/zitat
Dem entnehme ich, daß eine externe Referenz eine Verbesserung brächte.


Welche Verbesserung genau?

\'much improved ADC performance\' sagt mir eigentlich nichts.

Handwaving argument. Die performance des ADCs wird ja nicht besser,
man versorgt ihn aber mit einer ripplefreien konstanten Referenz.
Dadurch wird die Wandlung insgesamt genauer und stabiler. Möglicherweise.
Mit sehr wenig Bits und Downsampling/Überabtastung kann natürlich
eine wacklige Referenz Vorteile bieten. Aber solide Technik ist
so was eher nicht.

\"Improved Ripple\" ist auch so ein Lab-Slang. Mehr? Mehr = Besser?
Klingt nach Auto-Quartett; wer mehr Wendekreis hat, hat gewonnen.

--
mfg Rolf Bombach

 

[Marcel Mueller]

Am 26.06.23 um 16:03 schrieb Marte Schwarz:

Wie kommst Du auf die Idee, dass die Genauigkeit für ratiometrische
Messungen durch eine Referenzspannung verbessert werden könnte, wenn der
Baustein doch gar keinen Referenzspannungseingang vorsieht und schlimmer
noch, der Fehler durch die Nichtlinearität des Chipdesigns verursacht wird?

In der Tat.

Vergiss es, dem Wandler willst Du nicht mehr als 8 Bit abnehmen. Wenn Du
genau weißt, wie es um Dein Exemplar bestellt ist, kannst Du vielleicht
was reißen, indem Du die fraglichen Nichtlinearitäten auszugleichen
verstehst. Die Summe der Konjunktive ist aber hier schon eine klare
Absage an den Messtechniker, der hier ernsthaft etwas nutzen mag.

In der Kernphysik haben wir oft Sliding Scale verwendet, um den
Nichtlinearitäten von ADCs Einhalt zu gebieten. Also, wechselnden
(kleinen) Spannungswert aus DAC zum Messsignal addieren und selbigen
nachher von digitalisierten Wert wieder abziehen. Das verbessert die
Situation zumindest im statistischen Mittel. Man kann dann über mehrere
Messungen mit verschiedenen Korrekturwerten mitteln, und dabei auch den
systematischen Fehler durch Nichtlinearitäten reduzieren.
Das adressiert natürlich primär DNL, die bei Spektrometern besonders
stört. Gegen INL hilft es wenig, da sich das typischerweise nicht
vorwiegend in den hinteren Bits auswirkt. Sinnvolle Scale-Werte liegen
in der Dimension bis grob 10% FSR. Das ganze ist schlicht billiger als
ein guter ADC.

Tatsächlich kann man mit solchen Maßnahmen, wenn man smart genug
vorgeht, durchaus auch Zehnerpotenzen holen. Ich habe mit einem 8 Bit
Flash-Wandler schon auf 14 Bit genau gemessen. Und ich habe mit einem 48
kHz Onboard Soundchip auch schon auf 1ns genau gemessen. Das geht halt
immer nur, wenn man wiederholbare Messungen hat.


Marcel

 

[Marte Schwarz]

Hi Peter,

For much improved ADC performance, an external 3.0V shunt reference, such as LM4040, can be connected from the
ADC_VREF pin to ground.

And how much? Schau Dir doch an, was das Datenblatt des Chips offenbart.
Klar kann man das durch ein schlechtes Layout und noch schlechtere
Beschaltung weiter verschlechtern und dann tipps geben, wie man das
vielleicht wieder hinpatchen könnte. Ob Du dafür jetzt eine LM4040 oder
eine TL431 verwendest, dürfte herzlich egal sein. Viel wichtiger ist,
dass Du Deinen ratiometrischen Spannungsteiler auch an diese geglättete
Spannung hängst, da darf also nicht viel Strom seitlich vorbei gehen,
sonst ist es schnell vorbei mit der Stabilität.

> Dem entnehme ich, daß eine externe Referenz eine Verbesserung brächte.

Mit Sicherheit nicht gegen die ohnehin schon fatalen internen
Konstruktionsfehler in diesem ADC

Marte