ADC in Echtzeit - gibts sowas?

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ADC in Echtzeit - gibts sowas?

Neuer Beitragvon chimaira am Freitag 16. September 2005, 11:50

Hi Leute

Es is zwar schon länger her, dass ich ADCs und DACs gelernt hab, aber wenn ich mich recht erinnern kann, gibts nur eine Schaltung, die ein Analoges Signal in einen Digitalen Wert in Echtzeit umwandeln kann. Diese Schaltung jedoch braucht exponentiell viele Bauteile, was mit Steigender Bitzahl nicht gerade rentabel ist.
Deswegen wollt ich mal fragen, ob es eine Schaltung gibt, die mir ein Analoges Signal umwandelt, ohne dabei viel Zeit oder Bauteile zu verbraten. Soll heißen: ein ADC in Echtzeit mit linearer (oder Konstanter) Anzahl Bauteile.

Ps: Es geht mir hier nicht um praktische Echtzeit, und dass ich bei 100THz Taktfrequenz den Unterschied zu Echtzeit nicht mehr merken würd, sondern um die Theorie. Kurz gesagt: Ich brauch keinen solchen Wandler in nem IC, aber ich müsst wissen, ob das theoretisch überhaupt möglich ist ;)
chimaira
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Neuer Beitragvon Erfinderlein am Freitag 16. September 2005, 15:15

Hallo,

erst mal willkommen im Forum !

ich nehme an, dass du von einem binary oder binary coded decimal converter sprichst. (digital paralell )
Der einfachste A/D Wandler, wäre sonst ein spannungsgesteuerter Oszillator. ( digital seriell )

Wenn man einen verwertbaren BCD-Ausgang haben will, bleibt nichts anderes übrig, als fleissig zu zählen und auszuwerten und das eben ohne wesentliche Wartezeiten.
Man spricht von der Anforderung her von der Stellenzahl. Das bedeutet, wenn ich beispielsweise einen Hydraulikdruck der maximal 250 bar erreicht und will das von einem analogen Sensor her digital anzeigen, genügt ein zweieinhalbstelliger Wandler. Will ich jedoch eine Stelle nach dem Komma mit anzeigen, sind es schon dreieinhalb Stellen usw..

Bekanntlich hat ein Zähler einen Zwischenspeicher um das Zählergebnis für die Dauer einer Messperiode, welche von der Zeitbasis und Torschaltung bestimmt wird, zwischenzuspeichern.

Es muss nun eine Abänderung vorgenommen werden, welche den klassischen Wechsel von Messen - Anzeigen - Messen .... Anzeigen durchbricht und ein gespeichertes verwertbares Signal am Ende eines jeden Messzyklusses liefert.Mit anderen Worten der Zähler muss einen stetigen gespeicherten Ausgang liefern, welcher mit dem Takt der Zeitbasis "refresht" wird, was die Auswertezeit bereits halbiert.

Der Rest ist dann "nur noch" schnelle Elektronik.

Versuche mal diese Aufgabenstellung gedanklich zu lösen. Das hilft enorm für das Verständnis eines schnellen Digitalwandlers.

Kleine Hilfe: Der Zählerausgang darf nach dem Einschalten für einen Messzyklus einmalig ein falsches Ergebnis liefern. Danach ergibt es sich von selbst, dass sogar das berühmte +/- ein digit des Zählers als Anzeigefehler ausbleibt / entfällt.

Es gibt eine ganz einfache Lösung. ( Digitalteil)
Den ersten Wandler dieser Art habe ich 1974 entwickelt und patentiert und werde dir das "Geheimnis" verraten, wenn du nicht selbst drauf kommst.

Sorry für den langen Sermon.

Grüsse aus Griechenland
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Neuer Beitragvon chimaira am Donnerstag 17. November 2005, 12:02

Hallo


Erstmal entschuldigung, dass ich mich fuer ne halbe ewigkeit nicht mehr gemeldet habe. Es gab leider einige Dinge, welche mehr Zeit als gewuenscht in anspruch genommen haben.
Jetzt aber hab ich wieder die zeit gefunden, meine Gedanken der Welt der Elektronik zu spenden :D

Leider muss ich zugeben, dass ich nicht alles aus deinem Beitrag verstanden habe. Eigentlich relativ wenig, aber ich bin leider nicht soo der Mensch der sich so sehr mit Elektronik ausseinandergesetzt hat.

Um aber mal einen Versuch zu starten, deinen Beitrag in auch fuer einen Leien wie mich halbwegs verstaendlichen Worten wiederzugeben:
Ich versuche, einen AnalogDigitalConverter zu basteln. D.H. ich habe eine Spannung zwischen 0 und x Volt und moechte an meinen 8 Ausgaengen Parallel meine Zahl binaer angenaehert abgreifen. Wenn ich dann den ersten absatz richtig verstanden habe, muesste das ein 'binary coded decimal converter' sein, der parallel die Zahl ausgibt.

So, und jetzt wirds fuer mich etwas schwieriger:
Erfinderlein hat geschrieben:Wenn man einen verwertbaren BCD-Ausgang haben will, bleibt nichts anderes übrig, als fleissig zu zählen und auszuwerten und das eben ohne wesentliche Wartezeiten.
Man spricht von der Anforderung her von der Stellenzahl. Das bedeutet, wenn ich beispielsweise einen Hydraulikdruck der maximal 250 bar erreicht und will das von einem analogen Sensor her digital anzeigen, genügt ein zweieinhalbstelliger Wandler. Will ich jedoch eine Stelle nach dem Komma mit anzeigen, sind es schon dreieinhalb Stellen usw..

ich hoff, ich hab das jetzt richtig verstanden, auch wenn mich die dreieinhalb Stellen etwas durcheinanderbringen: je genauer ich eine Analoge Zahl binaer darstellen will, desto mehr stellen brauch ich. Je mehr Stellen ich hab, desto laenger brauch ich. Ergo: Je genauer, desto langsamer.

Erfinderlein hat geschrieben:Bekanntlich hat ein Zähler einen Zwischenspeicher um das Zählergebnis für die Dauer einer Messperiode, welche von der Zeitbasis und Torschaltung bestimmt wird, zwischenzuspeichern.
Das mit dem zwischenspeicher wusst ich nicht - aber eigentlich gar nicht so dumm. waehrend des messens jedoch habe ich bspw. bei einer Sinusspannung einen leicht verfaelschten Wert am Ausgang, korrekt? denn genau das moechte ich verhindern.
Erfinderlein hat geschrieben:Es muss nun eine Abänderung vorgenommen werden, welche den klassischen Wechsel von Messen - Anzeigen - Messen .... Anzeigen durchbricht und ein gespeichertes verwertbares Signal am Ende eines jeden Messzyklusses liefert.Mit anderen Worten der Zähler muss einen stetigen gespeicherten Ausgang liefern, welcher mit dem Takt der Zeitbasis "refresht" wird, was die Auswertezeit bereits halbiert.

Hmmm, die idee ist gut. aber die Wartezeit wird halbiert. d.h. ein Wandler mit 32Bit laeuft jetzt gleich schnell wie zuvor einer mit 16Bit.
Erfinderlein hat geschrieben:Der Rest ist dann "nur noch" schnelle Elektronik.

Mein problem ist, dass diese schnelle Elektronik auch schon bei einer geringen Wartezeit in einem Wettlauf mit einer anderen, auch schnellen Elektronik ist - Ziel ist naemlich: Ich gebe eine binaere Zahl aus, und wandle diese in ein analoges Signal um - geht in echtzeit. anschliessend wird das signal mit OPVs etwas umgebogen und umgerechnet, etwas, das digital gerechnet relativ lange braucht. anschliessend muss das signal aber wieder binaer umgerechnet werden -> damit das ganze in echtzeit bleibt, muss das auch in echtzeit sein. Also darf da theoretisch keine Wartezeit sein.

Erfinderlein hat geschrieben:Kleine Hilfe: Der Zählerausgang darf nach dem Einschalten für einen Messzyklus einmalig ein falsches Ergebnis liefern. Danach ergibt es sich von selbst, dass sogar das berühmte +/- ein digit des Zählers als Anzeigefehler ausbleibt / entfällt.

Es gibt eine ganz einfache Lösung. ( Digitalteil)
Den ersten Wandler dieser Art habe ich 1974 entwickelt und patentiert und werde dir das "Geheimnis" verraten, wenn du nicht selbst drauf kommst.

Ich werde mir mal den Kopf darueber zerbrechen, schaun ob ich dahinterkomm ;)

gruesse
Michael
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Neuer Beitragvon kalledom am Donnerstag 17. November 2005, 19:44

Hallo chimaira,
erinnerst Du Dich an die Serienschaltung vieler Widerstände zwischen einer Referenzspannung und das gleiche zwischen Eingang und GND. Zwischen den Widerständen ging es ab zu Eingängen von OpAmps bzw. Komparatoren. Je höher die Eingangsspannung, desto mehr Ausgänge auf High. Die Ausgänge wurden über Gatter "vergattert".
War es so ?
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schnellstmögliche Zählersteuerung mit beinahe Null Aufwand

Neuer Beitragvon Erfinderlein am Donnerstag 17. November 2005, 20:33

Damit du nicht so lange knabbern musst, lasse ich mal die Katze aus dem Sack:

Da gibt es eine Patentschrift "Vorrichtung zur automatischen Kompensation von Störgrössen eines angeschlossenen Messfühlers"
oder so ähnlich.
Analogeingang, Digitalausgang mit Anzeige und digitalem Schaltsignal bei erreichen eines Komparatorwertes. Stammt noch aus den 70.ern, wo ich beschlossen habe, dass es nicht sein kann, dass man an einer vollautomatisch laufenden Maschine zwischendurch von Hand irgendwelche Brückenschaltungen abgleichen muss. Oder dass im Winter sich Prozesswerte ändern wenn einer mal kurz die Türe nach draussen auflässt.

Neben vielen Dingen wurde ein schneller Zähler für die Paralellausgabe in BCD gebraucht.

Wenn wir nun davon ausgehen, dass 2 bis n Dekaden Zählerbausteine vorhanden sind, dann sitzen dahinter Zwischenspeicher, am besten flankengesteuerte D-Flipflops.

Unter Weglassung der gesamten Torschaltung ( Zählersteuerung ) geben wir die zu messende Frequenz auf den Eingang des Zählers und nehmen den Zeitbasisimpuls, ( entweder differenziert oder über ein Monoflop sehr kurz gemacht 10-bis 100ns und legen diesen an den Eingang für den Speicherübertrag der D-Flipflopreihe, verzögern den Impuls mit ein zwei Gatterlaufzeiten und geben ihn auf die Löscheingänge der Zählerbausteine.
Der Messfehler liegt in der Signalflankensteilheit und Schaltzeit; also so gut wie keiner. Wichtig ist nur, dass der Zwischenspeicher eingelesen wird bevor der Zähler gelöscht ist ! Am Ausgang steht nun der digitalisierte Wert kontinuierlich an und ändert sich nur, wenn sich am Eingang etwas ändert.

Das schöne an dieser Art einen Zähler zu betreiben ist noch folgendes: du kannst einen zweipoligen Umschalter nehmen und die beiden Eingänge "Zeitbasisimpulse" und " zu messende Frequenz" vertauschen und schon hast du eine Top-Zeitmessung.

Die Auflösung hängt nur von deiner Zeitbasis ab Zum Beispiel vom 10MHz Quarz in Dekaden heruntergeteilt bis zur Sekunde kannst du
mit einer minimalen Auflösung von 0,1 µs dein Eingangssignal messen.

Hier kannst du auch mal reinschauen:

http://v3.espacenet.com/textdoc?DB=EPOD ... 965744&F=0

da ist die ganze Schaltung ersichtlich, welche damals mit dem Dualslopeverfahren im Wettbewerb stand; jedoch nur von uns intern in Maschinensteuerungen verbaut wurde. Die Idee als solches ist heute auch softwaremässig als Autokompensation in Maschinensteuerungen realisiert.

Puh... jetzt reichts aber für heute.

Gruss aus GR
Lothar Gutjahr bestätigt:Senneca hatte recht. Wir haben nicht zu wenig Zeit, sondern vergeuden zu viel.
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Re: schnellstmögliche Zählersteuerung mit beinahe Null Aufwa

Neuer Beitragvon chimaira am Mittwoch 23. November 2005, 20:16

kalledom hat geschrieben:Hallo chimaira,
erinnerst Du Dich an die Serienschaltung vieler Widerstände zwischen einer Referenzspannung und das gleiche zwischen Eingang und GND. Zwischen den Widerständen ging es ab zu Eingängen von OpAmps bzw. Komparatoren. Je höher die Eingangsspannung, desto mehr Ausgänge auf High. Die Ausgänge wurden über Gatter "vergattert".
War es so ?

Ja, das war der einzige Wandler, den ich kenne, der auch in Echtzeit funktioniert. Bloß wird die Schaltung mit mehr Bits etwas groß -> teuer ;)
(Da es für jeden möglichen Wert einen Komperator braucht *g*)

@Erfinderlein: Ich werd mir am Wochenende richtig Zeit nehmen, deinen Beitrag durchzudenken und werd mich nochmal melden ;)
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Was heißt Echtzeit?

Neuer Beitragvon BernhardS am Donnerstag 24. November 2005, 19:24

Hallo,

was ist eigentlich Echtzeit? Der Stromfluss ist untrennbar mit der Lichtgeschwindigkeit verknüpft (1/Dielektrizitätskonstante), die Ladungsträger im Halbleiter können sich halt auch nicht rüberzaubern.
Ist die Frage rein akademisch, dann ist sie unsinnig. All Ding braucht seine Zeit.
Ist sie technisch, dann geht es umgedreht. Wie schnell soll´s sein und wieviel wäre Ihnen der Spass denn wert.
1978 habe ich mit einem Wilkinson-ADC (Kondensator laden und Zeit zählen) gearbeitet, 400MHz Taktfrequenz, 14bit Auflösung. Hat also locker 100000 Samples pro Sekunde geschafft (im Mittel mehr weil kleine Werte gehen schneller als große)
Inzwischen dürfte die Geschwindigkeit zugenommen haben.
BernhardS
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