Browse Prior Art Database

Verbesserung der Aufloesung und der Praezision eines A/D-Wandlers durch Kalibrierung und analoge Verstaerkung

IP.com Disclosure Number: IPCOM000010048D
Original Publication Date: 2002-Nov-25
Included in the Prior Art Database: 2002-Nov-25
Document File: 2 page(s) / 57K

Publishing Venue

Siemens

Related People

Juergen Carstens: CONTACT

Abstract

Moderne Transmitter lesen Sensorsignale, z. B. Temperatur, Druck usw., ein und stellen diese in digitaler Form fuer Busanwendungen, z.B. PROFIBUS, HART, FF-Bus usw., zur Verfuegung. Diese Geraete muessen also immer einen hochaufloesenden und praezisen A/D-Wandler besitzen. Die komplexen Anschaltungen sensorseitig, insbesondere bei Temperaturtransmittern fuer 2/3/4-Punkt Widerstandsmessung und Spannungsmessungen bei Thermoelementen, erfordern zudem die Moeglichkeit, mehrere Kanaele nacheinander messen zu koennen. In den bekannten Transmittern werden mehrkanalige A/D-Wandler eingesetzt, die der geforderten Praezision und Aufloesung genuegen. Diese A/D-Wandler sind eigenstaendige Bauelemente, die viel Platz und vor allem Geld kosten. Beispielsweise der bekannte AD7714 von Analog Devices benoetigt ca. 60 mm2 auf einer Platine und kostet um die 7 EUR. Insbesondere fuer Temperaturtransmitter werden aber mehr Eingaenge benoetigt, so dass zusaetzliche, aufwendige und teure Schalter oder Multiplexer benoetigt werden. Die Idee besteht in der Nutzung eines A/D-Wandlers mit geringerer Aufloesung und Praezision, der durch geschickte Signalverstaerkung und -kalibrierung verbessert wird. Dieser A/D-Wandler kann wie frueher ein eigenstaendiges Bauelement sein, man kann aber vorzugsweise den mikroprozessorinternen A/D-Wandler nutzen, da in solchen Geraeten der Einsatz eines Mikroprozessors unerlaesslich geworden ist. Die meisten Prozessoren sind heutzutage mit mehrkanaligen 8- oder 10-Bit-A/D-Wandlern ausgestattet. Die Aufloesung und Praezision reicht zunaechst fuer die geforderte Aufloesung und Praezision bei weitem nicht; dafuer sind sie sehr schnell (ca. 10 us/Sample im Vergleich mit 50 ms beim AD7714), so dass durch Mittelungen die Aufloesung „kuenstlich“ gesteigert werden kann.

This text was extracted from a PDF file.
This is the abbreviated version, containing approximately 49% of the total text.

Page 1 of 2

S

© SIEMENS AG 2002 file: 2002J16759.doc page: 1

Verbesserung der Aufloesung und der Praezision eines A/D-Wandlers durch Kalibrierung und analoge Verstaerkung

Idea: Burmeister Dirk, DE-Karlsruhe; Chemisky Eric, DE-Karlsruhe; Hauschulz Thomas, DE-Karlsruhe; Pramanik Robin, DE-Karlsruhe

Moderne Transmitter lesen Sensorsignale, z. B. Temperatur, Druck usw., ein und stellen diese in digitaler Form fuer Busanwendungen, z.B. PROFIBUS, HART, FF-Bus usw., zur Verfuegung. Diese Geraete muessen also immer einen hochaufloesenden und praezisen A/D-Wandler besitzen. Die komplexen Anschaltungen sensorseitig, insbesondere bei Temperaturtransmittern fuer 2/3/4-Punkt Widerstandsmessung und Spannungsmessungen bei Thermoelementen, erfordern zudem die Moeglichkeit, mehrere Kanaele nacheinander messen zu koennen.

In den bekannten Transmittern werden mehrkanalige A/D-Wandler eingesetzt, die der geforderten Praezision und Aufloesung genuegen. Diese A/D-Wandler sind eigenstaendige Bauelemente, die viel Platz und vor allem Geld kosten. Beispielsweise der bekannte AD7714 von Analog Devices benoetigt ca. 60 mm2 auf einer Platine und kostet um die 7 EUR. Insbesondere fuer Temperaturtransmitter werden aber mehr Eingaenge benoetigt, so dass zusaetzliche, aufwendige und teure Schalter oder Multiplexer benoetigt werden.

Die Idee besteht in der Nutzung eines A/D-Wandlers mit geringerer Aufloesung und Praezision, der durch geschickte Signalverstaerkung und -kalibrierung verbessert wird. Dieser A/D-Wandler kann wie frueher ein eigenstaendiges Bauelement sein, man kann aber vorzugsweise den mikroprozessorinternen A/D-Wandler nutzen, da in solchen Geraeten der Einsatz eines Mikroprozessors unerlaesslich geworden ist. Die meisten Prozessoren sind heutzutage mit mehrkanaligen 8- oder 10-Bit-A/D-Wandlern ausgestattet. Die Aufloesung und Praezision reicht zunaechst fuer die geforderte Aufloesung und Praezision bei weitem nicht; dafuer sind sie sehr schnell (ca. 10 us/Sample im Vergleich mit 50 ms beim AD7714), so dass durch Mittelungen die Aufloesung "kuenstlich" gesteigert werden kann.

Die Messung eines Signals laeuft so ab:

Das Messsignal wird zunaechst grob mit der geringen Aufloesung des A/D-Wandlers gemessen. Dadurch wird ein "Offset" fuer das Signal errechnet und auf einen D/A-Wandler zur Erzeugung eines entsprechenden Analogsignals gegeben. Ein Differenzverstaerker bildet die verstaerkte Differenz zwischen Messsignal und dem so erzeugten Offset-Signal. Diese verstaerkte Differenz wird mit dem niedrig aufloesenden A/D-Wandler zur Steigerung ueber die eigentliche Wandleraufloesung hinaus gemessen.

Eine Besonderheit bei Prozessoren der M16C-Reihe besteht in der Tatsache, dass der Ausgang des internen Multiplexers herausgefuehrt ist und vom Eingang des A/D-Wandlers getrennt werden kann. So ist es moeglich, den Multiplexer und den A/D-Wandler zusammen im Mikroprozessor zu haben.

Zur weiteren Steigerung der Aufloesung wird eine Mittelung durchgefuehrt, sowohl bei der gr...