Frage zur Auflösung von A/D-Wandlern und welche Zahl die wann liefern

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Hallo,
ich glaube ich bin beim Thema A/D-Wandler bisher auf dem Holzwerk gewesen.
Es geht um die genauere interne Funktion von analogen Eingängen.
Wenn so ein Eingang einen A/D-Wandler mit einer Auflösung von 12 Bit hat würde er bei einem Nennbereich von 0-10V doch vermutlich bei 0V auch 0 liefern und bei 10V dann 4095 oder? Und bei einem Nennbereich von -10-10V entsprechend 0 bei -10V und 4095 bei 10V, richtig?
 
Soweit ich das in den Datenblättern richtig gesehen habe liefern A/D-Wandler immer nur positive Werte, die "Umrechnung" macht dann der MC in dem Modul.
kann ich jetzt nicht bestätigen - ich hatte allerdings auch nie 12 Bit Wandler im Einsatz - immer "nur" die schnellen mit der höheren Auflösung ... UND ... Siemens - ich weiß jetzt ja nicht bei wem du gerade bist ...
 
kann ich jetzt nicht bestätigen - ich hatte allerdings auch nie 12 Bit Wandler im Einsatz - immer "nur" die schnellen mit der höheren Auflösung ... UND ... Siemens - ich weiß jetzt ja nicht bei wem du gerade bist ...
Das geht eher ums allgemeine. Ich habe Zweifel, ob in dem Kapitel zur Analogverarbeitung so alles korrekt ist, was die Details angeht. Und es geht ja nicht darum was Letzten Endes bei der Klemme rauskommt, sondern rein um den A/D-Wandler in der Klemme.
 
Hallo,
ich glaube ich bin beim Thema A/D-Wandler bisher auf dem Holzwerk gewesen.
Es geht um die genauere interne Funktion von analogen Eingängen.
Wenn so ein Eingang einen A/D-Wandler mit einer Auflösung von 12 Bit hat würde er bei einem Nennbereich von 0-10V doch vermutlich bei 0V auch 0 liefern und bei 10V dann 4095 oder? Und bei einem Nennbereich von -10-10V entsprechend 0 bei -10V und 4095 bei 10V, richtig?
Das würde ich genau so erwarten...

Hallo Oliver,
so wird es sein (bei 0 bis 10V).
Bei +/- 10V tippe ich eher auf -2048 bis +2047
Ich denke, es kommt dabei dann nur auf die Interpretation des Bitmusters an. Das reine Bitmuster des A/D-Wandlers wird 0..4095 gehen. Und danach kann dann der Controller sagen "das ist aber ja ein bipolares Signal, ich interpretiere auch das Bitmuster bipolar".
 
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Ergänzend fällt mir dazu ein, dass ich auch schon gesehen habe, dass ein bspw. 12-bit-Wandler die oberen 12-bit des Datenwortes nutzt. Also zählt der nicht 0,1,2,3... sondern 0,16,32,48...

Edit: Larry war schneller :D
 
Erstmal danke für Eure Antworten. Es geht zwar dann auch um die FAQ, aber im Moment eher ums Buch. Durch Eure Ausführungen, speziell der von @Larry Laffer habe ich erkannt, dass ich gar nicht so sehr auf dem Holzweg bin und lediglich Kleinigkeiten ergänzen muss.
 
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Wenn so ein Eingang einen A/D-Wandler mit einer Auflösung von 12 Bit hat würde er bei einem Nennbereich von 0-10V doch vermutlich bei 0V auch 0 liefern und bei 10V dann 4095 oder? Und bei einem Nennbereich von -10-10V entsprechend 0 bei -10V und 4095 bei 10V, richtig?
Kann sein, muß aber nicht. z.B. der AD7731 macht es so.

Man kann auf die Platine einer Analogeingangsbaugruppe schauen, welcher A/D-Wandler-IC da eingesetzt ist, und dann in das Data sheet des IC in die Beschreibung der Ausgangscodierung schauen. (falls das Data sheet verfügbar ist. Es gibt auch spezielle IC für Kunden, wo das Data sheet nicht öffentlich verfügbar ist)

z.B. Siemens 331-7KF02 - 8AE 9/12/14 Bit, U/I/Thermoelement/Widerstand
A/D-Wandler-IC: AD79023BS - ?

z.B. Siemens 331-7PF01 - 8AE RTD, Widerstand, Temperatur-Widerstände
A/D-Wandler-IC: AD7731 - Low Noise, High Throughput 24-Bit Sigma-Delta ADC
AD7731 Data sheet Seite 23 Bipolar/Unipolar Inputs
Bipolar or unipolar options are chosen by programming the B/U bit of the Mode Register. This programs the selected channel for either unipolar or bipolar operation. Programming the channel for either unipolar or bipolar operation does not change any of the input signal conditioning; it simply changes the data output coding (...)
When the AD7731 is configured for unipolar operation, the output coding is natural (straight) binary with a zero differential voltage resulting in a code of 000...000, a midscale voltage resulting in a code of 100...000 and a full-scale input voltage resulting in a code of 111...111. When the AD7731 is configured for bipolar operation, the coding is offset binary with a negative full-scale voltage resulting in a code of 000...000, a zero differential voltage resulting in a code of 100...000 and a positive full-scale voltage resulting in a code of 111...111.
 
Wenn ich das aber richtig verstehe, widerspricht das nicht obigen Aussagen:
Der Gesamt-Meßbereich wird über 000..000 bis 111..111 dargestellt. Über das Mode-Register setze ich aber nur die elektrische Auswertung, denn faktisch kann er bei einer unipolaren Messung ja keine physikalisch negativen Meßwerte verarbeiten. Es wird also quasi das Bezugspotential des Wandlers verschoben.
Oder bin ich auf dem falschen Dampfer?
 
Wenn ich das aber richtig verstehe, ...
Tja, muss es heissen "der AnalogEingang, das unbekannte Wesen" oder "der AnalogEingang, das bekannte Unwesen"? :unsure:

Ich muss zugeben, ich habe mich seit diversen Jahren nicht mehr intensiv damit beschäftigt. Mir ist über die Jahre einiges nicht wirklich klar geworden und die Hersteller von AnalogEingangs-Karten alias -Klemmen geben sich ein wenig verklemmt, wenn es darum geht, sich in die Karten gucken zu lassen.
Diese Hersteller sind sich anscheinend einig, wenn es darum geht, wie die Bits der AD-Wandler gezählt werden: n Bits plus 1 VorzeichenBit.
Was soll der Unsinn mit dem Begriff "VorzeichenBit"? Klar kann man am höchstwertigen Bit ablesen, ob ein Wert negativ oder positiv (einschliesslich der Null) ist. Aber unter dem Begriff "VorzeichenBit" würde ich verstehen, dass das Vorzeichen nur in diesem einen Bit steckt und nicht zusätzlich noch Einfluss auf alle anderen hat.
ZweierKomplement heisst das ZauberWort - nicht VorzeichenBit.
In meiner lange zurückliegenden Praxis mit AnalogEingängen habe ich nie den Fall erlebt, dass die Karten nicht mit dem ZweierKomplement arbeiten. Die Rede war aber immer von n Bit plus 1 VorzeichenBit. Irreführung ist das!

Dass die Bits, wenn es weniger als 15 bzw. 16 sind, nicht linksbündig ausgerichtet sind und nicht spätestens nach dem WegMaskieren einiger StatusBits als INT-Zahl interpretiert werden können, habe ich auch nie erlebt. Gehört/gelesen habe ich davon das eine oder andere Mal. In der Praxis darüber gestolpert bin ich bisher nicht.

Die Ausrichtung nach links gibt es schon sooo lange. Das ist nix Neues. Das macht ja auch Sinn, wenn man Karten mit unterschiedlichen Auflösungen gegeneinander austauschen möchte, ohne die Software deswegen unschreiben zu müssen. Aber nicht alle Hersteller waren so vorausschauend, die Zahlen grundsätzlich linksbündig in das ErgebnisWort zu stellen.
denn faktisch kann er bei einer unipolaren Messung ja keine physikalisch negativen Meßwerte verarbeiten.
Hmmm, wo genau ist die Grenze zwischen unipolar und bipolar? In unserer heutigen, digitalen Welt ist das anscheinend kein Thema mehr.
Aber hier tummeln wir uns im AD-Wandler, also im GrenzGebiet zwischen analoger und digitaler Welt!
Was ist tatsächlich, wenn die Karte (angeblich?) nur positive Werte messen kann (z.B. 0 V .. 10 V) und am Eingang eine (kleine) negative Spannung angelegt wird?
Ist die Karte dann überhaupt in der Lage einen Unterlauf festzustellen und zu melden, wenn das Ergebnis nicht als INT, sondern als UINT zu interpretieren wäre? Soetwas habe ich auch nie selbst erlebt. Das Ergebnis verstand sich immer als INT.
Ich weiss wohl, dass es mittlerweile auch Karten mit AD-Wandlern von mehr als 16 Bit Auflösung gibt, aber in meiner Praxis kamen sie einfach nicht vor.
Über das Mode-Register setze ich aber nur die elektrische Auswertung,
Mit elektrisch meinst Du jetzt was? Alles das, was aus Sicht des Programmes auf der analogen, schaltungstechnischen Seite liegt?
Oder meinst Du damit das in Bits und Bytes formulierte Abbild, in dem wir rein digital herumskalieren?

Ja, das ModeRegister. Strom oder Spannung oder Widerstand oder Temperatur mit oder ohne Klima oder unipolar oder bipolar u.s.w. ...
Es wird also quasi das Bezugspotential des Wandlers verschoben.
Ja, ich glaube bzw. bin mittlerweile der festen Annahme, dass u.a. das BezugsPotenzial nicht ausschliesslich auf der digitalen Seite des AD-Wandlers verschoben alias manipuliert wird, sondern auch auf der analogen Seite Spannungen addiert, subtrahiert etc. werden.
Gute ReferenzSpannungen, die sich genau genug und preiswert genug erzeugen lassen, sind nicht mehr so exotisch, wie sie es mal waren.

Auf welchem Wege könnte man sonst die heute möglichen Auflösungen von Temperaturen mit recht linearen temperaturabhängigen Widerständen (Pt 100, Pt 1000, ...) erreichen, dadurch, dass man sich auf Klima-relevante TemperaturBereiche beschränkt? Rein rechnerische Lösungen auf der digitalen Seite sehe ich da nicht. Mit ausreichender Genauigkeit beim Rechnen auf der analogen Seite sollte es aber gehen.
Was schreiben unsere Hersteller von AnalogEingangsKarten/-Klemmen z.B. zu diesem Thema?
Ich habe bisher noch keine offiziellen Äusserungen dazu gesehen (aber auch nicht gesucht).
Oder bin ich auf dem falschen Dampfer?
Ich glaube, es geht nicht darum, ob Du bzw. wir mit dem richtigen oder falschen Dampfer im Meer unserer Unwissenheit herumirren.
Wir sind doch alle sooo dumm und sollen es tunlichst auch bleiben. Wozu gibt es denn die KI? Sie soll uns doch ersetzen! Ohne überflüssige Fragen bezüglich HintergrundWissen zu stellen. ;)
 
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Ja, ich glaube bzw. bin mittlerweile der festen Annahme, dass u.a. das BezugsPotenzial nicht ausschliesslich auf der digitalen Seite des AD-Wandlers verschoben alias manipuliert wird, sondern auch auf der analogen Seite Spannungen addiert, subtrahiert etc. werden.
Ja, da werden vor der Digitalisierung intern auf der Analogseite Offset-Spannungen "addiert" (Potentiale verschoben), und das auch nicht unbedingt zu einer Bezugsspannung von 0 V, sondern gerne auch zur Referenzspannung als Bezugsspannung, oder sonstwo hin, wo es im Rahmen der Versorgungsspannungen gerade günstig ist. z.B. -1..+1V ---> +1,25..+3,25V
Analog addieren (bzw. generell analog rechnen) geht schneller und potenziell genauer als digital.
 
Hmmm, wo genau ist die Grenze zwischen unipolar und bipolar? In unserer heutigen, digitalen Welt ist das anscheinend kein Thema mehr.
Aber hier tummeln wir uns im AD-Wandler, also im GrenzGebiet zwischen analoger und digitaler Welt!
Was ist tatsächlich, wenn die Karte (angeblich?) nur positive Werte messen kann (z.B. 0 V .. 10 V) und am Eingang eine (kleine) negative Spannung angelegt wird?
Ist die Karte dann überhaupt in der Lage einen Unterlauf festzustellen und zu melden, wenn das Ergebnis nicht als INT, sondern als UINT zu interpretieren wäre? ;)
Ich habe mich jetzt mal aus der Doku des großen W anstatt des großen S bedient:
Eine unipolare Spannungs-Eingangs-Karte kann keine Werte kleiner 0 erkennen:
1697089844062.png

So weit zu Deiner Frage: Ich habe noch keine unipolare Karte gesehen, ob Strom oder Spannung, die einen negativen Wert erfassen kann. Null ist in dem Falle Null oder kleiner.
Natürlich kann man die (analoge) Seite so verschieben, daß man sicherlich einen Unterlauf feststellen kann, scheint aber in der Regel nicht gemacht zu werden. Möchte man aus (prozeßtechnischen) Gründen einen Unterlauf feststellen, so muß man auf eine bipolare Karte/Meßbereich ausweichen und mit der Halbierung der Genauigkeit leben.

Mit elektrisch meinst Du jetzt was? Alles das, was aus Sicht des Programmes auf der analogen, schaltungstechnischen Seite liegt?
Oder meinst Du damit das in Bits und Bytes formulierte Abbild, in dem wir rein digital herumskalieren?

Ja, das ModeRegister. Strom oder Spannung oder Widerstand oder Temperatur mit oder ohne Klima oder unipolar oder bipolar u.s.w. ...
Im von PN/DP zitierten Beitrag wird auf ein Mode-Register verwiesen, welches den Uni- bzw. Bipolaren Betrieb definiert.
Ja, ich meine den analogen, schaltungstechnischen Teil.
 
So weit zu Deiner Frage: Ich habe noch keine unipolare Karte gesehen, ob Strom oder Spannung, die einen negativen Wert erfassen kann. Null ist in dem Falle Null oder kleiner.
Natürlich kann man die (analoge) Seite so verschieben, daß man sicherlich einen Unterlauf feststellen kann, scheint aber in der Regel nicht gemacht zu werden. Möchte man aus (prozeßtechnischen) Gründen einen Unterlauf feststellen, so muß man auf eine bipolare Karte/Meßbereich ausweichen und mit der Halbierung der Genauigkeit leben.
das schreibt der Siemens:
1697092598346.png
 
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Das bestätigt ja wiederum meine Aussage: 0 = 0.
Wenn ich natürlich meinen Meßbereich um 1V hochsetze kann ich auch eine Untersteuerung feststellen. Denn hier wird sicherlich nur softwaretechnisch die A/D-Wandlung im Darstellungsbereich angepaßt aber keine schaltungstechnische (analoge) Anpassung vorgenommen.
 
Ja, Siemens schreibt, dass negative Werte "nicht möglich" sind im MessBereich 0 V..10 V.
Aus den Zahlen in der linken Spalte "System" geht aber hervor, dass die Karte in diesem Fall das höchstwertige Bit nicht belegt und das ZahlenFormat also weiterhin als INT gedeutet werden darf/muss. Die Auflösung bleibt unverändert.
Es bedeutet nicht, dass die NichtBenutzung des höchstwertigen Bits "anderweitig" genutzt wird, um die darstellbare Auflösung zu verdoppeln, indem dieselbe Anzahl Bits stattdessen als UINT gedeutet wird.

Der MessBereich 1 V..5 V erinnert an 4 mA..20 mA: der minimale Wert 0 ist auf einen Wert von 1/5 des MessBereichsHöchstWertes verschoben, um DrahtBruchErkennung zu ermöglichen. Durch diese Komprimierung des MessBereichs verschlechtert sich allerdings die umsetzbare Auflösung.
 
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