DAC Bereich erweitern mit 2 DAC Outputs?

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Autor
DAC Bereich erweitern mit 2 DAC Outputs?

    







BID = 1091286

I-need

Stammposter



Beiträge: 415
 

  


Guten Abend zusammen. Ich habe da eine kurze Frage. Google habe ich gefragt (auf Deutsch und Englisch), aber keine richtige Antwort bekommen.

Ich hab da so ein uC Projekt wo der DAC des uC nicht unbedingt genug Auflösung bietet (nur 5bit). Ich habe zwar eine funktionierende Lösung gefunden (PWM), aber der Bauteilaufwand für ein TP 2. Ordnung mag ich nicht so.

Mein uC hat aber 2 DAC Module und benötigen tue ich nur einen. Was spricht also dagegen über einen Summierverstärker die zwei DAC Outputs zu summieren? So sollte ich doch im Endeffekt 10 Bit Auflösung erhalten, oder? Etwas verwirrt bin ich eigentlich nur, da ich im Internet keine Beiträge dazu gefunden habe.

Hat das schon mal jemand gemacht?

Gruss Simon

Erweiterte Informationen:
-Pic16F18855
-Operationsverstärker ist für Bufferung der Schaltung sowieso vonnöten.
-von Dithering habe ich sonst noch als alternativ Lösung gelesen.

_________________

BID = 1091289

Jornbyte

Moderator



Beiträge: 7090

 

  

Du könntest auch ein R2R-Netzwerk basteln

_________________
mfg Jornbyte

Es handelt sich bei dem Tipp nicht um eine Rechtsverbindliche Auskunft und
wer Tippfehler findet, kann sie behalten.

BID = 1091290

BlackLight

Inventar

Beiträge: 5236


Zitat : I-need hat am 10 Dez 2021 20:10 geschrieben :

So sollte ich doch im Endeffekt 10 Bit Auflösung erhalten, oder?
Ich dachte 5-bit plus 5-bit (Stufen) ergeben nur 6-bit. Oder soll der eine „LSB“ und der andere „MSB“ generieren?

Ein besserer uC ist keine Option?

BID = 1091291

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
Was spricht also dagegen über einen Summierverstärker die zwei DAC Outputs zu summieren? So sollte ich doch im Endeffekt 10 Bit Auflösung erhalten, oder?
Oder!
Man macht das durchaus, aber dann nimmt man einen DAC fürs Grobe und einen fürs Feine.

Der Feine muss nur einen Bereich überdecken, der etwas grösser ist als der maximale Fehler des groben DAC.
Dann kann man dort den in einer gemessenen Tabelle hinterlegten Korrekturwert hineinprogrammieren.
Je genauer der grob-DAC von vornerein arbeitet, umso kleiner können die Korrekturen ausfallen, und dann kann man tatsächlich ein paar Bit Auflösung gewinnen.

Das Messen der Korrekturtabelle ist natürlich zusätzlicher Aufwand, und man benötigt dafür während der Kalibrierung einen guten ADC, der aber oft
in irgend einer Form, z.B. als Frequenzmessung, vorhanden ist.

Vorteilhaft daran ist die Tatsache, dass man auf diese Weise auch Fehler kompensieren kann, die nicht durch die Ungenauigkeit des DAC bedingt sind.
Z.B. hat man so mit 16-Bit Wandlern die Hysteresefehler von Elektromagneten in Massenspektrometern oder YIG-Oszillatoren kompensiert.

5-Bit PWM-DACs würde ich nicht versuchen auf diese Weise auf 8-Bit "pimpen", sondern lieber gleich einen richtigen 10-Bit DAC nehmen. So teuer sind die nicht mehr, und du gewinnst auf jeden Fall Einstellgeschwindigkeit.

Evtl. könnte man auch daran denken den Stereo-DAC eines CD-Players oder einer Soundkarte zu verwenden.


BID = 1091294

I-need

Stammposter



Beiträge: 415


Zitat :


Zitat :
So sollte ich doch im Endeffekt 10 Bit Auflösung erhalten, oder?

Ich dachte 5-bit plus 5-bit (Stufen) ergeben nur 6-bit. Oder soll der eine „LSB“ und der andere „MSB“ generieren?

Ja das ist eine gute Frage. Verbiegt mir gerade das Gehirn...


Zitat :
Oder!
Man macht das durchaus, aber dann nimmt man einen DAC fürs Grobe und einen fürs Feine.
Ja, das tönt logischer. Dann wäre die Funktion DAC1 + DA2/32.
Und dann wären das doch wirklich 10 Bit? (tue mich gerade etwas schwer)

Ich merke gerade, ich habe doch nicht ganz all meine Anforderungen erzählt. Ich benötige gar nicht 10Bit. 7 würden reichen. Auch muss ich keine schnelle Sprungantwort haben. 1ms wären bereits ausreichend.
Dazu muss ich in diesem Fall auch keine perfekte Linearität erzielen. Deswegen könnte ich vielleicht wirklich auch mit einem R2R Netzwerk und zwei IO's noch zwei weitere Bit holen. Es darf einfach nicht so gestuft sein.


Zitat :
Evtl. könnte man auch daran denken den Stereo-DAC eines CD-Players oder einer Soundkarte zu verwenden.
Das wäre ganz sicher ein spannendes Experiment, welches wahrscheinlich meine Kompetenz übersteigt. Aber falls ich mal viel Zeit habe versuche ich das. Alte Elektronik liegt genügend herum^^

Jetzt habe ich doch tatsächlich in einem Datenblatt einen Summierverstärker mit 2 DAC gefunden. Unter examples auf Seite 30.
https://www.distrelec.ch/Web/Downlo.....s.pdf

_________________

BID = 1091297

BlackLight

Inventar

Beiträge: 5236


Zitat :
Ja das ist eine gute Frage.
Nicht wirklich, aber nach Deiner ersten Aussage wäre 2* 2^5 = 2* 32 = 64 = 2^6.
Bzw. 2* 5 bit = 6 bit. Wollte nur indirekt fragen ob ich es richtig verstanden habe und nicht direkt den auspacken.


Zitat :
Ja, das tönt logischer. Dann wäre die Funktion DAC1 + DA2/32.
[...]
Und dann wären das doch wirklich 10 Bit?
Das meinte ich auch mit MSB+LSB.
Theoretisch ist der Ansatz richtig, praktisch wird es schwierig werden.

perl hat es schon angedeutet, dass mit 2x 5 bit mit großem Aufwand vielleicht 8 bit möglich sind.
(Kenne mich da nicht gut genug aus, aber wenn perl das sagt wird es passen. Hätte aber auch +2...3 bit angenommen.)

Das liegt daran, dass ein DAC Fehler hat und auch Rauschen wird.
Spätestens wenn die Spannung vom "1/32"-Bit-DAC kleiner wird als die Genauigkeit oder das Rauschen vom "1:1"-DAC ist...


Zitat :
[...] meine Anforderungen erzählt.
Die da alle wären?


Zitat :
[...] PWM, aber der Bauteilaufwand für ein TP 2. Ordnung mag ich nicht so.
Die Aussage verstehe ich leider nicht. Per PWM wäre die Sache deutlich einfacher ("reine" Software) und "einen" Op-Amp willst Du so oder so nutzen. Dann ist es nicht mehr weit zu einem aktiven Tiefpass.

BID = 1091298

BlackLight

Inventar

Beiträge: 5236


Zitat : I-need hat am 11 Dez 2021 11:35 geschrieben :
Jetzt habe ich doch tatsächlich in einem Datenblatt einen Summierverstärker mit 2 DAC gefunden. Unter examples auf Seite 30.
https://www.distrelec.ch/Web/Downlo.....s.pdf
Hab nur mal die Zeitkonstante von R1 und den 100 nF angeschaut:
τ = 10 ms (= 100 kOhm * 0,1 µF)

Halbwegs stabil wird es nach ca. 5τ bzw. 50 ms sein. Weit weg von Deinen "1 ms".

BID = 1091300

I-need

Stammposter



Beiträge: 415

Ach herje, wieso muss es immer so kompliziert sein. Am Ende ist dann ein externer DAC doch am einfachsten. Oftmals würde ich aber halt gerne lieber mit den Bauteilen auskommen, die eh gratis zu Hause liegen. Zudem sind bei meinem Standard Distributor praktisch keine mehr erhältlich

Die Software hat bei diesem Projekt noch ganz viel andere Aufgaben, welche hier zum Diskutieren zwar nicht relevant ist, aber ich musste in mitten des Projekts auf einen anderen uC umsteigen, da mir der Speicherplatz ausging :roll:.
Und beim "neuen" uC kriege ich die PWM Frequenz bei 7 Bit nicht mehr auf 125kHz, sondern nur noch auf 62kHz.(Hardware PWM)
Selbst bei 125kHz hatte ich Schwierigkeiten Filterwirkung und Schnelligkeit abzuwägen, bei 62kHz wird es wohl fast unmöglich einen Kompromiss zu finden.


_________________

BID = 1091301

BlackLight

Inventar

Beiträge: 5236


Zitat :
Ach herje, wieso muss es immer so kompliziert sein.
Keine Ahnung.
Werden die 7 Bit über den gesamten Bereich 0V-VDDA gebraucht oder nur teilweise?

Hätte hier noch vier DAC7613E (12-Bit, parallel input data) von B&B liegen, sind aber ungetestet und aus unbekannter Quelle.
Aber so viele I/Os wie die wollen, wäre es wohl sparsamer ein diskretes R-2R-Netzwerk zu nutzen.

BID = 1091318

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
Ach herje, wieso muss es immer so kompliziert sein. Am Ende ist dann ein externer DAC doch am einfachsten. Oftmals würde ich aber halt gerne lieber mit den Bauteilen auskommen, die eh gratis zu Hause liegen.
Womit willst du den DAC denn ansteuern?
Hast du genug Pins für eine parallele Ansteuerung frei, oder nur drei für I²C o. dgl?.
Notfalls kann man auch mit Schieberegistern einen seriellen Port beliebig breit machen.
7Bit Auflösung schreien förmlich nach einem DAC08. Dieses uralte Teil wird wohl auch keine Lieferengpässe kennen.


Zitat :
Hab nur mal die Zeitkonstante von R1 und den 100 nF angeschaut:
τ = 10 ms (= 100 kOhm * 0,1 µF)

Halbwegs stabil wird es nach ca. 5τ bzw. 50 ms sein. Weit weg von Deinen "1 ms".
Wie kommst du denn da drauf?
Der MCP48xx ist bei einem Spannungssprung von 25% auf 75% nach 4,5µs auf ein halbes LSB genau eingeschwungen.
Ein Output Filter wie bei einem PWM braucht man da nicht, weil nur der Abgriff an einer Widerstandskette passend eingeschaltet wird

Vielleicht suchst du in Wirklichkeit aber ein digitales Poti. Wer weiss.


BID = 1091325

BlackLight

Inventar

Beiträge: 5236


Zitat : perl hat am 11 Dez 2021 23:08 geschrieben :
Wie kommst du denn da drauf?
Der MCP48xx ist bei einem Spannungssprung von 25% auf 75% nach 4,5µs auf ein halbes LSB genau eingeschwungen.
Hab mir nur die Schaltung (Example 6-5) Auf Seite 30 vom MCP4801/4811/4821-Datenblatt angeschaut:


Die DACs habe ich gar nicht betrachtet.
Aber einen Denkfehler habe ich schon gefunden, R1/R2 muss bei 5-Bit nur etwa ~32 betragen.
Ob man die Frequenzbandbreite von DAC1 auf den Ausgang einfach mit τ = R1 · C1 berechnet weiß auch nie zu 100%.

Aber wenn ich es richtig verstehe, könnte man notfalls den Wert von C1 verkleinern?
Zum Beispiel wären 5τ von 3,2 kOhm · 10 nF rechnerisch nur noch 0,15 ms?

BID = 1091332

I-need

Stammposter



Beiträge: 415


Zitat :
Hätte hier noch vier DAC7613E (12-Bit, parallel input data) von B&B liegen, sind aber ungetestet und aus unbekannter Quelle.
Aber so viele I/Os wie die wollen, wäre es wohl sparsamer ein diskretes R-2R-Netzwerk zu nutzen.

Ja, die lieben IO's gehen mir langsam aus. Und zwar obwohl es einen 28 pin uC ist. Aber je länger ich an dem Projekt arbeite, je mehr Funktionsumfang fallt mir ein. Nochmals den uC wechseln will ich aber ganz sicher nicht. Sonst, muss ich die mühsame Hardwarekonfiguration noch mal machen. Ich hätte zwar irgendwo noch so Portexpander, allerdings soll es ein Breadboard Aufbau werden und erfahrungsgemäss wird es dann bei so viel Funktionalität mit dem Platz (& Motivation) knapp. Bin mir zwar langsam am überlegen, ob ich nicht doch wirklich kurz eine PCB machen will, obwohl es eine Einzelanfertigung wird.


Zitat :
7Bit Auflösung schreien förmlich nach einem DAC08. Dieses uralte Teil wird wohl auch keine Lieferengpässe kennen.
Dafür wird es mein Standard Distributor (Distrelec) schon lange aus dem Sortiment genommen haben. Distrelec wird zunehmend mühsam, da kaum mehr brauchbare Bauteile im Sortiment sind. Allerdings verschickt er direkt aus der Schweiz und ist schnell und unkompliziert. Aber ich denke, es ist Zeit für eine Bestellung von Digikey o.ä.


Zitat :
Aber wenn ich es richtig verstehe, könnte man notfalls den Wert von C1 verkleinern?
Zum Beispiel wären 5τ von 3,2 kOhm · 10 nF rechnerisch nur noch 0,15 ms?
Vielleicht ist die Frage für euch gerade lächerlich, aber wieso ist da sowieso ein Tiefpass im System?

_________________

BID = 1091334

BlackLight

Inventar

Beiträge: 5236


Zitat :
Vielleicht ist die Frage für euch gerade lächerlich, aber wieso ist da sowieso ein Tiefpass im System?
Es gibt keine dummen Fragen, nur dumme Antworten.
Weiß es auch nicht genau. Würde aber vermuten, dass man damit hochfrequente Signale oder Rauschen vom Op-Amp weghalten möchte.
Je nach DAC und Applikation weiß man ja vorher, wie schnell oder langsam es maximal sein wird. Dann ist es "gute Praxis", höherfrequente Signale durch kleine RC-Glieder zu dämpfen.


Offtopic :

Zitat :
allerdings soll es ein Breadboard Aufbau werden
Viel Spaß beim Fehlersuchen.
Falls Du Vorschläge für eine PCB-Fab (produziert in DE) brauchst, melde Dich per PM.
Hab in letzter Zeit schon einige Platinen von denen hier gezeigt.

BID = 1091367

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
Hab mir nur die Schaltung (Example 6-5) Auf Seite 30 vom MCP4801/4811/4821-Datenblatt angeschaut
Da der Ausgangswiderstand dieser DAC aber ungefähr 0 beträgt, ist der für die Zeitkonstante massgebliche Widerstand knapp 100 Ohm und 5 tau etwa 50µs.

BID = 1091368

BlackLight

Inventar

Beiträge: 5236

Ok, und wie relevant ist der andere DAC mit 100 kOhm/5tau = 50 ms?

[ Diese Nachricht wurde geändert von: BlackLight am 13 Dez 2021  7:28 ]


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