Gleichanteil aufschalten

Hallo,

ich arbeite (noch immer ;-)) an einer ADC-Treiberschaltung. Das Prinzipschaltbild, das dazu im Datenblatt vorgeschlagen wird, sieht folgendermaßen aus:

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Der erste OPV arbeitet dabei als Impedanzwandler, der zweite ist ein Inverter mit einem aufgeschalteten Gleichanteil von 2.048V.

Meine momentane Realisierung sieht so aus:

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Ich habe zusätzlich eine Verstärkung eingeführt (nun mit den richtigen Widerständen ;-)), und statt dem simplen RC-Tiefpaß einen Butterworth-Bandpaß verwendet. Da es sich um einen 18-bit-Wandler handelt und ich das Signal noch verstärken muß, wird das Rauschen nur mit einem Tiefpaßfilter nämlich viel zuviel.

Mein Problem ist allerdings das benötigte unipolare Signal. Das Signal, das ich aus meiner Messung erhalte, ist nämlich nicht unipolar, ich muß es also irgendwie auf eine Form von 0V bis 4.096V bringen (so braucht's der AD-Wandler).

Die im Datenblatt vorgeschlagene Schaltung (siehe erster Link) geht dabei schon von einem unipolaren Signal aus.

Wie kann ich das lösen?

Meine Ideen wären:

  • Das Signal im Bereich des nichtinvertierenden Verstärkers anheben (z.B. einen Eingangsspannungsteiler oder besser statt Masse einen Pegel an R27, allerdings ist dieser Pegel ja verstärkungsabhängig). Nur: Danach kommt ja das Filter, und meine ganze schöne Gleichspannung ist wieder weg...also keine gute Lösung...

Deshalb wäre die bessere Idee:

  • Den Inverter gar nicht mit Gleichspannung betreiben, ebensowenig das Signal des nichtinvertierenden Verstärkers verändern, sondern den Gleichspannungspegel erst nach dem Filter einführen. Aber...das ist jetzt vielleicht eine äußerst "blöde" Frage: Wie macht man das am besten, wenn alles extrem rauscharm sein soll? Im Moment erhalte ich in der Simulation eine Rauschspannung von 11uV.

Wie soll ich am besten vorgehen?

Eine zweite Frage am Rande hätte ich da auch noch: ich würde gerne die kapazitive Belastung simulieren - jedoch vermißt Spice dann den Gleichspannungspfad, wenn ich als ADC-input ein RC-Netzwerk einführe. Leider kann ich das Problem nicht mittels einem großen Widerstands gegen Masse lösen, weil ich ja am Rauschen interessiert bin...der große Widerstand würde mich da schon sehr stören ;-). Dasselbe Problem hab ich leider auch, wenn ich versuche, einen Filter höherer Ordnung zu verwenden, dann fehlen wegen der Kondensatoren Gleichspannungspfade (aber höhere Ordnung ist ohnehin sinnlos bei der OPV-Kennlinie von -20dB).

Ist die Schaltung allgemein überhaupt gut/schlecht/realistisch in Euren Augen? Gibt es irgendwo eine gute Informationsquelle, wie man Layouts am besten zu Rauscharmut verhilft? (Googeln hat mir nicht sehr viel eingebracht...) Wieviel soll man den für das fertige Layout noch ungefähr dazukalkulieren?

Vielen Dank, Simone

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Simone Winkler
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Das Signal kommt unbalanced rein, dieser A/D-Wandler will es balanced. Und es handelt sich wohl nicht um Nf. Das Signal das durch den invertierenden OP kommt wird durch diesen eine Phasenverschiebung haben. D.h. die Lösung ist für Nf ok, für Hf wohl weniger. Wenn man die Offsetverschiebung reinwurstelt ist also eventuell noch nicht viel gewonnen.

Es gab/gibt Videoverstärker a la NE592 , uA733 die mit doppeltem Signal arbeiten und den A/D wohl treiben können. Gilbert-Cell Mischer brauchen auch entsprechende Vorstufen es gibt also wohl entsprechende Literatur bei Amateurfunkern usw.

Man kann die Umsetzung unblanced/balanced z.B. auch mit Trafo machen ( Ringkern selber wickeln ). Halbleiter & ohmsche Widerstände rauschen. Kondensatoren & Induktivitäten nicht.

Wenn man viel Platz auf Leiterplatte hat und Qualität nicht zu hoch sein muß kann man eventuell "gedruckte" Induktivitäten verwenden. Beispiel dazu z.B. für den bekannten SO42-Mischer findet sich ausführlichst in Müller "Konstruktive Gestaltung und Fertigung in der Elektronik Band 1" Vieweg 1981 Nachteil: so ein Trafo hat gewaltiges Streufeld, kann mit benachbarten Schaltungen koppeln. Muß in Tunerdose. Tunerdose ist aber für angestrebte Schaltung wohl ohnehin fällig.

S.o.: wenn das Signal ab bestimmten Frequenzen nichtmehr in der Leiterbahn bleibt sondern als "Feld" um die Leiterbahn auch noch relevant ist gibts Probleme. Ansonsten hat man ohnehin Probleme mit Masse wenn man auf Leiterplatte ( aus pekuniären Gründen ) keine geschlossene Massefläche hat.

Bücher zu Noise sind speziell Motchenbacher "low noise...", der ist aber eher Nf. Pease "Troubleshooting ..." kann immer empfohlen werden.

Ansonsten hilft: Entwickler layouted selbst, Entwickler hat praktische Erfahrung ( das ist oft das Gegenteil von Spice ), Entwickler breadboarded geeignet. In diesem Fall könnte man unter "wainwright" "mini-mount" bzw "solder-mount" googlen, das ist schon recht layoutnah. Es gibt von Analog Devices im Handbuch "Practial Analog Design Techniques" Kapitel 9 dazu: "Hardware Design Techniques" Kester, Bryant, Jung, ... Es gibt in der gleichen Serie auch Handbuch "High Speed Design Techniques" Soweit nicht beschaffbar, Bücher eventuell von mir leihweise.

MfG JRD

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Rafael Deliano

Simone Winkler schrieb: ....

Wenn die Schaltung so bleiben soll wie sie ist, bleibt dir wohl nichts anderes uebrig als den DC-Anteil nach C5,C22 einzuspeisen. z.B. 2x Drossel beidseitig an L2 nach 2 Volt.

Da waere ich mir jetzt nicht so sicher. Wie sich das Rauschen letztendlich verteilt ueberlegt man sich am besten mit der entsprchenden Kleinsignalersatzschaltung. Letztendlich hast du diese grossen Widerstaende sowieso in deiner Schaltung - sonst wuerden sich die Kondensatoren nie entladen...

Naja, die Bauteilewerte sind derzeit wohl noch sehr akademisch. Zudem koenntest du mal parasitaere Elemente (vor allem bei den Iduktivitaeten) mit in die Schaltung einbeziehen. Spice rechnet halt auch nur mit den Daten mit dem man es fuettert. Nachdem keine DC-Signale verarbeitet werden, wuerde ich einer anderen Schaltungstopologie den Vorzug geben. Eventuell so:

Signal -> Puffer/Verstaerker -> Filter -> Balun -> AD-Wandler

Balun z.B.:

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Analog Devices hat eine Sammlung von Artikeln die sich genau mit deinem Problem befassen herausgegeben:

Walt Kester Analog-Digital Conversion ISBN 0-916550-27-3

Gruss Markus

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Markus Mandl

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