Massefuehrung bei digitalen Bussystemen - Page 2

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OpAmps fuer Messzwecke (NF) (was: Massefuehrung bei digitalen Bussystemen)

[OpAmps als Differenzverstärker beschalten]

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Es handelt es sich um eine Electret-Messkapsel von Sennheiser (genauen
Typ müsste ich nachschauen, KHE irgendwas IIRC). Die Kapsel braucht
einen FET möglichst dicht am Ausgang, vermutlich zur niederohmigen
Auskopplung. Danach ist das Signal jedenfalls nicht mehr symmetrisch,
vorher war es das vermutlich auch nicht. Aber das Kabel zu den ADC-
Einschüben ist nicht lang, im Schnitt etwa zwei Meter.

Worüber ich mir noch nicht ganz klar bin ist, ob ich die Verstärker
in das Mikrofongehäuse einbaue. Der Vorteil wäre, dass die Schaltung
im ADC-Einschub einfacher ausfallen könnte (weniger Verstärkung) und
ich weniger Störungen auf dem Kabel einfange. Der Nachteil wäre, dass
ich für andere Messungen im NF-Kleinsignalbereich noch einen weiteren
(externen) Vorverstärker bräuchte. Nur ist bisher noch nicht klar, ob
und wie häufig ich solche Messungen machen werde.

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Ich werde erstmal mit den als Differenzverstärker beschalteten OpAmps
experimentieren. Auf welche Parameter achte ich am Besten, wenn ich
einen für Messzwecke geeigneten Typ suche?

Für den Mikrofonverstärker hattest Du ja einen Parameter schon genannt,
das Rauschen. Dann sollte er auch bei hoher Verstärkung eine Bandbreite
bis etwa 100kHz haben.

Falls ich mal Gleichspannungswerte messen will, wäre wohl ein Typ mit
geringem Eingangsoffset empfehlenswert. Das wäre vielleicht auch ein
Argument dafür, den Mikroverstärker und den Differenzverstärker im
Eingang der Karte (der nicht so hoch verstärken muss) als getrennte
Baugruppen zu behandeln. So könnte man jedenfalls ihre Eigenschaften
optimieren.

Wie sind denn die Eingangsstufen von Oszilloskopen aufgebaut? Nimmt man
dafür spezielle OpAmps oder wird das diskret gemacht? Diese Bandbreite
bräuchte ich zwar nicht, aber die übrigen Eigenschaften wie Offset,
Verstärkung und Linearität wären schon eine feine Sache.

Martin

Re: OpAmps fuer Messzwecke (NF) (was: Massefuehrung bei digitalen Bussystemen)
On Tue, 27 Jan 2004 22:40:40 +0100, Martin Klaiber

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Da reicht unsymmetrische Verbindung, wenn die Umwelt da nicht völlig
verseucht ist.
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Der Impedanzwandler muss in jedem Fall zur Kapsel. Und wenn man da
ohnehin einen FET einbaut, kann man auch noch 20 dB verstärken.

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Ja. Oder alles im Mikro verstärken, Verstärkung ggf. Umschaltbar
machen, um Übersteuerungen zu vermeiden.

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Was soll da gemessen werden? Frequenzbereich? Maximaler Pegel?
Minimaler Pegel? OpAmps, z.B. AD 797, LT 1028, evtl. reicht ein
NE5534.
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Das schaffen die o.g. OpAmps locker, aber das Mikro?
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Ein Mikro ist kein Barometer. Wenn es als Druckempfänger aufgebaut
ist, hat es Bohrungen zum Ausgleich von Luftdruckschwankungen, die
die untere Grenzfrequenz festlegen. Wenn es als Druckgradienten-
empfänger aufgebait ist, ist die untere Grenzfrequenz ohnehin höher.

Norbert


Re: OpAmps fuer Messzwecke (NF)
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Mit dem Mikrofon: Frequenzgang, Impulsverhalten, Nachhallzeiten, usw.

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Also die üblichen Teile.

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Auch bei 60dB Verstärkung?

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Das muss natürlich nicht bis 100kHz auflösen können. Aber ich will
vermeiden, dass der OpAmp den Frequenzgang unnötig früh beschneidet.

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Das bezog sich auf die Messungen ohne Mikrofon. Stell Dir die Kiste vor
wie ein Oszilloskop mit Einschüben, nur dass es keinen Bildschirm hat,
sondern die Daten digitalisiert und an einen PC geschickt werden. Und
es muss nicht die Bandbreite eines Oszilloskops haben, 100kHz reichen,
da es nur für NF-Zwecke, und in erster Linie für akustische Messungen
mit einem oder mehreren Mikrofonen genutzt wird. Aber manchmal wird es
auch direkte Messungen an Bauteilen geben, und dann wäre es angenehm,
man könnte auch Gleichspannungen messen.

Martin

Re: OpAmps fuer Messzwecke (NF)

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Ja, die sind heute üblich.
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Ich habe für Mikrofonverstärker bisher gerne den SSM 2017 benutzt, der
wird zwar seit einiger Zeit nicht mehr produziert, aber ich habe noch
einige davon. Wenn ich mich richtige erinnere, wurde der Nachfolger
nie in nennenswerten Stückzahlen produziert, aber der hat ja auch wieder
einen Nachfolger, den SSM 2019, vgl.
http://www.analog.com/Analog_Root/sitePage/sectionSiteMap/

Die haben die von die gewünschte Bandbreite auch noch bei 60 dB
Verstärkung.

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Das ist eine völlig andere Baustelle. Ich hatte früher mal einen
Breitbandverstärker, der auch Gleichspannungen verstärkte, der hatte
am Eingang eine Frequenzweiche, zerhackerstabilisierte Gleichspannungs-
verstärker, parallel dazu dann Breitbandverstärker und am Ausgang
ebenfalls eine Weiche zum Summieren. Ich weiß jetzt nicht, ob man das
heute noch so macht/machen muss.

Zusätzlich brauchte man noch eine Gleichspannungskompensation für
Thermospannungen u.ä. Unangenehmes.

Norbert


Re: OpAmps fuer Messzwecke (NF)

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Das hört sich sehr gut an. Danke!

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Ich habe mich inzwischen entschieden, dem Mikrofon einen eigenen VV
im Mikrogehäuse zu spendieren. Damit kann ich auf der ADC-Karte einen
Typ verwenden, der eher auf geringen Eingangsoffset, DC-Betrieb u.ä.
optimiert ist, und muss nicht noch viel verstärken.

Martin

Re: OpAmps fuer Messzwecke (NF)
On Fri, 30 Jan 2004 22:50:03 +0100, Martin Klaiber

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Das was dann hinter dem Mikrofon(verstärker) kommt, ist unkritisch.

Aber: Der Mikrofonverstärker muss in der Verstärkung umschaltbar oder
reproduzierbar einstellbar sein, denn in der richtigen Welt gibt es
ganz verschiedene Schallpegel. Beispiel:

Mein Selbstbau-Mikrofonverstärker sind zwischen 10 und 60 dB bzw.
20 und 70 dB in 10 dB-tufen umschaltbar. Das leiseste Musikereignis,
das ich bisher aufgenommen hatte, war der Beginneines Stücks, wo der
Schlagzeuger solo die Snare mit den Fingerkuppen gestrichen hat.
Das Lauteste war, dass ich ein Mikro in ein Klavier hängen musste,
weil das Instrument für den Raum, in dem sich 100 Menschen drängten,
zu klein war. Da hatte ich bei einem dynamischen Mikro nur 20 dB Ver-
stärkung gebraucht, bei einem Kondensatormikro hätte ich wahrschein-
ich direkt in Line-In gehen können.

Norbert



Re: OpAmps fuer Messzwecke (NF)
Martin Klaiber schrieb:

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Hm, Elektret-Mikrofone haben üblicherweise den FET schon drin. Sonst
wäre der Quellwiderstand so hoch daß schon ein bißchen Kabelkapazität
einen merklichen Tiefpaß ergibt. Muß man bei dem Sennheiser-Mikro den
FET extern dazubauen? In diesem Fall interessiert Dich vielleicht das:
http://www.maxim-ic.com/quick_view2.cfm/qv_pk/3507

Bei nur 2m sollte auch unsymmetrisch kein Problem sein, solange Du
Signalmasse und Gehäusemasse nicht verwechselst ;-)

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Beim Rauschen spielt die Quellimpedanz eine entscheidende Rolle. Davon
hängt auch die Wahl des OpAmps ab. Siehe z.B.
http://www.linear.com/pdf/dn140.pdf

Dann muß das Gain-Bandwidth-Product (GBW) einfach hoch genug sein.

In bestimmten Fällen braucht man hochohmige Differenzeingänge, dann
läuft's auf einen Instrumentierverstärker hinaus.

Für Audio sind schließlich noch geringe harmonische Verzerrungen
interessant.

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Gleichspannung ist was ganz anderes als Audio. OpAmps, die ideal für
Audio sind, versagen u.U. bei DC. Ein bekanntes Beispiel ist der NE5532.
Das ist ein reinrassiger Audio-OpAmp, der keine Kompromisse für
DC-Anwendungen macht.

Einen universellen Verstärker für alles zu konstruieren ist nicht so
einfach. Das größte Problem dabei ist daß man für jedes Problem die
passende Bandbreite und Eingangsimpedanz wählen sollte. Zu viel
Bandbreite ist schlecht, weil man sich nur zusätzliches Rauschen und
größere Empfindlichkeit für Störungen einhandelt.

Auch A/D-Wandler sind üblicherweise für das eine oder das andere
optimiert. Auch an der Stelle würde ich nicht damit rechnen, eine gute
Universallösung zu bekommen. Schließlich muß man noch darauf achten, daß
der verwendete OpAmp zum Signaleingang des A/D-Wandlers paßt. Das ist
wieder eine Impedanzfrage. Es gibt auch etliche Wandler mit
symmetrischem Eingang.

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Meinst Du? Ich finde die absolute Genauigkeit nicht besonders gut. Bei
einem Oszi spielen 2% Fehler keine große Rolle. Den Offset kompensiert
man mit dem Positionsknopf. Die Linien driften sowieso während den
ersten 5 Minuten nach dem Einschalten in der Gegend herum. Die
Linearität und die Pulsantwort ist extrem wichtig bei Oszis. Früher als
man noch Schaltpläne für die Geräte bekam waren diese Verstärker mit
diskreten Bauteilen, oder gemischt aufgebaut. Heute ist das
wahrscheinlich in kundenspezifischen Chips integriert, über die nur der
Hersteller Bescheid weiß. Tektronix hatte mal eine Buchreihe in den 60er
Jahren wo die Schaltungstechnik im Detail beschrieben wurde (die
Concepts-Serie). Mit etwas Glück kannst Du vielleicht Gebrauchtexemplare
auftreiben (schick' mir 'ne Kopie von allem was Du kriegen kannst, ich
bin interessiert!).

--
Cheers
Stefan


Re: OpAmps fuer Messzwecke (NF)

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Nein, Du hast recht, er ist schon in der Kapsel verbaut. Ich hatte das
falsch in Erinnerung.

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Danke, eine sehr interessante Übersicht.

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Bei 100kHz und 60dB wären das also 100MHz GBW. Das ist schon ziemlich
viel. Spielt da nicht auch noch die Slew-Rate mit rein? Ein OpAmp, der
eine hohe Verstärkung bei niedrigen Frequenzen hat, hat ja dennoch eine
obere Grenzfrequenz, auch wenn die Verstärkung nur Eins beträgt. Oder
kann man das tatsächlich so gegeneinander in Beziehung setzen, dass
man also sagen kann, dass ein Typ, der bei 1Hz 120dB verstärken kann,
bei einer Verstärkung von 1 eine Bandbreite von 1MHz hat?

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So extrem hochohmig muss es in meinem Fall wohl nicht sein. 1MegOhm
sollte für die meisten Fälle reichen.

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Tja, das wäre in meinem Fall auch nicht uninteressant, da ich auch
Klirrfaktoren messen können will.

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Die Bandbreite liegt durch die Beschränkung auf den NF-Bereich fest.
100kHz sollte dicke reichen.

Außer beim Mikro ist die Quellimpedanz der Signalquellen unbekannt.
Eigentlich dachte ich an 1MegOhm Eingangsimpedanz, aber was ist, wenn
ich mal eine hochohmige Röhrenschaltung als Prüfling habe? Ich denke,
ich werde dem Mikrofon einen eigenen Verstärker im Gehäuse spendieren
und die Eingangsschaltung auf der Karte vorerst einfach halten.

Wenn ich irgendwann doch noch was Spezielles brauche, muss ich es mir
halt dazubauen. Sonst wird das eine endlose Planungsphase, wenn ich
alle Eventualitäten berücksichtigen will. Mich kostet, als Bastler,
die Planungszeit zwar nichts, aber so langsam will ich auch mal mit
dem Bauen anfangen.

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Ach so, ich dachte die Ungenauigkeit liegt an der Röhre.

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Sind das diese Röhrengeräte auf Laborwagen mit externem Netzteil (oben
das Oszi unten das Netzteil)? Ich kannte mal jemanden, der hat alles
nur mit Röhren gebaut und konsequenterweise auch nur röhrenbestückte
Messgeräte verwendet, z.B. diese Tektronix-Oszilloskope.

Keine Ahnung, ob ich ihn noch/wieder ausfindig machen könnte. Berlin
ist manchmal etwas unübersichtlich. Wenn man jemanden aus den Augen
verloren hat, kann es Jahre dauern, ihn wiederzufinden.

Martin

Re: OpAmps fuer Messzwecke (NF)
Martin Klaiber schrieb:
[...]
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Im Prinzip schon. Nicht so viele OpAmps haben allerdings eine
Leerlaufverstärkung von über 120 dB. Die Slew-Rate begrenzt nicht die
Verstärkung, sondern die maximale Ausgangsamplitude bevor's verzerrt.
Oder - andersrum gesehen - die maximale Bandbreite für Vollaussteuerung.
Dann gibt's auch OpAmps, bei denen andere Regeln gelten. Beispiel:
Current-Feedback-Amplifier.

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Das betrachte ich schon als hochohmig. Ein normaler Differenzverstärker
für Audio hätte eher so etwa um die 10kOhm Eingangswiderstand. Du hast
selbst schon von Oszilloskopen geredet. Die haben auch
Eingangswiderstände von 1MOhm, und Du weißt daß man da schon die
Tastköpfe an die Eingangskapazität anpassen muß, um Verzerrungen zu
vermeiden. Da geht's um ein paar Pikofarad, und das Testsignal ist eine
1kHz Rechteckschwingung. Eine Daumenregel, um das Gefühl für die
Verhältnisse zu verbessern: Bei 100kHz wirken 1.6pF wie 1MOhm.

[...]
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Das meine ich eben. Versuche nicht, einen "Universalverstärker" zu
bauen. Das wäre eine harte Nuß, und irgendwelche Kompromisse wären immer
nötig. Stattdessen wäre meiner Ansicht nach ein "hochpegeliger" Eingang
auf der Karte sinnvoll (dafür reicht ein einfacher Differenzverstärker),
je nach Signalquelle muß man dann u.U. spezielle Vorverstärker
davorschalten. Das kann entweder extern oder als Aufsteckmodul auf der
Karte sein. Gut fände ich es, wenn man auf der Karte noch einen
konfigurierbaren Bandpaß hätte, mit dem man den interessanten
Frequenzbereich herausfiltern kann. Konfigurierbar heißt dabei nicht,
daß er durch Software einstellbar ist, sondern daß man die passenden
Bauteile einlötet/einsteckt. Aber das ist nur meine Meinung, Du mußt
letztendlich selber wissen, was am besten für Dich ist.

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Das auch, aber eben deswegen braucht der Verstärker auch nicht besser zu
sein.

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Ja, zum Beispiel. Aber es geht auch um Transistorschaltungen; in den
60er Jahren sind die Röhren praktisch überall durch Transistoren ersetzt
worden. Im übrigen gab's auch Röhrengeräte mit eingebautem Netzteil. Das
externe Netzteil war nur bei besonders üppig ausgestatteten Geräten
nötig (z.B. Tektronix 555 mit über 100 Röhren). Die Dinger waren
ausgesprochen gut konstruiert und funktionieren oft heute noch
problemlos. Sind auch gute Laborheizungen ;-)

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Das wird an der Größe liegen, vermute ich :-)

Wie dem auch sei, wenn Du zufällig an so ein Concepts-Buch rankommen
solltest, laß es mich wissen! Die haben inzwischen Sammlerwert.

--
Cheers
Stefan


Re: Massefuehrung bei digitalen Bussystemen

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Im Regelfall werden die Karten keine externe Verbindung haben. Aber es
ist nicht auszuschließen, dass z.B. zwei Karten an einem Objekt messen.
In dem Fall wären die Massen beider Steckkarten tatsächlich miteinander
verbunden.

Es sei denn, ich verwende doch echte Differenzeingänge. Also z.B. einen
OpAmp als Differenzverstärker beschaltet, aber auf der Karte selbst geht
es massebezogen weiter in den ADC. Müsste so machbar sein, oder?

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Was meinst Du hier mit Isolation?

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Warum gestörter? Was mir einleuchtet ist, dass selbst wenn ich die
Spannungen auf der Karte mit Elkos abblocke, ich vermutlich keine
wirklich symmetrischen Spannungen mehr erhalte, da ja die Masse jetzt
gegenüber der Netzteilmasse verschoben ist. Ich weiß nicht, wie
tolerant z.B. OpAmps darauf reagieren. Meinst Du das mit 'gestört'?

Was mir auch noch als Lösung einfällt, was aber ziemlich aufwendig
wäre, ist, die Spannungen für die analogen Bauteile auf der Karte
selbst zu erzeugen. Wenn der Stromverbrauch nicht hoch ist, sollte
das machbar sein, aufwendig wäre es dennoch.

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Ich werde maximal eine Karte mit Signalgenerator haben, und die werde
ich gleich neben dem Netzteil platzieren.

Martin

Re: Massefuehrung bei digitalen Bussystemen
Servus,

In de.sci.electronics, Martin Klaiber said...
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warum konzentrierst Du die so auf einer Seite des Steckers... Ich gehe
mal davon aus, dass die Spannungen schon aus einem "sauberen" Netzteil
kommen und nicht zu große Rippel haben. Wenn Du die Spannungen alle mit
kleinen Kondensatörchen (4µ7, dann pufferts auch noch ein bisserl und
100n zum Kurzschließen der HF) beschaltest und die Grounds alle zusammen
dann sind die für HF alle gleich. Dann kann sich der Störstrom schön
verteilen und hebt sich in der Mitte des Steckers auf (rechte Faust
Regel, oder sowas). Damit hast Du auf jeden Fall am wenigsten Probleme.
Zur Übersprechdämpfung kann GND zwischen den Signalleitungen helfen,
aber bei den von Dir beschriebenen Frequenzen sollte das eh kein Prob
sein. An den ganzen ICs solltest Du natürlich irgendwelche Block-
Kondensatoren einbauen (100n oder 10n). Bei allen von mir genannten
Kondensatoren sollte man aber auf jeden Fall keramische Varianten
verwenden, da die den kleinsten Serien-Widerstand haben. Wenn Du die
Kiste Störsicher machn willst, würde ich über eine GND-Plain nachdenken,
das macht's einfach dicht... Natürlich nur, wenn Du platz hast...
Ansonsten auf jeden Fall oben und unten und in der Mitte auch noch mal
viel GND hinlegen (wg. der o.g. Kompensation)

Bei Fragen: mail me or post here.

Gruß,

Thomas

--

No matter if you are going on-piste or off-piste, just hit the slope and
stay healthy!

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Re: Massefuehrung bei digitalen Bussystemen
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[snip]

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Weil ich auch noch Analogbauteile auf manchen Karten habe, und beide
Spannungsversorgungen trennen will. Auf der anderen Seite des Steckers
liegen also die 'analogen' Spannungen (+/- 12..15V). Das muss man so
nicht machen, aber ich finde diese räumliche Trennung übersichtlicher
und elektrisch schadet es sicher nicht.

Martin

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