Pulse bzw. Frequenz in Spannung konvertieren

[...]

Bei so seltenen Pulsen hat man mehr von einer Auswertung der Pausenzeit. Am einfachsten waere hier eventuell ein kleiner Winzigkontrollierer der die Pausenzeiten mist, das eine PWM mit fester, aber hoher Frequenz rausgibt, die sich wiederum mit einem einfachen Tiefpass in die gewuenschte Spannung umwandeln laesst.

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Hallo,

schau mal hier:

Viele Grüße, Marko

RA Dr.M.Michael König schrieb im Beitrag ...

Sollte gehen: Puls steuert 3 Analogschalter (CD4066) gleichzeitig +---+ Puls -|A/b| GND---|A Y|---+--R-- VCC (Aufladewiderstand oder Konstantstromquelle) |B | +--C1--+ (Kondenstator wird bei Impulspause aufgeladen) |A Y|-+-(--C2--+ und waehrend Impulsdauer mit GND verbunden +---|B | | | | Kapazitaetswerte C1 > C3 > C2 | +-|A Y|-(-(-+-C3-+- GND | | |B | | | +------- Ausgangsspannung | | +---+ | | | +-------+ | +-----------+

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Warum einen Tiefpass? Ist es nicht sinnvoller, das Eingangssignal zu integrieren? Doch nur dann habe ich doch eine mit der Frequenz steigende Ausgangsspannung.

Günter König

Wenn die Pulse gleich verteilt sind, hast du nach der maximalen Periode von 50ms den Wert. Allerdings wäre ein Tiefpass mit der Grenzfrequenz extrem ungenau. Du willst aber auch nicht mehr Zeit spendieren als maximal 100 ms, also eigentlich weniger als 2 Tau. Hier sehe ich ein Problem mit normalen Filtern. Ich würde das Signal erstmal digital erfassen, in dem die Zahl der Pulse pro Zeiteinheit gezählt werden und dann musst du sehr schnell eine Spannung aus dem Messwert bilden, also ein PWM mit hohem Takt um die Spannung schnell über einen Tiefpass mit relativ kleiner Grenzfrequenz einstellen zu können.

bye Thomas

Juergen Hannappel schrieb:

Die Pausenzeiten variieren doch nur um den Faktor 25. Warum nicht in der Pause einen Zähler laufen lassen und den Zählerstand bei Pulsbeginn mit

8 Bit wandeln? Die Genauigkeit wäre hoch genug.

--
Michael Redmann
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Ja, analog wird es mehr oder weniger aufwendig:

AN-210: Mit PLL, aber eher nicht für nur 20Hz. Sehr aufwdg. Appendix C (sic): Einige Hinweise auf Ripple und Filter. LB-45: (Aha, hatte ich eigentlich gesucht ;-)) Nachgeschalteter Sample and Hold gegen Ripple.

--
mfg Rolf Bombach

Am 23 Jun 2004 16:37:49 GMT, meinte "MaWin" :

Mhm. Ich versuche es ja zu begreifen ... aber es geht nicht. Also: A und Y sind die Ein-/Ausgänge der Schalter, B der Schaltanschluß, ja? Von oben nach unten S1 bis S3. Somit liegt die Pulsleitung an den Schaltanschlüssen von S1 und S3 sowie am Eingang A von S2. C1 liegt an GND und mit dem anderen Abschluß an Plus. S1 schaltet hieran beim Puls Masse. Gleichzeitig geht diese Verbindung C1/R an den Schaltanschluß B von S2. D.h. nach einer gewissen Pausenzeit hat sich C1 so weit aufgeladen, daß er S2 schaltet. S2 verbindet dann den ebenfalls auf GND liegenden C2 mit dem Puls - der dann aber gerade fehlt, da die Pausenzeit läuft. Also wird C2 auf Massepegel entladen. Aha. C2 geht aber auch an den Eingang von S3, dessen Ausgang zu den auf ebenfalls an Masse liegenden C3 führt. Der Schaltanschluß von S3 ist wiederum mit dem Puls verbunden - der momentan eben durch Abwesenheit glänzt so daß C3 mangels Verbindung mit C2 als S&H die Spannung von "vorher" (egal wie sie sei mag) führt. So, und nun der Reihe nach: Puls kommt, S1 schaltet, C1 geht auf Masse, S2 macht auf (so daß der Puls C2 nichts "anhaben" kann) und S3 macht zu, so daß die Spannung von C2 (wie groß die auch immer sein mag) auf C3 übertragen wird. Puls geht, so daß S3 öffnet und C3 S&H spielt. Gleichzeitig liegt an S2 Masse an, kann aber C2 wegen Fehlens der Steuerspannung nicht beeinflussen. C1 liegt nicht mehr auf Masse und beginnt sich über R aufzuladen. Einige Zeit später ist immer noch Pause, C1 aber soweit aufgeladen, daß S2 schließt. Dadurch wird C2 auf Massepegel gesetzt, da auf der Pulsleitung Masse liegt. C3 ist davon unberührt. Jetzt kommt der Puls wieder und als Ergebnis wird der Massepegel von C2 auf C3 "übertragen". C1 geht auf Masse so daß S2 öffnet und C2 seinen Massepegel von eben behält. jetzt geht das Spiel von vorne los, d.h. nach einiger Zeit wird C2 obschon nicht geladen wieder auf Masse gesetzt usw. Ergebnis: C3 hat immer 0V. Habe ich etwas übersehen oder ist an der Schaltung etwas verkehrt?

Beste Grüße

Dr. Michael König

--
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Am Thu, 24 Jun 2004 10:28:16 +0200, meinte "Michael Redmann" :

Das ist einstellbar. In jedem Fall aber sind es am einen Ende der Skala wirklich nur ein paar Pulse je Sekunde.

Zweifellos. Aber ein Zähler mit der gesamten Steuerelektronik plus D/A-Wanldung ist ohne uC recht aufwendig.

Beste Grüße

Dr. Michael König

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Am Wed, 23 Jun 2004 16:01:41 +0200, meinte Juergen Hannappel :

Naja, das ist alles einstellbar - ich kann die Pulsbreite auch so weit vergrößern, daß die am anderen Ende die Pausen selten sind.

Darauf läuft meine Idee ja auch hinaus.

Sicher, mit einem uC geht das auch - aber leider stehe ich damit immer noch auf Kriegsfuß und muß es entweder ohne uC oder mit einem fertigen Produkt erschlagen.

Beste Grüße

Dr. Michael König

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Am 24 Jun 2004 00:01:19 -0700, meinte usenet snipped-for-privacy@stanka-web.de (Thomas Stanka):

Tja, das entspricht meiner Beobachtung.

Ach je, das ist ja auch viel aufwendiger als meine Idee. Scheint doch kein triviales Problem zu sein ...

Beste Grüße

Dr. Michael König

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RA Dr.M.Michael König schrieb im Beitrag ...

Nein, A und B die Eingaenge, ueber die A/b umschaltet, Y der Ausgang, uebrigens ein 4053 und nicht 4066 (bei dem man noch einen Inverter braeuchte, um dasselbe zu erreichen)

C2 ca. 1/10tel C1 oder sogar kleiner. C3 fast so gross wie C1, eventuell sogar groesser, haengt alles von gewuenschter Genauigkeit und Reaktionsschnelligkeit ab.

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Hallo Rolf,

Die Richtung ist schon ganz gut, der LM331 ist brauchbar bis herunter in den Hz-Bereich. Aber diese Anwendung waere wahrscheinlich besser mit einen Micro Controller zu loesen, der die Intervalle misst und dann nach einem gewuenschten (programmierten) Algorithmus Schwankungen ausgleicht.

Man koennte natuerlich auch einen Pulsbreitenmesser analog hinbekommen. So in einer Art Track- and-Hold Schaltung, wobei Aenderungen per Stromquelle bis zu einer festgesetzten Flankensteilheit begrenzt werden.

Gruesse, Joerg

Am Wed, 23 Jun 2004 16:04:53 +0200, meinte Marko Aschoff :

Ja, danke. LM2907, auf den ersten Blick der Wunschkandidat. Aber der macht, wenn ich das recht verstanden habe, im Prinzip ja auch nicht viel anderes, es werden Strompulse integriert und die Ausgangsspannung ist entweder wellig oder die Reaktionszeit ist zu lang. Aber einen Test ist es wert, vielleicht ist das Ergebnis ja o.k.

Beste Grüße

Dr. Michael König

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Am Thu, 24 Jun 2004 19:56:08 +0200, meinte Rolf Bombach :

Aber nur damit_

Heilig´s Blechle, was für eine Materialschlacht. Und dann die Ernüchterung: Kaum brauchbar unter 200 Hz und nicht als SMD. Gemessen an diesem Aufwand ist meine Idee recht simpel.

Aber warum nicht das Prinzip aus LB45 anwenden: Einen normalen Tiefpaß mit gerade noch erträglicher Zeitkonstante und danach ein S&H, das eine bestimmte Zeit nach oder vor dem Puls das sample nimmt - oder vielleicht direkt mit Pulsbeginn für wenige us, wenn der Sägezahn "am Ende" ist. Bei höheren Frequenzen ist die Spannung ohnehin weitestgehend gleich und bei niedrigen Frequenzen ist die Spannungsänderung für wenige us selbst während des Pulses so gering, daß der verbleibende Ripple erträglich sein dürfte. Oder gibt es da wegen der Linearität einen ganz bestimmten, optimalen Zeitpunkt für das sample?

Ich habe dazu fogende Idee: Erst kommt ein noch "erträglicher" Tiefpaß, z.B. 47k/1u, der die Pulse in eine bei niedriger Frequenz noch recht wellige Gleichspannung verwandelt. Dann ein FET BSS123 mit Source an dem 1u. An dessen Drain folgt eine weitere RC-Kombination aus z.B. 10k/10n (oder besser

1k/100n?). Danach ein OP als Puffer. Der FET wird über den Puls zu dessen Beginn kurz durchgeschaltet; dazu dient eine Kombination von z.B. 1n in Serie zum Gate und von da 220k gegen Masse; diese Zeitkonstante ist etwa doppelt so lange wie die des Tiefpasses nach dem FET (im S&H). Da der FET nur bis 14V Ugs erträgt, die Pulse aber bis ca. 21V gehen können, muß noch ein Serien-R von 100k in die Gate-Leitung geschaltet werden; ist er vor dem 1n oder nach dem 1n (evtl. mit verkleinertem Masse-R) einzufügen? Die reverse Diode im FET stört m.E. nicht. An Source des FETs liegt ja nicht die volle MF-Puls-Spannung als Puls an sondern nur die durch den Tiefpaß geschickte Spannung. Die Diode wirkt sich also nur aus, wenn zwischen der gesampelten Spannung und der dann steigenden Spannung am Ausgang des Tiefpasses, also zwischen Source und Drain, mehr als 0,7V liegen. Nach meiner Erinnerung ist das bei der niedrigen Frequenz aber nicht der Fall - überhaupt waren die Ausgangsspannungen insgesamt nicht allzu hoch. Und selbst wenn dann wäre die Differenz nicht so sehr groß, so daß sich der Ripple aufgrund des Spannungsabfalls an der Diode ohne deutlich reduzieren würde. Aber zur Not könnte ich ja auch dem Tiefpaß einen Spannungsteiler vor- oder nachschalten und so die Spannung so weit drücken, daß der Ripple unter den 0,7V bleibt, und danach mit dem Buffer-OP (fann als Verstärker) die Spannung wieder auf das Maß bringen, das ich danach brauche.

naja, vielleicht stellt sich ja MaWins Analogschalter-Lösung als einfacher heraus ...

Beste Grüße

Dr. Michael König

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[... diverses]

Wenn ich recht kombiniere ist der Sinn dieses Threads und des parallelen zum Thema Motorsteuerung doch wohl eine Modellbahnlok mit wohldefinierter Geschwindigkeit fahren zu lassen, gell? Da ist wohl jetzt mal der Zeitpunkt gekommen die Winzigkonrtolliereraversion zu ueberwinden und einen solchen fuer beides zu benutzen, das bringt wohl die kleinste loesung.

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Also, ich würde die Impulsperiode mit einem Zähler auszählen, den Zählerstand am Impulsende latchen und mit einer R/2R ladder in eine Spannung umwandeln. Damit hast Du eine glatte Gleichspannung und die Ausgangsspannung reagiert extrem schnell auf Frequenzänderungen. Der Aufwand ist gering (1x (evtl 2x) 74590, 1x 74HCT377, 1 Inverter, 1x R/2R Leiter und 1 Quarzoszillator) und die Schaltung trivial (vereinfacht):

Eingang----|inverter|-------an reset---- | | | | |osc|---|74590|----|74590| | || || geeignete Ausgänge | \ / | \ / ---------Takt----- |74HCT377| || v |R/2R|----------Ausgang

Am 25.06.2004 09:43 schrieb RA Dr.M.Michael K=F6nig:

[Snip]

Ich habe zwei Vorschlaege fuer Dich, da ich vor einer aehnlichen Situation (bzgl. "Winzigkontrollierer") stehe:

1. Von Intel gab's mal den 8051-Basic (Literatur dazu hab' ich) und derzeit gibt's von vielen Herstellern dazu Kompatible. (zB. Atmel AT89C2051, Philips, etc.) Die Controller brauchen wenig Peripherie und sind in Basic zu programmieren - sollte fuer eingefleischte "Analogos" (wie mich ;-)) gehen. Taktfrequenz orig. 12MHz, dzt. groesser 33MHz.
2. Schau unter
   formatting link
   nach Basic-Tiger, Basic-Stamp, etc. Die sind dann schneller als obige, haben IMO ein paar Features in deren Basic mehr und sollten fuer Steuerungsaufgaben gut geeignet sein.

HTH fritz

--=20 Wir hatten eine Steinzeit, Bronzezeit, Eisenzeit. Und wenn nicht alles taeuscht, stehen wir schon mitten drin in der Siliziumzeit.

Am 24 Jun 2004 20:01:53 GMT, meinte "MaWin" :

"Übrigens" ist gut - hättest Du nicht 4066 geschrieben hätte ich nicht eine Stunde vergebens versucht, Deine Schaltung zu verstehen.

Ja, das müte wohl gehen - aber mit dem Makel, daß die Spannung nicht der Frequenz proportional sondern entgegengesetzt ist: Je länger die Pause und je niedriger die Frequenz destso höher die Spannung. Besser wäre daher:

+---+ Puls -|A/b| VCC---|A Y|---+--R-- + (Entladewiderstand oder Konstantstromsenke) |B | +--C1--+ (Kondensator wird bei Impulspause entladen) |A Y|-+-(--C2--+ und waehrend Impulsdauer mit VCC verbunden +---|B | | | | Kapazitaetswerte C1 > C3 > C2 | +-|A Y|-(-(-+-C3-+- GND | | |B | | | +------- Ausgangsspannung | | +---+ | | | +-------+ | +-----------+

Vom C2 auf einen 10 mal so großen C3? Da geht doch die ganze Spannung verloren! Ich hätte jetzt C1: 10u C2: 1u C3: 100n genommen; 100n sind bei den kurzen Haltezeiten noch o.k. Das Umladen geht ja wohl ruckzuck.

Beste Grüße

Dr. Michael König

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