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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Brummen am Ausgang einer aktiven Filterschaltung


Autor: Antal 377 (antal)
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Hallo,
ich habe ein Problem mit einer aktiven Filterschaltung - ich bekomme 
einfach ein 100Hz-Brummen am Ausgang nicht weg und mir gehen allmählich 
die Ideen aus.

Eine habe ich aber noch: Ich habe oben und unten möglichst viel 
Massefläche stehen lassen. Die Anschlüsse (vier an der Zahl) sind 
BNC-Kupplungen, deren Sockel komplett metallig ist - sprich, sie sorgen 
für eine Durchverbindung der oberen zur unteren Massefläche. Kann das - 
Stichwort Masseschleife - die Ursache für mein Brummen sein?

Autor: oszi40 (Gast)
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Frage 1- schon anderes Netzteil/mit Batterie probiert ?
Frage 2- ist das Brummen schon am Eingang ?
Frage 3- steht ein anderes Gerät mit Trafo in der Nähe ?

Oft ist eine Schaltung richtig, aber die Anordnung falsch.

Eine Masseschleife ist auch eien schöne Fehlerquelle. Wenn jedoch kein 
Kabel angeschlossen wird, sollte dann der Fehler weg sein.

Autor: Mensch_Z (Gast)
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die Ursache für mein Brummen ?

schlechte Laune ?
Netzteil ?
falsche Filterfreq.
Offene Eingaenge....

Autor: Antal 377 (antal)
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Anderes Netzteil probiert - ja. Die gleiche Schaltung steht auch schon 
als Lose-Draht-Schaltung auf Lochrasterplatine, dort gibt es kein 
Brummen. Das Brummen kommt erst am Ausgang zustande. Offene Eingänge 
gibt es keine, ebenso keine frei hängenden Ausgänge. Desweiteren sehe 
ich die Leiterbahnen vor lauter zusätzlichen Blockkondensatoren kaum 
noch. Das Brummen am Ausgang ist auch da, wenn am Eingang kein Kabel 
angeschlossen ist.

Um auch nochmal auf meine Fragestellung aus dem Eröffnungspost 
zurückzukommen, kann denn durch eine Durchkontaktierung zwischen zwei 
Masseflächen (wobei vor allem die untere natürlich auch durch 
Leiterbahnen unterbrochen wird) eine problematische Masseschleife 
entstehen?

Autor: oszi40 (Gast)
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Frage an Sender Eriwan: Brummschleife durch vorhandene 
Durchkontakierung?
Antwort: theoretisch möglich, praktisch weniger wahrscheinlich wenn kein 
großer Strom fließt

ABER Frage 3 herumstehende Geräte wurde nicht beantwortet!
Frage 4 -kann Selbsterregung 100% ausgeschlossen werden ?
Frage 5 -schon mal mit Abschirmung versucht ?
Ist das Brummen noch so klein, mit Verstärkung 100 kann es größer sein.

Schönes WE!

Autor: Antal 377 (antal)
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Danke,

der Strom ist gering, im unteren zweistelligen mA-Bereich.

3 Herumstehende Geräte: Ansonsten nur das Oszi. Verändern der Entfernung 
dazu bleibt jedoch ohne Einfluss. Desweiteren wurde die Schaltung als 
Lochrasterplatine im gleichen Messaufbau problemlos betrieben.
5 Ich habe ein Alugehäuse drübergelegt, ohne Auswirkung. Verstärkung ist 
1.
4 Da fehlt es mir ein wenig am Wissen, wie ich dies zu 100% ausschließen 
könnte!

Autor: Mensch_Z (Gast)
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vielleicht braucht Antal
in der Schaltung...Tantal ?

Autor: Antal 377 (antal)
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Mensch_Z wrote:
> vielleicht braucht Antal
> in der Schaltung...Tantal ?

;)
Blockkondensatoren sind bisher Kerko + Alu-Elko. Würde es denn Sinn 
machen, die 4,7uF Standard-Alu-Elkos durch Tantal-Elkos zu ersetzen?

Autor: Wolf (Gast)
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Wie sieht denn Deine "aktive Filterschaltung" aus?

Autor: JensG (Gast)
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>Blockkondensatoren sind bisher Kerko + Alu-Elko. Würde es denn Sinn
>machen, die 4,7uF Standard-Alu-Elkos durch Tantal-Elkos zu ersetzen?

nee nee - nicht wirklich.
Haste schon mal Batteriebetrieb probiert, die Schaltung in einen 
Metalltopf gelegt, Blechdeckel drauf, nur die Ausgangsstrippen gucken 
raus. Brummt's immer noch?
Oder wird das Brummen stärker/schwächer , wenn Du mal die flache Hand 
knapp drüber schweben läßt?
Weiter kann es sein, daß die Betriebsspannung extrem weich ist, so daß 
selbst bei solch einer Schwachstromschaltung evtl. die Schaltung "pumpt" 
(Drosseln in der Zuleitung zusammen mit den Abblock-Kondis kann evtl. 
eine schöne Schwingschaltung ergeben, vielleicht eben gerade bei 100Hz). 
Mal mit dem Oszi auch die Betriebsspannung direkt an den OpAmps 
abhorchen.

Wie stark ist denn das Brummen (Pegel)?

Autor: Wolf (Gast)
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Bin ich blind und habe Antals "aktive Filterschaltung" übersehen?

Autor: JensG (Gast)
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Du siehst schon noch richtig - nix da ...

Autor: Wolf (Gast)
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Wie kann man sich denn dann so gut darüber unterhalten?

Autor: Antal 377 (antal)
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In der Eingangsfrage ging es mir erstmal um die Sache mit der 
Masseschleife, daher hatte ich zur Schaltung an sich nichts gesagt. Das 
hole ich jetzt aber mal nach:

Die Schaltung (davon zwei auf einer Platine) sieht folgendermaßen aus:

Eingang -> Aktiver RC-Tiefpass (1.Ordnung) -> Switched Capacitor 
Tiefpassfilter 4.Ordnung (MAX263) -> Aktiver RC-Tiefpass (2.Ordnung) -> 
Ausgang

Anmerkungen dazu: Der erste Tiefpass verhindert Aliasing, wird gebraucht 
da im "halbdigitalen" SC-Filter das Signal abgetastet wird. Der zweite 
Tiefpass dient der Glättung des Signals, dort wird gleichzeitig eine 
Offsetspannung (2,5V) für einen der Schaltung folgenden AD-Wandler 
eingekoppelt. Das ganze läuft an +/-5V Betriebsspannung. Das Brummen hat 
eine Amplitude von ca. 30mV. Zustande kommt das Brummen im SC-Filter: Am 
Eingang des SC-Filters ist nichts, am Ausgang des SC-Filters ist es da.

Mit Batterien habe ich es noch nicht getestet, da ich keine passenden da 
habe. In Gehäuse gelegt bzw. Hand drüber schweben/aufliegen lassen habe 
ich, ändert aber nichts. Die Betriebsspannung sieht sauber aus, ohne 
Brummen.


Noch eine weitere Idee: Sollte das Switched-Capacitor Filter eventuell 
eine "eigene Masse" bekommen, quasi wie bei der Aufteilung 
Analog-/Digitalmasse, die dann an einem Punkt verbunden werden? Derzeit 
holt sich das SC-Filter (wie alles andere in der Schaltung) seine Masse 
von der Massefläche.

Autor: Wolf (Gast)
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Antal schrieb:
"Desweiteren wurde die Schaltung als Lochrasterplatine im gleichen 
Messaufbau problemlos betrieben."
Also ist nur der Mess-aufbau identisch- nicht der Aufbau selbst, er 
weicht dann von der Lochrasterausführung ab, womit sich auch Fehler 
einschleichen.
100Hz sind eindeutig einem (Betriebsspannungs-)Brücken-Gleichrichter 
zuzuschreiben und keiner Betriebsfrequenz. Das beschriebene Brummen wird 
auch nicht im SC erzeugt. Wenn so was Unfassbares  geschieht, war oft 
was offen und wenn es ein Haarriss war (vom Platinen-Hersteller). Auch 
ein fast-Haarriss, keine Unterbrechung sondern eine nur unter der Lupe 
erkennbare starke Einschnürung der Leiterbahn ist verflixt. Bei 
selbstgeätzten Platinen kann man dem etwas entgegentreten, indem alle 
Bahnen verzinnt werden.
Bei vielen elektronischen Bausteinen bemerkt man gar nicht eine fehlende 
"echte" Betriebsspannung, sie wird über andere Pins eingeschleppt. Da 
hilft beim Messen der Versorgungsspannung mit dem Oszi ein 
gleichzeitiges Antippen mit dem Finger, wenns brummt, hängt nur der 
(Antenne-)Finger dran, bleibts glatt auf dem Oszi-Schirm, dann....

Autor: Antal 377 (antal)
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Danke für den Tipp, ich werde die Spannung an den Versorgungspins Montag 
mal mit gleichzeitigem Antippen prüfen. Allerdings sind dazu zwei Sachen 
zu sagen: Die Platine wurde in zweifacher Ausfertigung aufgebaut, bei 
beiden tritt das Brummen auf. Dazu wurden für die Versorgungsspannungen 
breite Leiterbahnen verwendet (1mm). Das macht einen Haarriss denke ich 
eher unwahrscheinlich, auch wenn es ihn natürlich nicht ausschließt.

Autor: Wolf (Gast)
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Denke scharf nach, was alles anders ist als auf dem Funktionierenden 
(Lochraster).

Autor: Wolf (Gast)
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Bauteilfehler können ausgeschlossen werden bei 2 üblen Kandidaten.

Autor: lkmiller (Gast)
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>Dazu wurden für die Versorgungsspannungen breite Leiterbahnen verwendet (1mm)
Vorab: 1 mm ist nicht breit.
Wichtig ist nicht unbedingt die geringe Breite, sondern die 
Leiterbahnführung.

Wenn da 2 Platinen sich gleich verhalten, der Lochrasteraufbau aber 
anders, würde ich eher auf einen Fehler im Schaltplan tippen (vergessene 
Junction oder eine Verbindung, wo keine hingehört), der dann in das 
Layout übernommen wurde.
Hast du schon den Schaltplan mit dem Lochrasteraufbau verglichen?


>Am Eingang des SC-Filters ist nichts, am Ausgang des SC-Filters ist es da.
Ist da was auf dem Takt/den Takten für das Filter mit aufmoduliert?
Woher kommt der Takt/die Takte?

Autor: Antal 377 (antal)
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Wolf wrote:
> Denke scharf nach, was alles anders ist als auf dem Funktionierenden
> (Lochraster).

Außer Bauteilplatzierung natürlich allen voran die Leiterbahnführung. 
Dabei fällt mir vor allem die Führung der Betriebsspannungen und der 
Masse ins Auge:

Lochrasterplatine:
- Spannungen sternförmig von einem Punkt aus verteilt
- Masse sternförmig von einem Punkt aus verteilt

PCB:
- Spannungen in drei Zweige aufgeteilt, und dann teilweise von einem Pin 
zum nächsten weitergereicht (z.B. +5V vom IC-Filter zum OP des darauf 
folgenden Glättungsfilters). Allerdings keine Schleife
- Massefläche wo immer möglich


Und irgendwie hänge ich immer noch an der Massefläche. Im Datenblatt des 
SC-Filters steht zwar: "Anschließen an analoge Masse". Macht es aber 
evtl dennoch Sinn, dem Filter eine eigene Masse zu spendieren, die ich 
dann an einem Punkt mit der Masse der übrigen Schaltung verbinde?



lkmiller wrote:
> Wenn da 2 Platinen sich gleich verhalten, der Lochrasteraufbau aber
> anders, würde ich eher auf einen Fehler im Schaltplan tippen (vergessene
> Junction oder eine Verbindung, wo keine hingehört), der dann in das
> Layout übernommen wurde.
> Hast du schon den Schaltplan mit dem Lochrasteraufbau verglichen?

Nicht nur einmal - ein Brett vor dem Kopf wäre zwar nichts neues für 
mich, aber ein Unterschied wäre mir sicher aufgefallen. Desweiteren ist 
die Schaltung (bis auf das Brummen) voll funktionstüchtig.

>>Am Eingang des SC-Filters ist nichts, am Ausgang des SC-Filters ist es da.
> Ist da was auf dem Takt/den Takten für das Filter mit aufmoduliert?
> Woher kommt der Takt/die Takte?

Der Takt kommt über Quarze (4MHz), die ich jeweils direkt neben dem 
SC-Filter-IC verlötet habe. Ob sich da etwas aufmoduliert hat, habe ich 
noch nicht genau geprüft - das 100Hz Brummen ist allerdings sicher nicht 
in der Intensität drauf, das wäre mir aufgefallen.

Autor: Wolf (Gast)
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>Ich habe oben und unten möglichst viel Massefläche stehen lassen.

>wobei vor allem die untere natürlich auch durch Leiterbahnen unterbrochen  wird)
Dann sind also
diese Masseflächen nicht Bestandteil der Betriebsmasse sondern 
(isolierte)   Kupferinseln?
Das kann stören. Auf dem Lochraster gab es die nicht.

Der Tiefpass davor und danach, sind beide mit diskrete Bauteilen 
aufgebaut?

>Am Eingang des SC-Filters ist nichts, am Ausgang des SC-Filters ist es da.
 Also an allen Eingängen des MAX263= Pin 5/1 ist nix und an allen 
Ausgängen= Pin 2/28 oder 4/26 ist der Brumm vorhanden.
Dieser 30mV-Brumm ist sonst nirgends zu messen! Auch nicht am +Pin10, 
-Pin18 und GNDpin 19 des MAX.

>Macht es aber evtl dennoch Sinn, dem Filter eine eigene Masse zu spendieren
 Datenblatt: "GND shoud be well bypassed in single supply applications". 
Schaden wird es nicht wenn mans auch bei dual supply macht. Mach es mal, 
dann kann man diese Möglichkeit ausschließen.

Autor: Antal 377 (antal)
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Danke für die Antwort,

>>Ich habe oben und unten möglichst viel Massefläche stehen lassen.
>>wobei vor allem die untere natürlich auch durch Leiterbahnen unterbrochen  wird)
> Dann sind also
> diese Masseflächen nicht Bestandteil der Betriebsmasse sondern
> (isolierte)   Kupferinseln?
> Das kann stören. Auf dem Lochraster gab es die nicht.

Da hatte ich mich etwas unklar ausgedrückt - Masseinseln gibt es keine, 
d.h. sämtliche Kupferflächen sind an Masse angeschlossen. Nur halt ist 
die Massefläche an einigen Stellen durch Leiterbahnen "eingeschnürt".

> Der Tiefpass davor und danach, sind beide mit diskrete Bauteilen
> aufgebaut?
Ja, nur die Blockkondensatoren sind SMD.

>
>>Am Eingang des SC-Filters ist nichts, am Ausgang des SC-Filters ist es da.
>  Also an allen Eingängen des MAX263= Pin 5/1 ist nix und an allen
> Ausgängen= Pin 2/28 oder 4/26 ist der Brumm vorhanden.
> Dieser 30mV-Brumm ist sonst nirgends zu messen! Auch nicht am +Pin10,
> -Pin18 und GNDpin 19 des MAX.
Ja - lediglich an den Signalausgängen ist das Brummen zu sehen. 
Eingänge, Betriebsspannungen und Masse sind sauber.

Autor: JensG (Gast)
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bist Du Dir sicher, daß es genau 100Hz sind? Kannst ja mal mit DualOszi 
an den Ausgang deiner Schaltung gehen (so daß Du die Brummspannung 
siehst), und mit dem zweiten Oszieingang die Tastspitze einfach in die 
Hand nehmen (also ein bißchen Brumm aus der Luft einfangen). Wenn beide 
Brummspannungen genau phasenstarr zueinander sind, dann kommt das 
Brummen wohl von ausen. Wenn nicht phasenstarr (also beide Wellen 
verschieben sich kontinuierlich zueinander), dann ist es wohl eine 
selbsterzeugte Brummspannung.

Autor: Wolf (Gast)
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Warum so niederfrequent?

Autor: Wolf (Gast)
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Die 30mV mit 1:1 Tastkopf gemessen oder 1:10?
Wenn Du beide für die Messung nimmst, bleiben die 30mV gleich oder 
verändern sie sich mit der unterschiedlichen Tastkopfbelastung?

Autor: JensG (Gast)
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Brummt der MAX263 noch, wenn Du den Aktiver RC-Tiefpass (2.Ordnung) nach 
ihm mal abklemmst (Signalpfad unterbrechen)? Hängt der Tiefpaß mit dem 
invertierenden, oder nichtinvertierenden Eingang am MAX263-Ausgang? 
(sofern es mit OpAmps gemacht wurde). Bzw. brummts nach dem Tiefpaß noch 
im abgeklemmten Zustand? Vielleicht brummt nämlich der Tiefpaß nur 
(oszilliert), und koppelt nur ein bißchen auf den MAX263 zurück?

Autor: Wolf (Gast)
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Das wurde von ihm noch nicht geschrieben, ich entnehme seinen bisherigen 
Angaben, daß er das schon so berücksichtigt hat.

Autor: Antal 377 (antal)
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Entschuldigung für die verspätete Antwort!
Ja, Abklemmen des folgendes Tiefpasses habe ich schon probiert - Brummen 
am SC-Ausgang bleibt. Gemessen habe ich mit 1:10 Tastkopf, 1:1 habe ich 
leider keinen. Das Brummen scheint in der Schaltung selber zu entstehen.

Ich baue die ganze Sache aber jetzt von Beginn an neu auf, so komme ich 
wahrscheinlich schneller zum Ziel. Danke an alle, die hier geholfen 
haben!

Autor: Tobi S. (Gast)
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setz nen notch filter mit rein und sag es geht ;-)

Autor: Wolf (Gast)
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Und wenn Du den Fehler gefangen hast, bitte mitteilen.

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