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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Digital-Analog Wandlung ab PWM OpenDrain Output


Autor: Martin Kohler (mkohler)
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Hallo,
Ich habe einen DAC gemäss dem angehängten Schema aufgebaut.
Eingangsseitig wird ein PWM Signal ab einem OpenDrain Output 
eingespeist. Die PWM Frequenz beträgt 10kHz, die Versorgungsspannung ist 
24V.

Die Analog Ausgangsspannung beträgt 0..10V linear zum eingestellten PWM 
% Wert.

Die Komparatorstufe definiert mit dem ausgegebenen Rechteck 0/10V auch 
gleich die maximale Analog Ausgangsspannung von 10V.

Die Filterstufe wurde mit TI FilterPro dimensioniert gemäss den Angaben 
im Schema, die Filterung ist an sich o.k.

Nun habe ich das folgende Problem:
Der Spannungsfolger am Ausgang wurde erst nachträglich hinzugefügt, weil 
ich festgestellt habe, dass der Ripple auf der Ausgangsspannung sehr 
stark von der verwendeten Last abhing (ohne Imp.Wandler: 40mVpp ohne 
Last, ca. 200mVpp bei C am Ausgang). Diese Lastabhängigkeit der 
Ripplespannung wollte ich mit dem Spannungsfolger verhindern.

Mit Spannungsfolger ist nun die Ausgangsspannung weitgehend unabhängig 
von der Last, die Ripplespannung ist aber wieder signifikant höher. Sie 
beträgt nun ca. 180mV.

Frage: Was kann wohl dazu führen, dass die vor dem Impedanzwandler auf 
ca. 40mV liegende Ripplespannung durch eben diesen auf ca. 180mV 
vergrössert wird?
Ist das wohl ein Kanalübersprechen im OpAmp selbst?
Wie bringe ich die Ripplespannung auf einen Wert um die 50mV?

Danke für die Antworten.

Autor: faraday (Gast)
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Ist das layout OK?
Ich tippe auf schlechte Trennung von Laststrom und Signalstrom.
Gruß

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Wie sieht die Spannungsversorgung aus?
Mit 1µF ist die schon recht knapp gestützt, an den OPs sind gar keine 
Blockkondensatoren.

EDIT:
OK, schon gesehen, die Versorgungspins der OPs sind mehrfach da...

Wie ist die Masseführung?

Autor: Martin Kohler (mkohler)
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Das Layout ist ok (siehe Bild)
- 2lagiger Print
- saubere GND Plane mit einzelnen Brücken drin
- (fast) alles in SMD
- räumliche Trennung Speisung - Comparator - Filterstufe
- Filterstufe sehr kompakt gelayoutet
- Ausgang nach Impedanzwandler direkt weggeführt zu Klemme

Die gezeigte Platine war ursprünglich für 2 Kanäle vorgesehen, es hat 
sich aber gezeigt, dass dies nicht einfach so möglich ist, weil der 
Komparator ein ziemlich hässliches Kanal-Übersprechen hatte.

Aus dem zweiten Filter-OP des zweiten Kanals habe ich darauf den 
Spannungsfolger gemacht (Drahtbrücke quer über OP), den Rest der 
Schaltung des zweiten Kanals so belassen (natürlich abgetrennt vom 
Spannungsfolger Input)

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Diese Entkopplungs-C's haben ihren Namen nicht wirklich verdient. Die 
sitzen zwar irgendwo auf der Platine, aber nicht an dem Platz, der im 
Schaltplan eingezeichnet ist.

Hast du mal ein Oszi-Bild von dem Ripple (vorher und nachher)?
Am besten mit Bezug zum PWM-Eingangssignal.

Autor: Carsten (Gast)
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Da du ja eine Gleichspannung haben möchtest, solltest du vielleicht die 
Grenzfrequenz von 2kHz herabsetzen (in den Hz-Bereich). In deinen 
Flanken der PWM befinden sich ja alle möglichen vielfachen deiner 
Schaltfrequenz. Abblokung mit Keramikkondensatoren bringt auch viel. 
Stichwort Low ESR.

Gruß Carsten

Autor: Martin Kohler (mkohler)
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@Lothar:
Der Blockkondensator beim Komparator ist unschön angebunden, stimmt 
(unten im Bild). Der GND-Pfad muss dort von Via zu Via "links rum" der 
Plane entlang...

Beim OpAmp (oben) ist die Anbindung an die Plane und die versorgende 
Leitung (von links kommend) ziemlich gut. Wie sollte es da besser sein?

Oszi Bilder liefere ich bald nach.

Autor: Martin Kohler (mkohler)
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...und noch das Bild

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Wie sollte es da besser sein?
So wie im Bild: VCC/GND --> Via --> Kondensator --> IC
Keine Vias zwischen Block-Kondensator und IC, das gilt für GND und Vcc.

Und: fahr jeden Pin, der auf GND geht, mit einem eigenen Via direkt auf 
den GND-Layer. Also nicht mehrere Pads/Pins sammeln und dann auf GND 
gehen (wobei Ausnahmen wieder mal die Regel bestätigen dürfen).
Und keine Sorge um die Abnutzung der Bohrer: es sind nicht die deinen 
;-)

Autor: GB (Gast)
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Zu deinem Layout.

1. Block-Kondensator am OP:

Verbindung von beiden Versorgungsspannungspins erst auf den Kondensator, 
dann auf Versorgung und GND.

2. Folienkondensatoren haben keinen Verlustfaktor und bilden gerne mit 
dem L der Leiterbahn einen (nahezu ungedämpften) Schwingkreis. Besser 
durch Keramik ersetzen.

GB

Autor: Raimund Rabe (corvuscorax)
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Kann mich da Lothar nur anschliessen, das Layout und die Anordnung der 
Abblock-Cs beim LM324 ist hier suboptimal.
Bei den Spannungsreglern hingegen wurde es, im krassen Gegensatz dazu, 
bestmöglich gemacht: Die Abblock-Cs wurden direkt an die Pins der Regler 
auf der SMD-Seite gelötet.

Wenn man schon Platinen selber macht und keine Durchkontaktierungen 
einplant, d.h. Durchkontaktiernieten verwendet oder kleine (3...4mm 
lange) Drahtenden als 'Via'-Notbehelf vorsieht, bekommt bei einer 
Massebahn nur auf der SMD-Bauteil-abgewandten Seite unter Garantie 
mächtige Probleme.
Bei bedrahteten Ausführungen können da axiale Widerstände, Kondesatoren 
und IC-Sockel sehr hilfreich sein, die man auf beiden Seiten verlöten 
kann. In meinen Anfangszeiten (vor über 3 'Dekaden') habe ich häufig so 
Platinen mit Erfolg entwickelt.

Martin muss hier wohl oder übel noch ein wenig Hausaufgaben machen - 
jedenfalls was die korrekte 
Anbringung/Verdrahtung/(GND-)Layout-Richtlinien von Abblock-Cs angeht.

Grundsätzlich kann man ansonsten an dem Schaltungsdesign nichts 
aussetzen - zumindests ist mir, nach dem ersten 'Einsehen', (noch) 
nichts 'krasses' aufgefallen.

Autor: Martin Kohler (mkohler)
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Die Folienkondensatoren sind nur deshalb da drin, weil wir die 
entsprechenden Werte in Keramisch nicht da haben. Für die nächste 
Version des DA Wandlers wird einerseits das Layout noch 
verbessert/verkleinert, andererseits kommen auch die richtigen Typen 
rein. Hier geht es um die Machbarkeit/Prinzipversuche.

Autor: faraday (Gast)
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10kHz ist nicht wahnsinnig hoch und von 40 auf 180mV ganz schön viel.
Ich denke, daß etwas Grundsätzliches falsch sein muß. Parasitäre Effekte 
würde ich nicht vorrangig als Ursache vermuten.
Wie groß ist das C am Ausgang? Evtl. Ausgangsstrom zu klein oder Slew 
Rate?
Vielleicht auch ein Meßproblem. Verbinde mal den kurzgeschlossenen 
Tastkopf mit Gnd oder Ausgang Puffer und schau Dir mal das Bild an.
Wenn Du hast, nimm mal einen anderen OP-Typen als Vergleich, oder 
einfachen Sourcefolger.
Gruß

Autor: Martin Kohler (mkohler)
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Sodele, dann liefern wir mal ein paar Bilder ab, aufgenommen mit dem 
Picoscope USB Oszi...

Kanal A: OpenDrain Ausgangssignal -> Eingangssignal der Schaltung
Kanal B: variabel

Kanal B = Komparator Out, PWM 25%

Autor: Martin Kohler (mkohler)
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Kanal B = Komparator Out, PWM 50%

Autor: Martin Kohler (mkohler)
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Kanal B =  Filter1, PWM 25%

Autor: Martin Kohler (mkohler)
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Kanal B =  Filter1, PWM 50%

Autor: Martin Kohler (mkohler)
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Kanal B =  Filter1, PWM 75%

Autor: Martin Kohler (mkohler)
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Kanal B =  Filter2, PWM 25%

Autor: Martin Kohler (mkohler)
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Kanal B =  Filter2, PWM 50%

Autor: Martin Kohler (mkohler)
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Kanal B =  Filter2, PWM 75%

Autor: Martin Kohler (mkohler)
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Kanal B =  Impedanzwandler Out, PWM 25%

Kanal B ist AC gekoppelt

Autor: Martin Kohler (mkohler)
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Kanal B =  Impedanzwandler Out, PWM 50%

Kanal B ist AC gekoppelt

Autor: Martin Kohler (mkohler)
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Kanal B =  Impedanzwandler Out, PWM 75%

Kanal B ist AC gekoppelt

Autor: Martin Kohler (mkohler)
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faraday wrote:
> Vielleicht auch ein Meßproblem. Verbinde mal den kurzgeschlossenen
> Tastkopf mit Gnd oder Ausgang Puffer und schau Dir mal das Bild an.
siehe Anhang... Hier ist die Sonde am Schaltungsausgang auf GND gehängt.
Hier scheint schon mal ein grosser Teil der "Ripplespannung" zu sein.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Ja, nun die Transitfrequenz vom LM324 ist nun mal nur 1MHz (Bild).
Schneller kann der nicht, und das sind die Spikes, die du siehst (in 
deinem Bild DAC_filter2_50.png). Und das wirkt sich auch auf das 
Kleinsignalverhalten negativ aus (auch Bild).

Fazit: anderen OP verwenden :-(

EDIT: aber wenn ich mir das so richtig anschaue kann da durchaus auch 
eine Entkopplungsgeschichte den OP kurz ausser Tritt bringen, denn im 
Bild DAC_filter1_75.png sieht man ja doch sehr schön den gefilterten 
Sinus (rot).

Autor: faraday (Gast)
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kannste mal Dac out und 15V zusammen (ac)oszillographieren?

Autor: Martin Kohler (mkohler)
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@Lothar:
Kommen denn die Spikes vor allem vom zu langsamen OP, vom Filter oder 
von Einkopplungen aufgrund ungünstiger Leiterführung?

@faraday
siehe Anhang ;-)

Autor: faraday (Gast)
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ich kenne das Picoscope nicht, aber kurzer Masseclip und gleiche 
Steckdose für Oszi+Stromversorgung ist immer empfehlenswert.
Gruß

Autor: Martin Kohler (mkohler)
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Lothar Miller wrote:
> ... eine Entkopplungsgeschichte
> Bild DAC_filter1_75.png sieht man ja doch sehr schön den gefilterten
> Sinus (rot).
Ja genau.

Ich bin auch bisher davon ausgegangen, dass mir ein langsamer OP auch 
keine so hochfrequenten Störungen reinbringen kann wie diese Spikes, da 
er für diese ja zu langsam sein sollte. Sehe ich das komplett falsch?

Autor: Martin Kohler (mkohler)
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faraday wrote:
> ich kenne das Picoscope nicht, aber kurzer Masseclip und gleiche
> Steckdose für Oszi+Stromversorgung ist immer empfehlenswert.

Daran könnte es theoretisch auch liegen (das übermässige Rauschen).

Aber: ich habe dieselben Messungen vorgestern in einem anderen Raum 
durchgeführt, da war alles an derselben Steckdose. Dort habe im mit 
einem (damals) sauteuren LeCroy 334A gemessen, konnte aber die Bilder 
nicht aufnehmen, weil
- das Floppy spinnt
- wir keinen Zugriff auf die RAM Card Schnittstelle haben
- keine GPIB Steuerung vorhanden ist
- der ScopeExplorer das Gerät über die RS232 nicht erkennen wollte. :-(

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Wie sieht das Ausgangssignal ganz ohne PWM-Ansteuerung aus?

Die Spikes, die da zu sehen sind, können u.U. auch von der etwas 
"ungünstigen" Masseführung des PWM-Eingangs kommen. Denn dort muss ja 
der Strom von +10V über R10 und R4 (immerhin ca. 10mA) herumzirkulieren.
Aber mein Hauptverdacht für die Spikes ist der Komparator. Und schließ 
den Entkoppel-C vom Komparator doch mal direkter an. Der ist kritisch.

Zum Rauschen des Ausgangs allgemein:
Wo ist die Masse vom Oszi angeklemmt? Die üblichen 
Tastkopf-Masse-Strippen mit ca. 10cm Länge sind fast schon zu lang.
Was zeigt dein Oszi an, wenn du den Tastkopf direkt auf die Masse auf 
deiner Platine hältst?

Autor: Martin Kohler (mkohler)
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Lothar Miller wrote:
> Wie sieht das Ausgangssignal ganz ohne PWM-Ansteuerung aus?
So...

Autor: Martin Kohler (mkohler)
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... und so.

Autor: faraday (Gast)
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dac out und 15V bitte in gleicher Auflösung; ac gekoppelt

Autor: Martin Kohler (mkohler)
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> Aber mein Hauptverdacht für die Spikes ist der Komparator. Und schließ
> den Entkoppel-C vom Komparator doch mal direkter an. Der ist kritisch.
mach ich mal, einen Moment...

> Was zeigt dein Oszi an, wenn du den Tastkopf direkt auf die Masse auf
> deiner Platine hältst?
siehe dieses Bild:
Beitrag "Re: Digital-Analog Wandlung ab PWM OpenDrain Output"

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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>> Was zeigt dein Oszi an, wenn du den Tastkopf direkt auf die Masse auf
>> deiner Platine hältst?
> siehe dieses Bild:
> Beitrag "Re: Digital-Analog Wandlung ab PWM OpenDrain Output"
Oh, eine Rekursion... ;-)

EDIT:
Habs doch noch gefunden.
Beitrag "Re: Digital-Analog Wandlung ab PWM OpenDrain Output"
Sieht grauenhaft aus...

Autor: Martin Kohler (mkohler)
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faraday wrote:
> dac out und 15V bitte in gleicher Auflösung; ac gekoppelt

Es sieht ganz danach aus, als wären Teile des Störsignals auch auf der 
Speisung vorhanden -> grösserer Koppelkondensator?


Edit:
Woher die nun grössere Störung auf V_out kommt kann ich nicht wirklich 
sagen. Hängt wahrscheinlich mit Masseführung, Kontaktierung und 
separater Netzspeisung des PC und des Rests ab.

Autor: Martin Kohler (mkohler)
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Ok, bis jetzt kommen wir zum Schluss, dass das grosse - sagen wir dem 
mal so - Rauschen am Ausgang durch die unterschiedlichen Netzspannungen 
von Messgerät und Schaltung sowie ungünstigen Leitungsführungen 
verursacht werden.
- neues Layout
- grössere Blockkondensatoren
- nächste Messungen mit sauberem Massekonzept ;-)

Die Spikes sind mir aber immer noch nicht ganz geheuer, die korrelieren 
ja wunderbar mit der Komparator Ein-und Ausgangsspannung, siehe Anhang.
(hier ist die Komparator Ausgangsspannung sowie die Spannung nach der 
Filterstufe1 gezeigt.

Kann die OpAmp Ausgangsspannung so schnell ansteigen bei einem LM324 
oder wird dieser Puls über die Speisung eingekoppelt?

Edit: ich habe nun die Speisung des OpAmp mit zusätzlichen 
Stützkondensatoren direkt auf dem Gehäuse beglückt - keine Veränderung. 
Die Spikes sind unverändert gross.

Autor: faraday (Gast)
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OK noch 1 Vorschlag vor Feierabend:
Dac out und gnd ac-gekoppelt (wie bei 15V)
wenn auf gnd auch "Rauschen", such erstmal die Ursache ( clip, Netz usw 
)
Viel Spaß

Autor: Martin Kohler (mkohler)
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faraday wrote:
> OK noch 1 Vorschlag vor Feierabend:
ist leider nicht mehr umsetzbar.... ;-)
Der Komparator ist einen qualvollen Tod gestorben - eine Unachtsamkeit 
meinerseits, ich habe einen klitzekleinen Kurzschluss verursacht beim 
Messen. Der LM317 hats überlebt, der Komparator leider nicht.

Verbleiben wir mal so:
Ich komme nicht darum herum, den Messaufbau sauber zu gestalten und wohl 
auch ein sauberes Layout zu produzieren. Dann sehen wir weiter.
(bis dann habe ich dann hoffentlich auch wieder den LeCroy soweit, dass 
ich Bilder aufzeichnen kann...

Autor: Martin Kohler (mkohler)
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Eine Frage hätte ich aber noch gerne beantwortet gehabt ;-)
Können die Spikes in diesem Bild
Beitrag "Re: Digital-Analog Wandlung ab PWM OpenDrain Output"
dadurch verursacht werden, dass der LM324 ein eher langsamer OpAmp ist?
->kann doch eher nicht sein, es wäre das Gegenteil der Fall, dass 
schnelle Flanken "verschmiert" werden aufgrund der ungenügend steilen 
Slew Rate.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Martin Kohler (mkohler)

Tausend Screenshots posten ist wenig sinnvoll. Mal ein paar grundlegende 
Überlegungen anstellen schon.

Deine PWM-Freqeunz ist 1 kHz. Und dein Filter hat eine Grenzfrequenz von 
2 kHz? Das kann nicht klappen.

Die Filterfrequenz muss DEUTLICH unter der PWM-Frequenz liegen. Auch bei 
einem Filter 4. Ordung.

Das mit der zu niedrigen OPV-Bandbreite ist ja schon gesagt worden.

Und was soll diese kunstvolle Komparatorschaltung mit den sechs 
Widerständen?   ein popliger Sapnnungsteiler + Pull Up für den Open 
Drain tuts allemal.

Was soll das denn am Ende werden. Wahrscheinlich reicht ein einfacher 
zweipoliger Passiver Tiefpass, siehe PWM.

MfG
Falk

Autor: Raimund Rabe (corvuscorax)
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Je 'langsamer' der OP ist umso weniger Schwingneigung hat er und umso 
weniger kann er hochfrequente Schwingungen 'verstärken'. Generell hat 
man mit langsameren OPs die wenigsten Schwierigkeiten. Sie verzeihen 
schon eher ein schlechtes Layout als ein High-Speed-OP, der 
Video-Signale verstärken muß und damit eine 
Verstärkungsbandbreitenprodukt von einigen zig oder gar hunderte 
Megahertz aufweist.

Aber mal was ganz anderes, was aus eigener Erfahrung schon zu 
stirnrunzeln geführt hatte - bis man den Fehler gefunden hatte:
Du hast erwähnt, daß Du ein Picoscope einsetzt, was vmtl. über USB 
betrieben wird. Im Labor ganz nett, im industriellen Bereich eher 
verpönt/verschrien.
Was aber mal zu ähnlichen Effekten führte, war der Umstand das jemand 
ein Laptop/notebook mit einem USB-Messsytem, wie eben z.B. dem 
Picoscope, betrieben hatte und dabei, um die Akkus des Laptops/Notebooks 
zu schonen, das Schaltnetzteil zum Betrieb desgleichen eingesteckt 
hatte. Es waren die 'schönsten' (HF-)Störungen auf dem Messignal 
vorhanden. Wenn er den Laptop/Notebook ohne das Schaltnetzteil betrieben 
hatte war alles wunderbar.
Inwieweit dies bei dem von Dir geschilderten Problem zutrifft vermag ich 
nicht beurteilen zu können. Es könnte zumindest Störungen erklären, die 
nicht synchron mit Komparator-Schaltflanken einhergehen.
Bei Desktop- oder Tower-PC tritt dieses Phänomen übrigens nicht zutage, 
da das GND-Potential via Gehäuse auf PE liegt (und damit auch das 
Picoscope), während die Billig-Laptop-Netzteil potentialfrei sind, und 
in vielen Fällen das CE-Kennzeichen zu unrecht tragen.

Autor: Martin Kohler (mkohler)
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Falk Brunner wrote:
> Tausend Screenshots posten ist wenig sinnvoll.
Es sind 17, nicht tausend, dazu noch ein paar andere Bilder ;-)

> Mal ein paar grundlegende Überlegungen anstellen schon.
Hab ich gemacht, kannst du mir glauben.
Und dir würde genau LESEN guttun, denn...

> Deine PWM-Freqeunz ist 1 kHz.
Nein, es sind 10MHz, steht im ersten Posting, erster Abschnitt. Auch die 
Screenshots deuten mit einer Periodendauer von ca. 100us auf mehr als 
1kHz hin.

> Und dein Filter hat eine Grenzfrequenz von 2 kHz? Das kann nicht klappen.
Bei 10kHz eben schon, gell?

> Die Filterfrequenz muss DEUTLICH unter der PWM-Frequenz liegen. Auch bei
> einem Filter 4. Ordung.
Simulation und Messung zeigen, dass 4.Ordnung bei einer Grenzfrequenz 
von 2kHz reichen, um die 10kHz zu "bekämpfen".

> Das mit der zu niedrigen OPV-Bandbreite ist ja schon gesagt worden.
Was denn? Dass ein langsamer OpAmp schnelle Spikes durchlässt? Warum das 
so sei wurde aber noch nicht präzise erläutert. Vielleicht holst du das 
nach?

> Und was soll diese kunstvolle Komparatorschaltung mit den sechs
> Widerständen?   ein popliger Sapnnungsteiler + Pull Up für den Open
> Drain tuts allemal.
Das ist eine Versuchsanordnung, um den Komparatorlevel genau einstellen 
zu können. Zudem würde es dem Komparator nicht gut tun, die vollen 24V 
der Speisung abzubekommen. Hast du das Datenblatt desselben angeschaut? 
Nicht? Eben.
Und genau im Bereich des Komparators liegt der Hund begraben, damit die 
Analogspannung möglichst linear zur eingestellten PWM Frequenz wird. 
Ein- und Ausschaltzeiten der ganzen Kette sind nicht gleich, durch die 
Wahl der richtigen Schwelle kann hier einiges kompensiert werden.
Das waren meiner Meinung nach durchaus grundlegende Überlegungen...

> Was soll das denn am Ende werden.
Analog Out linear zu PWM.

> Wahrscheinlich reicht ein einfacher zweipoliger Passiver Tiefpass,
> siehe PWM.
bei einem PushPull Ausgang stimmt das, in meinem Fall würde das zu einer 
"durchhängenden" Kurve führen. Auch dies wurde durch grundlegende 
Überlegungen ermittelt...
>
> MfG
> Falk
auch MfG, Martin

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Martin Kohler (mkohler)

>> Deine PWM-Freqeunz ist 1 kHz.
>Nein, es sind 10MHz, steht im ersten Posting, erster Abschnitt. Auch die
>Screenshots deuten mit einer Periodendauer von ca. 100us auf mehr als
>1kHz hin.

???
Deine Screenshots zeigen eine Periodendauer von ca. 2 Divisions, und 
eine Division ist 500us. Macht bei mir 1000us = 1kHz.

Arrrrggg, was soll das denn? Zoomfaktor x10? Scheiss Software.

>> Das mit der zu niedrigen OPV-Bandbreite ist ja schon gesagt worden.
>Was denn? Dass ein langsamer OpAmp schnelle Spikes durchlässt?

Nein, dass ein langsamer OPV keinen beliebig steilen aktiven Filter 
realisieren kann.

> Warum das
>so sei wurde aber noch nicht präzise erläutert. Vielleicht holst du das
>nach?

Weil er, um als Filter zu wirken, aktiv und schnell gegenreglen muss. 
Kann er das nicht, "schlägt" das Störsignal durch, z.B. durch C2 und C3. 
Mach mal einen einfachen, passiven RC-Filter mit 2..3kHz Grenzfrequenz 
vor deinen ersten aktiven Tiefpass.

>Das ist eine Versuchsanordnung, um den Komparatorlevel genau einstellen
>zu können.

???
Was gibt denn da genau einzustellen. Nimm Vcc/2 und gut ist.

> Zudem würde es dem Komparator nicht gut tun, die vollen 24V
>der Speisung abzubekommen.

Wer sagt denn sowas? Ein Open Drain lässt sich prima mit einem Pull-Up 
an 10V betreiben. Siehe Pegelwandler.

>Wahl der richtigen Schwelle kann hier einiges kompensiert werden.

Man kanns auch wegschmeissen und gleich richtig machen. Alles andere ist 
nur Murks.

>Analog Out linear zu PWM.

Ach was? Wer hätte das gedacht? Beantwortet aber in keinster Weise die 
Frage.

>> Wahrscheinlich reicht ein einfacher zweipoliger Passiver Tiefpass,
>> siehe PWM.
>bei einem PushPull Ausgang stimmt das, in meinem Fall würde das zu einer

Ich meinte HINTER dem Komparator.

MFG
Falk

Autor: Michael (Gast)
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@Falk
>Deine Screenshots zeigen eine Periodendauer von ca. 2 Divisions, und
>eine Division ist 500us. Macht bei mir 1000us = 1kHz.
>
>Arrrrggg, was soll das denn? Zoomfaktor x10? Scheiss Software.

Nunja, oben ist da was eingestellt aber nur weil man den Graphen falsch 
gelesen hat gleich die Software dafür zu verpöhnen...manchmal ist es 
sinnvoll den Fehler bei sich selbst zu suchen.

>Ach was? Wer hätte das gedacht? Beantwortet aber in keinster Weise die
>Frage.

Hm, du hast gefragt was das werden soll und ich finde schon, dass das 
die Frage beantwortet. Ist nur etwas knapp gehalten. Ich versuchs mal 
für dich zu erklären:

Es soll ein kontinuierliches Signal erzeugt werden, dass sich 
propotional zum Puls-Pause-Verhältnis eines PWM-Signals verhält.

@Raimund
>Aber mal was ganz anderes, was aus eigener Erfahrung schon zu
>stirnrunzeln geführt hatte - bis man den Fehler gefunden hatte:
>Du hast erwähnt, daß Du ein Picoscope einsetzt, was vmtl. über USB
>betrieben wird. Im Labor ganz nett, im industriellen Bereich eher
>verpönt/verschrien.

Das war in der Anfangszeit so aber inzwischen setzt sich USB auch in der 
Indusrie durch. Wir selbst haben hier einige Messeinrichtungen, welche 
über USB funktionieren, auch Oszilloskope. OK, die Bandbreite lässt noch 
zu wünschen übrig so haben die USB-Teile "nur" eine Abtastrate von 50 
kHz. Für viele Sachen gewiss zu wenig, für viele Sachen aber auch mehr 
als ausreichend.

Autor: Carsten (Gast)
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Morgen Martin,

Kannst Du nach dem 2. Filter mal eine FFT machen. (Gibt das Oszi das 
her?) Wenn ja, siehst du ja, welche Frequenzanteile da noch stören und 
die Grenzfrequenz deines Filters anpassen. Die Idee mit den passiven 
Tiefpass vor dem 1. aktiven Filter finde ich gar nicht so schlecht. Bei 
den aktiven Filtern fängt man sich unter Umständen nämlich Störungen 
über die Versorgung mit ein, die man eigentlich herausfiltern wollte. 
Einen alternativen Versuch mit einem vielleicht auch passiven Tiefpass 
2. Ordnung würde ich starten.

Gruß Carsten

Autor: faraday (Gast)
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"Man kanns auch wegschmeissen und gleich richtig machen. Alles andere 
ist
nur Murks."
Hey Falk, immer mit der Ruhe. Hast doch auch schon mal was falsch 
gemacht, oder? Oder haste Stress zu Hause?
Den Meisten von uns macht es Spaß zu helfen. Man lernt dabei auch ne 
Menge sebst.
In diesem Sinne noch einen schönen Freitag.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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@  Falk Brunner (falk)
> Man kanns auch wegschmeissen und gleich richtig machen.
> Alles andere ist nur Murks.
Das schon, aber zum richtig machen sollte man vorher wissen, was 
bisher falsch ist... ;-)

Ich sehe das auch so, dass hier mehrere Effekte zusammenkommen 
(Bauteilwahl, Layout und Messaufbau) und genau solche Fehlerbider sind 
am hässlichsten, weil jede Fehlerursache eine ähnliche Auswirkung zeigen 
kann. Und wenn dann an einer Schraube (z.B. Entkopplung) gedreht wird, 
wirkt sich das eigentlich positiv aus, die Auswirkung wird aber nicht 
erkannt, weil sie sich hinter den Anderen versteckt.
Daraus folgender logischer Kurzschluss: das hat nichts bewirkt (z.B. 
verbesserte Entkopplung), also falsche Schraube.

Und es ist tatsächlich so: wenn der OP-Amp bei 10kHz nur 40dB 
Verstärkung hat, wie soll er dann diese Frequenz noch sinnvoll mit 
mehr_als_40dB dämpfen (2kHz->10kHz / zweistufiges Filter 4.Ordung)? 
Der hängt ja nicht einfach so da drin und trödelt rum (wie so'n 
RC-Glied), sondern muß dagegenverstärken, um das Wechselspannungssignal 
auszuregeln.

Autor: Martin Kohler (mkohler)
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Hallo zusammen,
Danke für die angeregte Diskussion, besonders für die konstruktiven 
Beiträge.

@Falk & Lothar:
Danke für die Erklärungen wegen dem zu langsamen OpAmp, das ist jetzt 
klarer geworden.

@Falk:
Das wegen Linearität, Murks, etc. lassen wir dann mal.

@Carsten: eine FFT kann ich im Moment nicht machen, weil das 
Funktionsmuster "über den Jordan" gewandert ist...

Zusätzlich zu den bereits erwähnten Problemen kommt wegen dem LM324 noch 
dazu, dass dies kein Rail-to-Rail OpAmp ist. Die Ausgangsspannung geht 
also problemlos bis 10V hoch (bei Speisung 15V), kommt aber nicht 
wirklich auf 0V runter. Bei einem Ausschalten von 100% auf 0% sinkt die 
Spannung zuerst innerhalb von 1ms auf ca. 0.8V, von da an sinkt sie nur 
noch langsam innerhalb von ca. 15ms auf 0.3V (und weiterhin langsam bis 
0).
Die Ausgangsspannung sollte aber innerhalb von ca. 2ms von 10V auf 
ungefähr 0.2V absinken, ebenso schnell von 0 auf 10V ansteigen (deshalb 
darf auch die Grenzfrequenz des Filters nicht beliebig tief sein).

Es wurden nun diverse Fehlerquellen angesprochen
1: ungünstige Entkoppelungen
2: ungünstige Stützkondensatoren
3: zu langsamer OpAmp
4: kein Rail-to-Rail OpAmp, Ausgangsspannung sinkt nur langsam unter 
0.8V
5: kein passives Filter als erste Stufe
6: Messproblem

Zu den Problempunkten gehe ich nun wie folgt vor:
1: Relayout (siehe Anhang), 1.Filterstufe in separatem Gehäuse
2: Relayout (siehe Anhang)
3: Ersatztyp, z.B. TLV271 von TI, Transitfrequenz 3MHz.
4: Ersatztyp Rail-to-Rail
5: Den Filteraufbau lasse ich als Sallen-Key Filter drin, dieses kann ja 
auch als RC-Filter mit nachfolgendem Spannungsfolger bestückt werden 
(Rückkopplungs-C weglassen).

Zum Ersatztyp: Hat jemand einen anderen Vorschlag? Kann ich davon 
ausgehen, dass der TLV271 deutlich besser gegen 0 zieht als der LM324? 
Oder sollte ich da lieber einen TS912 von ST einsetzten (hat jedoch nur 
1MHz TF). Die beiden Typen sind pinkompatibel und bei Farnell 
erhältlich.
Link zu TLV271: http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/tlv271.pdf
Link zu TS912 : 
http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/stmicroe...

Könnt ihr nun bitte mal kurz das Schema/Layout im Anhang anschauen und 
eine Prognose wagen, ob ein Grossteil der bisherigen Probleme so gelöst 
sein sollte? Falls nicht, wie würdet ihr es machen?
Insbesondere interessieren mich, ob die Entkopplungen und 
Stützkondensatoren so in Ordnung sind.

Danke für die Antworten.
Gruss, Martin

Autor: Martin Kohler (mkohler)
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...und noch das Schema.

Die Farbgebund sollte das Orientieren zwischen Schema und Layout etwas 
erleichtern.

Edit. Die Thermal Reliefs, speziell des GND am Stecker J1, sind noch 
nicht in Ordnung.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Martin Kohler (mkohler)

>1: Relayout (siehe Anhang), 1.Filterstufe in separatem Gehäuse

Du meinst separate IC-Gehäuse. Halte ich für Overkill, die haben typ. 
120db Entkopplung, kann aber nciht schaden.

>3: Ersatztyp, z.B. TLV271 von TI, Transitfrequenz 3MHz.

Kann klappen.

>4: Ersatztyp Rail-to-Rail

Naja, Rail-2-2Rail ist immer so eine halbe Sache. Richtig an die Rails 
kommen die auch nur bei SEEEER kleinen Lasten, 10kOhm++.

Besser eine klassische +/-15V Versorgung nehmen, die -15V kann man 
einfach per ICL7660 erzeugen.

>Insbesondere interessieren mich, ob die Entkopplungen und
>Stützkondensatoren so in Ordnung sind.

C9 und C15 würde ich auf 4,7 oder 10uF setzen.
R21/22 kann man problemlos durch 4k7 ersetzen.
R32 ist überflüssig, die Versorgungsspanunng muss nicht tierisch genau 
15V sein, 14 V oder 16V gehen genausogut. Die 10V müssen stimmen, dort 
sollte man besser eine Referenzdiode nehmen, sie sind genauer und haben 
weniger Temperaturdrift.

MfG
Falk

Autor: Martin Kohler (mkohler)
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Danke für deinen Beitrag, Falk.

Das mit den kleinen Lasten könnte klappen.
Mit der Schaltung wird ein Frequenzumrichter angesteuert mit einem 
Eingangswiderstand von >50kOhm angesteuert.
Dieser hat eine Einschaltschwelle von (einstellbaren) 0.3V .

Denkst du, dass der TLV271 das schafft, innert nützlicher Frist auf ca. 
0.2V runter zu kommen?

Autor: faraday (Gast)
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Hallo Martin,
>Zum Ersatztyp: Hat jemand einen anderen Vorschlag?

Die OPV-Suche kann doch nicht schlimm sein. Bei AD, TI...gibts doch so 
schöne Parametermasken. Für Deine Anwendung muß es doch massenweise was 
geben.
AD823,833 sind bestimmt brauchbar. Ich will jetzt nicht alle 
durchsuchen.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Martin Kohler (mkohler)

>Denkst du, dass der TLV271 das schafft, innert nützlicher Frist auf ca.
>0.2V runter zu kommen?

Wahrscheinlich nicht, weil er nur am Ausgang Rail-to-Rail kann. Entweder 
du suchst einen Typen mit Rail-2-Rail amn Ein- und Ausgang, oder 
erzeugst irgendwie eine negative Hilfsspannung, -5V reichen. Dann geht 
fast jeder OPV.

MFG
Falk

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