Hallo Leute, vielleicht kann mir jemand von euch helfen. Ich brauche für eine Anwendung einen ziemlich flankensteilen Bandpass mit den Eckfrequenzen 7MHz und 9MHz. Das ist ein gewaltig großer Bereich, das ist mir klar, aber mein Signal liegt nun mal in dem Bereich und um Störungen außerhalb des Bereiches zu unterdrücken und nicht weiter zu verstärken eben jener Bandpass. Also habe ich mich mal hingesetzt und ein Bandpass 5.Ordnung als Chebychev-Filter mit AADE-Filterdesign entworfen und anschließend noch mal mit rationellen Bauteilen in LTSpice simuliert. Funktioniert als Bandpass-Filter ganz hervorragend, bis auf die Tatsache, dass ich im Durchlassbereich mit -15dB Dämpfung zu kämpfen habe. Hab auch mal einen Cauer-Filter 5. Ordnung simuliert, aus dem Bauch heraus würde ich aber sagen, dass der Chebychef schon flankensteil genug ist. Gut dachte ich mir, schaust dich mal bei aktiven Filtern um. Man geht ja unbelastet an die Sache ran, denn aktive Filter waren bei mir noch nie Thema. Also hab ich mir FilterPro runtergeladen und mal ein Wide-Bandpass Sallen-Key mit besagten Eckdaten errechnen lassen. Für den Anfang erst einmal mit nur einem Hochpass und einem Tiefpass. Als ich diese OP-Schaltung wiederum in LTSpice simuliert habe musste ich feststellen, dass nicht nur der Frequenzbereich nicht getroffen wurde, nein auch hier hatte ich mit Dämpfung erhebliche Probleme. Nach dem Lesen der Hilfe bei FilterPro war auch schnell klar woran das liegt. Demnach komme ich mit meinen OPV's (AD8009) nicht wirklich weit. Aktive Filter scheinen demnach nur für Frequenzen <1MHz geeignet zu sein, nicht aber für den von mir avisierten Bereich. Nur die passiven Filter machen mich auch nicht glücklich. Was ist also die Alternative? Naheliegend ist, das Signal 40dB verstärken und mit den -15dB des passiven Filters leben? Oder gibt es noch Ansätze, die ich bisher nicht gesehen habe? Ich würde mich über Anregungen von den Profi's wirklich sehr freuen. Beste Grüße, brandaic
Hallo, > vielleicht kann mir jemand von euch helfen. > Ich brauche für eine Anwendung einen ziemlich flankensteilen Bandpass > mit den Eckfrequenzen 7MHz und 9MHz. Wie steil ist denn "ziemlich steil"? > Das ist ein gewaltig großer Bereich, Ich weiß ja nicht, was Du gewohnt bist. Wenn Du sonst nur Audioschaltungen gewohnt bist, sind 2MHz vielleicht viel. Aber in Wirklichkeit sprechen wir hier nur über +/-1/8 der Mittenfrequenz. > das ist mir klar, aber mein Signal liegt nun mal in dem Bereich > und um Störungen außerhalb des Bereiches zu unterdrücken und nicht > weiter zu verstärken eben jener Bandpass. Ich könnte mir vorstellen, daß ein Bandpaß fünfter Ordnung etwas schwierig wird, da Du die Bauteilwerte ziemlich genau treffen mußt. > Also hab ich mir FilterPro runtergeladen und mal ein Wide-Bandpass > Sallen-Key mit besagten Eckdaten errechnen lassen. Für den Anfang erst > einmal mit nur einem Hochpass und einem Tiefpass. Als ich diese > OP-Schaltung wiederum in LTSpice simuliert habe musste ich feststellen, > dass nicht nur der Frequenzbereich nicht getroffen wurde, nein auch hier > hatte ich mit Dämpfung erhebliche Probleme. > Nach dem Lesen der Hilfe bei FilterPro war auch schnell klar woran das > liegt. Demnach komme ich mit meinen OPV's (AD8009) nicht wirklich weit. Der AD8009 ist ein hervorragender OPV für solch hohe Frequenzen. Ich selbst nutze einen sehr verwandten OPV, den AD8000, für Ultraschallschaltungen im Frequenzbereich 4-30 MHz. Allerdings mußt Du wissen, daß der AD8009 ein sogenannter Current Feedback OPV ist. Diese OPV verhalten sich etwas anders als die "normalen" OPV. Wenn Du einen geeigneten "normalen" OPV brauchst, kannst Du Dir mal den MAX4104 anschauen. Der ist sogar Unity Gain Stable, d. h. er verträgt auch Verstärkungen von 1, ohne von alleine zu schwingen. Bloß kapazitiv belasten solltest Du ihn nicht. > Aktive Filter scheinen demnach nur für Frequenzen <1MHz geeignet zu > sein, nicht aber für den von mir avisierten Bereich. Ach wo. > Nur die passiven Filter machen mich auch nicht glücklich. Was ist also > die Alternative? Das hier hier ist ein Tiefpaß zweiter Ordnung mit integrierter Verstärkung (bei Unity-Gain-OPV kannst Du die auch weglassen). C L |\ o-----||-----####----*---------|+\ | | \ 47 | | / ----*----#####---o Ausgang ### *--|-/ | 47 ### | |/ | ### | | | *---####----* | | R2 ---------------------* GND | | ### ### R1 ### | | GND Wenn Deine Quelle hochohmig ist, mußt Du das bei der Übertragungsfunktion berücksichtigen. Du kannst natürlich auch alternativ einen Spannungsfolger vorschalten. Ich vermute ja, bei den Frequenzen benutzt Du schon ein 50-Ohm-System; daher die Festlegung auf 47 Ohm. Und ehe Du Dich wunderst: In unmittelbarer Nähe zu den OPV gehören je ein 100nF-Keramikkondensator von +VCC und -VCC nach Masse. Das ist für die Simulation egal, in der Praxis aber unbedingt erforderlich. Wenn es erstmal nur um den Tiefpaß geht, kann ich dir die Tiefpässe von Minicircuits empfehlen: http://www.minicircuits.com/cgi-bin/modelsearch?model=BLP-10.7%2B&search_type=info Die hohen Frequenzen machen ja wegen der großen Bandbreite normalerweise das größere Rauschen. > Naheliegend ist, das Signal 40dB verstärken und mit den -15dB des > passiven Filters leben? Variier in der Simulation am besten mal die Werte Deines passiven Filters leicht und schau, wie sehr sich die Übertragungsfunktion ändert. Mir ist so, als wäre das nicht so einfach einzustellen, weil die relative Bandbreite relativ schmal ist. Gruß, Michael
Um was für ein Signal handelt es sich?! Ohne Informationen kommen wir hier nicht weiter. Solche HF-Filter baut man üblicherweise mit LC-Gliedern, wobei einige Bauteile sicherlich aufgrund der großen Toleranzen abgleichbar gestaltet sein müssen. Daß ein solches Filter eine Einfügedämpfung hat, ist klar. OPs sind hier wahrscheinlich fehl am Platze, je nach Amplitude des Signals und deinen Anforderungen. Aber wie gesagt, ohne weitere Informationen kann man dir nicht helfen.
Hallo Michael, danke für deinen Beitrag, werde mir den in aller Ruhe auf der Zunge zergehen lassen. Steil bedeutet, dass ich in einer industrieähnlichen Umgebung alle anderen Frequenzen gut dämpfen sollte, die außerhalb meines Frequenzbereiches liegen. Ich denke daher an mindestens =>40dB pro Dekade??? Daher auch mein LC-Filter als Chebychev 5. Ordnung. Der arbeitet, bis auf eine Resonanzüberhöhung an einer Stelle, was ich aber auf den Aufbau zurück führe, ordentlich. Hab mir das Filter mit Funktionsgenerator (Sinussignal an 50-Ohm) und Speicher-Oszi (50-Ohm) angeschaut. Soweit also gut, bis auf die Dämpfung. Aber wie ich der oberen Aussage entnehmen konnte lässt sich hier vielleicht noch etwas rausholen. Hallo Gehard, auch dir danke für dein Statement. Mein Eingangssignal ist ein Sinussignal (im Bereich von 7 - 9MHz) von einigen wenigen hundert mVpp an 50-Ohm Ausgang. Im Prinzip wollte ich das Signal durch den Bandpass jagen, bevor ich es verstärke, damit ich mir Störungen nicht auch noch mit verstärke. Ab Filtereingang hätte ich dann alles gekapselt ausgeführt, um sicher zu stellen, dass zumindest leitungsgebunden keine neuen Störungen einkoppeln können. Als Verstärker habe ich einen einfachen nichtinvertierenden Verstärker mit dem AD8009 aufgebaut, der auch wunderbar funktioniert. Eingangsimpedanz des Verstärkers ist auf 50-Ohm ausgelegt, Ausgangsimpedanz auf 1-MOhm. Der Grund für die hohe Ausgangsimpedanz sei jetzt hier mal nicht weiter kommentiert. Das mit den 100nF an den Versorgungspins ist mir im Übrigen nichts Neues ;) Nun wollte ich den Bandpass wie gesagt davor schalten. Der Bandpass ist ebenfalls auf 50-Ohm gematched, also Eingangs- und Ausgangsimpedanz sind 50-Ohm. Die Frage die sich mir nun stellt ist, wie gut bekommt man ein solches passives Filter hin? Sprich, unter Verwendung von Neosid-Filterspulen fertig abgeglichen oder abgleichbar (Messmittel dafür sind vorhanden) und Keramikkondensatoren, mit welcher Dämpfung muss man von Haus aus einfach rechnen? Ich hatte einfach auf Erfahrungen einiger Leute gehofft, keine Fertiglösung. Vielleicht hat sich ja schon mal jemand mit einem ähnlichen Problem in dem Frequenzbereich auseinander gesetzt. Beste Grüße branadic
Also, 2Mhz auf 8 MHz ist nicht steil. Ein paar gekoppelte Schwingkreise sollten passen.
Hallo, > danke für deinen Beitrag, werde mir den in aller Ruhe auf der Zunge > zergehen lassen. Ich hab meinen Text ja nochmal gelesen. Ein Tiefpaß zweiter Ordnung ist mein LC-Serienschwingkreis wirklich nicht gewesen... > Daher auch mein LC-Filter als Chebychev 5. Ordnung. Der arbeitet, bis > auf eine Resonanzüberhöhung an einer Stelle, was ich aber auf den Aufbau > zurück führe, ordentlich. Hab mir das Filter mit Funktionsgenerator > (Sinussignal an 50-Ohm) und Speicher-Oszi (50-Ohm) angeschaut. > Soweit also gut, bis auf die Dämpfung. Aber wie ich der oberen Aussage > entnehmen konnte lässt sich hier vielleicht noch etwas rausholen. Kannst Du nicht in die Filterschaltung gleich eine Verstärkung integrieren? So kenne ich das eigentlich. Im Tietze-Schenk steht der Aufbau von Hochpaß-/Tiefpaßfilter drin, inkl. Berechnungsvorschrift für die Bauteile. Im Praktikum vor etwa 5 Jahren hab ich damit mal einen aktiven Butterworth-Tiefpaß 4. Ordnung gebaut. Das war für 100kHz und hat ohne weiteres geklappt. In SMD-Technik ist das denke ich bei 10MHz auch nicht sehr viel schwieriger. Du mußt allerdings auf die Transitfrequenz der Spulen und Kondensatoren achten. Allerdings hast Du Freiheitsgrade bei der Wahl der Bauteile, die Du dazu nutzen kannst, um ideale Bauteile zu erhalten. Spulen Bei den Spulen geht es um die parasitäre Kapazität, die die Wicklungen gegeneinander aufweisen. Grundregel: Je größer die Spulen, umso weiter sind die Wicklungen auseinander, umso geringer ist die Kapazität, umso höher ist die Transitfrequenz, und umso idealer verhält sich die Spule. Hier hilft der Blick ins Datenblatt der Spulen. Die Transitfrequenz ist üblicherweise angegeben. Wenn es um Signale geht, findest Du für viele Induktivitätswerte Spulen mit ~300MHz Transitfrequenz. Das ist von den 7-9MHz so weit weg, daß Du von einem weitgehend idealen Verhalten ausgehen kannst. Bei Leistungssignalen dürftest Du die Spulenkerne allerdings nicht in die Sättigung bringen. Ich gehe aber nicht davon aus, daß das bei Dir zu einem Problem wird. Kapazitäten Für den Frequenzbereich sind denke ich SMD-Keramikkondensatoren am besten geeignet. (Ich lasse mich aber auch gerne korrigieren.) Hier besteht das Problem in den Induktivitäten der Zuleitung. Du kannst auf der Leiterplatte mit etwa 1nH/mm, 1-2nH/Via rechnen. Das Ersatzschaltbild für einen Kondensator ist dementsprechend ein LC-Serienschwingkreis. Entscheidend für die Resonanzfrequenz ist außerdem das Material: Mit NPO (typisch für kleine Kapazitätswerte, z. B. 100pF) wirst Du keine Probleme bekommen. Bei X7R (typisch für mittlere Kapazitätswerte wie 100nF) kommst Du in die Nähe Deiner Signalfrequenzen. (Als UCC-Entstörkondensatoren für 20MHz sind 100nF daher allerdings nahezu ideal.) Mit X5R würde ich gar nicht erst anfangen. Auf Seite 11 siehst Du die typischen Resonanzkurven für 1nF, 10nF und 100nF X7R: http://www.avx.com/docs/masterpubs/mccc.pdf Die Kapazität ist außerdem noch spannungsabhängig. Aber ich denke, für +/-5V ist das noch kein Problem. Überschreiten der OPV-Versorgungsspannung Ich würde Dir außerdem empfehlen, mit einem Simulator nachprüfen, daß Du nicht irgendwo die +/- 5V Versorgungsspannung der OPV überschreiten mußt. Wenn Du keine aktiven Filter bauen willst, kannst Du auch ein passives Filter nehmen und die Signale mit einer OPV-Schaltung wieder verstärken. Das ist wahrscheinlich ohnehin das einfachste Vorgehen. > Mein Eingangssignal ist ein Sinussignal (im Bereich von 7 - 9MHz) von > einigen wenigen hundert mVpp an 50-Ohm Ausgang. Das ist ja recht groß. Ich habe üblicherweise Rohsignale von 10..500µV. Aber das Problem mit den Störstrahlungen kenne ich schon. Motoren, Schaltnetzteile und Amateurfunker, die mit 500W vom Dach her senden, sind Gift für solche Signale. Vielleicht hast Du aber auch nur ein EMV-Problem. Ich habe die Probleme hauptsächlich über Masseschleifen. > Im Prinzip wollte ich das Signal durch den Bandpass jagen, bevor ich es > verstärke, damit ich mir Störungen nicht auch noch mit verstärke. Ab > Filtereingang hätte ich dann alles gekapselt ausgeführt, um sicher zu > stellen, dass zumindest leitungsgebunden keine neuen Störungen > einkoppeln können. Ob Du die Störungen vor dem (passiven) Filter verstärkst oder danach, macht denke ich keinen besonders großen Unterschied. Um was für Störungen handelt es sich denn? Getaktete Signale, zufällige Signale? Gleichtakt/Gegentakt? Wie groß etwa? > Als Verstärker habe ich einen einfachen nichtinvertierenden Verstärker > mit dem AD8009 aufgebaut, der auch wunderbar funktioniert. > Eingangsimpedanz des Verstärkers ist auf 50-Ohm ausgelegt, > Ausgangsimpedanz auf 1-MOhm. Der Grund für die hohe Ausgangsimpedanz sei > jetzt hier mal nicht weiter kommentiert. Das würde mich trotzdem mal interessieren. Du kannst ja dann die Leitung nicht besonders lang machen, ohne Wellenleitungseffekte zu berücksichtigen. > Das mit den 100nF an den Versorgungspins ist mir im Übrigen nichts Neues > ;) Ok. Ich wollte ja nur nochmal daran erinnern. Eigentlich hätte ich dann ja auch gleich die Massefläche hinzufügen sollen. > Die Frage die sich mir nun stellt ist, wie gut bekommt man ein solches > passives Filter hin? > Sprich, unter Verwendung von Neosid-Filterspulen fertig abgeglichen oder > abgleichbar (Messmittel dafür sind vorhanden) und Keramikkondensatoren, > mit welcher Dämpfung muss man von Haus aus einfach rechnen? Der Ansatz ist schonmal richtig. Du kannst eh nur die Spulen abgleichen, da bei ihnen die Zuleitungsinduktivitäten unkritisch sind. Ich denke nicht, daß die Dämpfung von den parasitären Effekten kommt, sondern deshalb, weil 7 und 9 MHz relativ nah beieinander sind. Bei einem Bandpaß 10...50 MHz könntest Du den Tiefpaß dimensionieren, ohne an den Hochpaß zu denken. > Ich hatte einfach auf Erfahrungen einiger Leute gehofft, keine > Fertiglösung. Vielleicht hat sich ja schon mal jemand mit einem > ähnlichen Problem in dem Frequenzbereich auseinander gesetzt. Direkten analogen Filterbau betreibe ich nicht. Ich verwende einen LC-Serienschwingkreis, damit die groben Störungen beseitigt werden, und ein Antialiasingfilter. Und den Rest erledige ich digital im Rechner. Gruß, Michael
Hallo Michael, danke für deine Ausführungen. Nun, wieso ich hochohmig am Ausgang bin hat den folgenden Grund: Ich habe ein Amplitudenmoduliertes Signal, welches ich derzeit einfach stumpf verstärke, demoduliere und dann digitalisiere. Momentan stelle ich den hochohmigen Abgriff des ADC durch einen hochohmigen Abgriff (1-MOhm) mit einem Speicheroszi dar und das schaut auch bis dahin gut aus. Es wird wohl nun darauf hinauslaufen, dass ich nach der Verstärkung meinen Bandpass schalte und dann erneut verstärke, wobei sich da noch zeigen muss, wie stark das Signal mit dem gleichen Filter aber Filterspulen gedämpft wird. Danach wird dann demoduliert und digitalisiert. Ich werd das einfach mal ausprobieren, danach weiß ich mehr. Danke erst einmal an dieser Stelle. Beste Grüße, branadic
Hallo, > Ich habe ein Amplitudenmoduliertes Signal, welches ich derzeit einfach > stumpf verstärke, demoduliere und dann digitalisiere. Momentan stelle > ich den hochohmigen Abgriff des ADC durch einen hochohmigen Abgriff > (1-MOhm) mit einem Speicheroszi dar und das schaut auch bis dahin gut > aus. Das liegt an der immer noch sehr großen Wellenlänge. Deine Wellenlänge beträgt etwa: lambda = c/f = 2E8 m/s / 8E6 = 25 m (c ist die Lichtgeschwindigkeit im Dielektrikum) Mit Kabellängen im Bereich 1/20...1/10 der Wellenlänge gibt es noch keine Probleme. Bei einem Kabel von 5m (oder gar 10m) dürfte das Signal schon deutlich anders aussehen. > Es wird wohl nun darauf hinauslaufen, dass ich nach der Verstärkung > meinen Bandpass schalte und dann erneut verstärke, wobei sich da noch > zeigen muss, wie stark das Signal mit dem gleichen Filter aber > Filterspulen gedämpft wird. Danach wird dann demoduliert und > digitalisiert. Ok, verstehe. Du willst die Demodulation analog machen, weil das der geringste Aufwand ist. Was nimmst Du zur Demodulation? Gruß, Michael
Hallo Michael, derzeit verwende ich einfach eine Schottky-Diode und einen Tiefpass, also einen Einweggleichrichter. Ich wollt bei Gelegenheit mal noch schauen, ob man mit einem Zweiweggleichrichter nicht sogar noch besser kommt. Die Demodulation muss ich sogar analog machen, weil das auch die günstigste Geschichte ist. Stell dir vor du würdest das digital machen, dann bräuchtest du einen unglaublich schnellen ADC, um das Signal noch ausreichend darstellen zu können. Die analog demodulierten Signale digitalisiere ich und glätte sie derzeit dann digital. Auch hier bin ich soweit erst einmal zufrieden mit dem Ergebnis. Beste Grüße, branadic
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