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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Eingangsverstärker für AD-Wandler


Autor: Harald S. (harri)
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Hallo zusammen,

ich suche eine möglichste einfache Verstärkerschaltung als Vorstufe für 
einen AD-Wandler. Soll ein Oszi-Addon für einen Logikanalyser werden.
Geplant ist ein ads830, der möchte ein Signal von 2V (Null) bis 3V 
(Endwert) haben. Eingangssignal des Verstärkers sollen 0,5V (kleinster 
Messbereich) sein. Davor kommt ein Spannungsteiler für Bereiche bis zu 
10V.

Mein Problem ist die Frequenz: der ADC schafft zwar bis zu 60MSPS aber 
mein Speicher dahinter kann nur 40MSPS.

Welche Analogbandbreite wäre da noch sinnvoll nutzbar? Ich hätte jetzt 
mal an 5MHz oder so gedacht. Aber wieviel Reserven braucht man, damit 
aus einem 1MHz Rechtecksignal kein Sinus wird?

Reicht ein OPA2350 dafür aus? Ich möchte das ganze mit 5V single supply 
betreiben und nicht zu viel Bauteileaufwand reinstecken.

Ich häng mal meinen Schaltungsentwurf dran.
Durch das Umschalten der Widerstände am Eingangsteiler habe ich zwar 
einen variablen Eingangswiderstand, aber dafür muss ich keine hohen 
Frequenzen über einen Drehschalter führen.
Ein ungelöstes Problem ist die DC-Kopplung. Ich werde so bei 0V am 
Eingang wohl keine 2V am Ausgang erhalten. Genausowenig wie 0,5V Eingang 
-> 3V Ausgang.


mfg
Harri

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Harald S. schrieb:
> Hallo zusammen,...
> Durch das Umschalten der Widerstände am Eingangsteiler habe ich zwar
> einen variablen Eingangswiderstand, aber dafür muss ich keine hohen
> Frequenzen über einen Drehschalter führen.


Eben dieser variable Eingangswiderstand wird Dir noch viel Kummer 
bereiten wenn Du eine z.B. 10:1 Tastkopf an Dein Selbstbauoszi 
schaltest.

Und jetzt sag bitte nicht das Du keinen 10:1 TK nutzt um in Deinen zu 
messen ...

Es macht schon Sinn, da auf konstanten Rin Deine Schaltung hin 
umzubauen.

Autor: Harald S. (harri)
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Hallo Andrew

Andrew Taylor schrieb:
> Und jetzt sag bitte nicht das Du keinen 10:1 TK nutzt um in Deinen zu
> messen ...

Ok, ich sag's nicht :-)
Anbei ein umgebauter Schaltplan, jetzt ist der OP rechts auch richtig 
herum beschaltet.

Für die DC-Kopplung hab ich vielleicht auch was gefunden. Die 
Eingangsmasse muss ja nicht zwingend mit der negativen 
Versorgungsspannung meines OPs übereinstimmen. Jetzt gibt es eine 
virtuelle Masse, die sich zwischen den beiden Referenzspannungen des 
AD-Wandlers bewegt. Das Poti für den Offset wird aus der 
Referenzspannung des AD-Wandlers versorgt.
Die Eingänge des AD-Wandlers vertragen auch Spannungen außerhalb des 
Referenzbereiches, hier brauche ich also keine Schutzdioden oder sowas 
einzuplanen.

Die Schutzdioden am Eingang des ersten OP können vermutlich auch 
entfallen, der OP hat laut Datenblatt interne Dioden. Dort sind auch die 
5kOhm vorgeschlagen.

Ich hab die Verstärkung auf 2,5fach angehoben und konnte damit den 
Spannungsteiler mit normalen E96 Werten bauen und habe immer noch 200k 
Vorwiderstand am Eingang wenn der kleinste Messbereich ausgewählt ist.
Falls in diesem Messbereich also doch mal 20V anliegen brutzelt mir der 
OP nicht durch.

Kann mir jemand einen Tip zu meiner Frequenzfrage geben?
Reicht ein OPA2350 aus oder eher nicht? Was kann ich von dem Teil in 
dieser Schaltung effektiv erwarten?

Laut Datenblatt begrenzt ab ca. 7Mhz die Slewrate die Ausgangsspannung 
auf 1V. Der OP hat ein GBW von 38MHz, eingestellt ist Faktor 2,5 - das 
sollte also auch ausreichen.

mfg
Harri

Autor: Harald S. (harri)
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> Anbei ein umgebauter Schaltplan, jetzt ist der OP rechts auch richtig
> herum beschaltet.

jetzt isser dran

Autor: Arno H. (arno_h)
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Suche mal nach "kompensierter Spannungsteiler".

Arno

Autor: Stefan Salewski (Gast)
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>ich suche eine möglichste einfache Verstärkerschaltung als Vorstufe für
>einen AD-Wandler. Soll ein Oszi-Addon

Ich hatte vor einigen Monaten in Folge einer Diskussion mit Benedikt 
einen einfachen Entwurf mit JFETs gepostet -- wie auch meine größere 
Version unter ""Sonstges" zu finden, aber ungetestet.

Autor: Stefan Salewski (Gast)
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>Version unter ""Sonstges"

Ja, das Geschmiere steckt an.

"Sonstiges" -- http://ssalewski.de/DSO.html.en

Autor: Harald S. (harri)
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Hi Stefan,

danke für den Link. Da ist ja doch wesentlich mehr Hardwareaufwand nötig 
als ich mir so gedacht hatte.

Braucht man die 100 MHz Analogbandbreite wirklich, damit Signale von 1-5 
MHz nicht so sehr verfälscht werden? Um höhere Frequenzen brauchbar 
abzubilden reichen die 40 MSPS des AD-Wandlers bzw. meines RAMs ja 
sowieso nicht aus.

Würde meine Schaltung mit kleinen Einschränkungen bzgl. Frequenz und 
Kurvenform auch gehen, wenn ich den Spannungswandler am Eingang noch 
vernünftig kompensiere?
Wobei ich noch keine Idee habe womit ich da anfangen soll :-)

mfg
Harri

Autor: Stefan Salewski (Gast)
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>Braucht man die 100 MHz Analogbandbreite wirklich

Das ist das, was ich anstrebe, was theoretisch bzw. in der Simulation 
und wenn man alles gut aufbaut möglich sein sollte. Natürlich kannst Du 
ein Sinussignal mit 10 MHz Frequenz auch mit einem Eingangsverstärker 
mit eben dieser Grenzfrequenz noch gut sehen, aber die Amplitude ist 
dann nur ca. 70% weil eben um 3dB abgeschwächt. Ein Rechtecksignal mit 
dieser Frequenz ist dann aber schon stark abgerundet.

>Wobei ich noch keine Idee habe womit ich da anfangen soll :-)

Stichwort kompensierter Spannungsteiler.
Die Probleme liegen vorwiegend in der Umschaltung der Messbereiche und 
im Überspannungschutz.

Autor: HildeK (Gast)
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Die Analogbandbreite eines Messgerätes (einschließlich Tastkopf) sollte 
mindestens fünfmal so groß sein wie die Grundwelle des zu messenden 
(Takt-)Signals. Damit bleibt der Messfehler im unteren Prozentbereich.

Autor: Horst (Gast)
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Zerlege mal dein Rechteck in Frequenzen. Dann setze es mit 
Grundschwingung und der 1. Oberschwingung wieder zusammen. Dann nimm 
immer mehr Oberschwingungen, bis dir das Signal wieder schön genug 
aussieht. Dann noch berücksichtigen, wie steil der analoge Filter ist.


Was ich mich errinnere war ein Rechtecksignal (mit Tastverhältnis 1:1) 
mit 3 oder 4 Oberschwingungen schon recht gut zu erkennen, aber schön 
hat das nicht wirklich ausgesehen.
Bei anderen Tastverhältnissen braucht man dann mehr Oberschwingungen.

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