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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik OPV Offset bei EMV-Prüfung


Autor: Paul (Gast)
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Hallo,

ich habe einen Strom-Spannungswandler mit einer Verstärkung von 1k 
aufgebaut. Parallel zum 1k liegt noch ein 10pF Kondensator zur 
Filterung. OP ist der TL1677. Versorgungsspannung sind +/-5V und der OP 
ist mit einem Tiefpaß in den beiden Versorgungsleitungen (100n und 1u) 
abgeblockt. Im Normalbetrieb ist alles O.K.. Nun kommt die lästige EMV 
hinzu. Bei der Bestrahlungsprüfung steigt der Offset des OPV im Bereich 
90-200MHz auf ca. 0.5V.

Woher kommt das (Gibt es möglicherweise einen "Gleichrichteffekt im OP" 
bei diesen hohen Frequenzen.)? Was kann man dagegen unternehmen?

Paul

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Paul,

>Woher kommt das (Gibt es möglicherweise einen "Gleichrichteffekt im OP"
>bei diesen hohen Frequenzen.)? Was kann man dagegen unternehmen?

Ja, diesen Gleichrichtereffekt gibt es in der Tat!

Einfach ein RC-Filter zwischen 1k Bürdewiderstand und Eingang des OPamp 
schalten. Außerdem würde ich RC-Filter in den Versorgungsanschlüssen des 
OPamp vorsehen, also zusätzliche Widerstände von 10...100 Ohm oder 
kleine Ferrite einfügen.

Generell sollten abgeschirmte Kabel verwendet werden. Eventuell ist auch 
am Ausgang noch etwas zu filtern.

Hast du ein Datenblatt für deinen OPamp? Wie ist die 
Nutzsignalbandbreite? Ist das eine 4...20mA Anwendung?

Kai Klaas

Autor: Paul (Gast)
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Entschuldigung, ist schon spät. Natürlich LT1677.

Wie schon erwähnt sind die Versorgungsspannungen mit einem Tiefpaß 
abgeblockt (R=22.1Ohm).

>>Einfach ein RC-Filter zwischen 1k Bürdewiderstand und Eingang des OPamp
>>schalten.

Wie soll ich mir das Vorstellen? Soll der TP in Reihe zum 
Rückkoppelwiderstand (Würde ja die Verstärkung beeinflußen) oder 
zwischen den Knotenpunkt und dem negativen Eingang des OP (Habe ich noch 
nie gesehen?!?)?

Bandbreite geht bis 3kHz.

Autor: Paul (Gast)
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Ein CMRR und PSRR von 130dB ist doch ganz gut.

Woher kommt dieser Gleichrichteffekt? Gibt es da eventuell eine 
Resonanzstelle mit der der OP nicht zurecht kommt? Sollte man einen 
anderen OP testen?

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo Paul,

für den TL1677 finde ich kein Datenblatt.

> Woher kommt das (Gibt es möglicherweise einen "Gleichrichteffekt im OP"
> bei diesen hohen Frequenzen.)? Was kann man dagegen unternehmen?
Woher dieser Offset genau kommt, weiß ich auch nicht. Ich habe ihn schon 
häufiger beobachtet, wenn die Spannungsversorgung durch fehlende 
Entstörkondensatoren gestört war.

Du hast die Entstörkondensatoren nun zwar nicht vergessen, aber die von 
Dir gewählten Kondensatoren wirken bei 90-200MHz aufgrund der 
parasitären Kondensator-Induktivität nicht mehr so gut. So ein 
Kondensator ist ja bei 200MHz in Wirklichkeit kein Kondensator mehr, 
sondern ein LC-Serienschwingkreis jenseits seiner Resonanzfrequenz. Die 
Induktivität kommt im wesentlichen von der Zuleitung.

Ich würde an Deiner Stelle einen 1µ-Kondensator aus X7R (nicht X5R) 
verwenden und den 100nF-Kondensator durch einen 1000pF-Kondensator NP0 
ersetzen.

Der 100nF-Kondensator ist in dieser Kombination unnötig und kann durch 
Parallelresonanz höchstens Probleme verursachen. (Wahrscheinlich kannst 
Du ihn auch drinlassen, ohne daß er Probleme macht; probiers einfach 
aus.)

Der 1000pF-Kondensator hat seine Resonanz bei etwa 150MHz und damit 
minimale Impedanz bei 150 MHz. Das ist genau das, was Du brauchst.
Achte aber unbedingt auf das Material, denn 1000pF-Kondensatoren gibt es 
sowohl aus dem Material NP0, als auch aus dem (schlechteren) Material 
X7R.

Achte weiterhin auf eine niederohmige Verbindung von Vcc bzw. 
Massefläche zum Kondensator (d. h. sehr kurze Leitungswege, mehrere 
parallele Vias zur Reduktion der Leitungsinduktivität) und auf eine 
möglichst ununterbrochene Massefläche.

Bei manchen OPV ist es entscheidend, ob der Entstörkondensator von +Vcc 
nach -Vcc oder von beiden nach Masse geht. Schau mal ins Datenblatt, ob 
dazu was drinsteht.

Typische Resonanzkurven findest Du hier:
http://www.avx.com/docs/masterpubs/mccc.pdf
Seite 4 unten ist für Dich besonders interessant.

Alternativ oder zusätzlich kannst Du den Einsatz von Ferritperlen 
erwägen. Das sind im Prinzip verlustbehaftete Spulen, die Du in Serie 
mit der Spannungsversorgung schaltest. Bei hohen Frequenzen werden sie 
ohmsch und verhindern, daß hochfrequente Signale sich über die 
Spannungsversorgung ausbreiten. Die Nominalwerte (z. B. 50-1000 Ohm) 
gelten jeweils für eine Signalfrequenz von 100 MHz.

Bei Farnell findest Du viele Beispiele, beispielsweise dieses:
http://de.farnell.com/wuerth-elektronik/742792096/...

Gruß,
  Michael

Autor: Aahh (Gast)
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Der gleichrichtereffekt ist notorisch. Dann hat man RF im Gehaeuse und 
auf der Leiterplatte. Die muss weg. Alle Leitungen blocken, das Gehaeuse 
dichten, daempfen.

Autor: Paul (Gast)
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Danke.

LT1677.

Meinst du, dass bei einem Aussteuerbereich von +/-4.5V eine Offset von 
0,5V durch eine schlechte Abblockung der Versorgungsspannung kommt? 
Hätte da ehr mit viel weniger gerechnet.

Habe auch schon die Abblockkondensatoren auf 47pF und 100nF geändert. 
Ergebnis war nur, dass sich der Offset schon bei 90MHz eingestellt hat.

Mmmhhh.

Autor: Paul (Gast)
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@Aahh

>>Der gleichrichtereffekt ist notorisch. Dann hat man RF im Gehaeuse und
>>auf der Leiterplatte. Die muss weg.

Die muss weg? Wenn die Leiterplatte weg ist, sind nahezu alle Probleme 
gelöst. ;-)

Was verstehe ich da falsch?

Autor: Aahh (Gast)
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Metallgehaeuse, das muss leiten, also nicht eloxiert, dafuer 
alodyne-iert. Dann alle Draehte, die durch das Gehaeuse fuehren mit 1nF 
gegen das Gehaeuse ableiten.

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo Paul,

> Meinst du, dass bei einem Aussteuerbereich von +/-4.5V eine Offset von
> 0,5V durch eine schlechte Abblockung der Versorgungsspannung kommt?
> Hätte da ehr mit viel weniger gerechnet.
ja, 0,5V ist drin. Ein Bekannter aus diesem Chat hat vor wenigen Tagen 
einen OPV gehabt, der wegen der fehlenden Kondensatoren 1V Offset hatte.

> Habe auch schon die Abblockkondensatoren auf 47pF und 100nF geändert.
> Ergebnis war nur, dass sich der Offset schon bei 90MHz eingestellt hat.
Daran siehst Du, daß Du über die Entstörung der Spannungsversorgung 
etwas erreichen kannst und daß dort eine der Ursachen liegt.
47pF und 100nF sind beide nicht ideal für den Frequenzbereich.

Ferritperle und 1µF || 1000pF/NP0 (mehrere 1000pF/NP0 parallel sind ok) 
probieren.


Gruß,
  Michael

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Paul,

>Wie soll ich mir das Vorstellen? Soll der TP in Reihe zum
>Rückkoppelwiderstand (Würde ja die Verstärkung beeinflußen) oder
>zwischen den Knotenpunkt und dem negativen Eingang des OP (Habe ich noch
>nie gesehen?!?)?

Dann betreibst du den OPamp also in invertierender Beschaltung? Das ist 
nicht gut, da du dann am Eingang kaum filtern kannst. Du solltest den 
OPamp besser als nicht-invertierenden Verstärker beschalten. Dann läßt 
es sich auch prima Tiefpaßfiltern: Einfach ein RC-Glied zwischen den 1k 
Shunt und den nicht-invertierenden Eingang des OPamp schalten. 10k + 1nF 
ergibt einen Tiefpaß mit einer Grenzfrequenz von 16kHz, das dürfte 
reichen.

Versteife dich nicht zu sehr auf die Versorgungsspannung, die Störung 
kommt höchstwahrscheinlich durch den Eingang.

>Ein CMRR und PSRR von 130dB ist doch ganz gut.

Die hast du aber nicht bei HF, sondern nur bei DC.

>Woher kommt dieser Gleichrichteffekt? Gibt es da eventuell eine
>Resonanzstelle mit der der OP nicht zurecht kommt? Sollte man einen
>anderen OP testen?

Nein, das wird kaum etwas bringen. Den Gleichrichtereffekt hast du 
aufgrund der unlinearen Kennlinien der Innereien des OPamp, die sich 
bemerkbar machen, wenn die Frequenz so hoch ist, daß die Gegenkopplung 
nicht mehr arbeitet und das Teil sich nicht mehr wie ein linearer 
Verstärker verhält. Wenn du beispielsweise irgendwo einen quadratischen 
Term in einer Kennlinie hast, erzeugt jeder Sinus einen zusätzlichen und 
unerwünschten DC Anteil. Dieser ist es, der letztlich deinen Offset 
verursacht.

Kai Klaas

Autor: Carsten (Gast)
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Morgen,

muß zu meiner Schande gestehen, dass ich den LT1677 für einen anderen OP 
eingebaut habe. Leider hatte der vorherige OP keinen externen 
Offsetabgleich. Diese PINs hingen in der Luft. Nun mit dem LT1677 hängen 
pin 1 und 8 immer noch in der Luft, aber das Datenblatt schweigt sich 
aus zu diesem Fall. Kann es sein, das dies der Fehler ist? Und noch mal 
die Frage woher der 0.5V Offset kommen kann?

Gruß P.

Autor: Aahh (Gast)
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Offsertabgleich macht man heute nicht mehr, da zu teuer. Lieber gleich 
einen besseren OpAmp einbauen.
Die Erklaerung von Kai Klaas kommt etwa hin. Die RF muss weg.

Autor: Beginy (Gast)
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Hallo

gleiches Problem hatte ich auch mal.
War behoben, nachdem ich auf einen C-MOS OP umgestiegen bin.

Gruß
Beginy

Autor: Paul (Gast)
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@Beginy

wie war den dein OP abgeblockt? Von welchem zu welchem OP hast du 
gewechselt?

Autor: Kai Klaas (Gast)
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@Paul
>Diese PINs hingen in der Luft. Nun mit dem LT1677 hängen
>pin 1 und 8 immer noch in der Luft, aber das Datenblatt schweigt sich
>aus zu diesem Fall. Kann es sein, das dies der Fehler ist?

Paul, wie oft müssen wir dir noch sagen, daß du die HF wegfiltern 
mußt???

>Und noch mal die Frage woher der 0.5V Offset kommen kann?

Hast du überhaupt gelesen, was ich geschrieben habe???

Die unlinearen Kennlinien der Innereien des OPamp führen zu einer 
Gleichrichtung der unverdaulichen HF, was deinen DC Offset bewirkt. Ich 
habe im Anhang ein Bildchen beigefügt, bei dem eine quadratische 
Kennlinie gezeigt ist. Die rote Linie ist der DC Level ohne HF Sinus, 
die grüne Linie der DC Level mit HF Sinus. Wenn der Verstärker also 
nicht mehr in der Lage ist, die Hf linear zu verstärken, dann schafft er 
nur noch die DC Level Verschiebung. Was du am Ausgang dann siehst ist 
eben ohne HF die rote Linie und mit HF die grüne Linie.

Kai Klaas

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo Kai Klaas,

>>Diese PINs hingen in der Luft. Nun mit dem LT1677 hängen
>>pin 1 und 8 immer noch in der Luft, aber das Datenblatt schweigt sich
>>aus zu diesem Fall. Kann es sein, das dies der Fehler ist?
>
> Paul, wie oft müssen wir dir noch sagen, daß du die HF wegfiltern
> mußt???

Das ist das Demotivierende, wenn man ausführlich auf Fragen von 
unregistrierten Benutzern antwortet. Manche können nicht lesen, und 
andere wollen nicht.

Ich danke auf jeden Fall für die ausführliche Erklärung, wie der Offset 
zustandekommt.


Gruß,
  Michael

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Michael,

danke für die aufmunternden Worte...

Kai

Autor: Paul (Gast)
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Mensch Kai,

nicht gleich angegriffen fühlen. Bin dabei die Abblockung zu ändern. 
Ferrit und Kondensatoren liegen schon hier. Morgen wird getestet. Ich 
berichte. Danke für die Hilfe. Das tolle Bild kam ja auch erst beim 2. 
mal nachfragen. ;-) So, nun genug Gebauchpinselt.

Bis morgen.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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@Paul
>Bin dabei die Abblockung zu ändern. Ferrit und Kondensatoren liegen
>schon hier.

Sechs-Loch-Ferritdrosseln sind optimal, wenn du bedrahtete Bauteile 
verwendest! Sonst hat Murata und Würth sehr gute SMD-Soft-Ferrite:

http://www.we-online.de/katalog/de/we/katalog/inde...

http://www.we-online.de/katalog/de/we/katalog/inde...

Bei 100MHz solltes du mindestens ein paar hundert Ohm haben. Du kannst 
die Ferrite in Serie zu den 22Ohm Widerstände schalten, dann sind auch 
alle Resonanzen unterdrückt.

Wie ich bereits gesagt habe, ist aber der Eingang deiner Schaltung von 
entscheidendem Interesse!

Kai Klaas

Autor: Beginy (Gast)
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@ Paul

Hier die Antwort:

Hatte auch alles mögliche versucht: Eingang mit RC Tiefpass, 
verschiedene Cs im Feedback, brachte alles nichts.
An bipolaren OPs wirkt die Basis- Emitter- Diode des Eingangstransistors 
als Gleichrichter und verschiebt daher den Offset. Bei OPs mit CMOS- 
Eingang gibt es diesen Effekt nicht.

Gruß Beginy

Autor: Suppengrün (Gast)
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100pF zwischen + und - Eingang des OPVs. dicht am OPV.

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo Paul,

in welchem Frequenzbereich willst Du eigentlich messen?

Gruß,
  Michael

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo Paul,

aha, dann interessiert es Dich ja ernsthaft. Schön!

Ich überlege gerade, wie Du die Ferritperlen auch im Signalpfad verbauen 
kannst. Vielleicht ist ein solcher Aufbau ganz nützlich:


                           ------1000-----
                           |               |
                           |    | \        |
                           |    |  \       |
    Ferrit1      Ferrit1   |    |   \      |
-*--||||||---*---||||||----*----| -  \     |
 |           |                  |     \----|
 |           |                  |     /
R=50       C=100pF       GND ---| +  /
 |           |                  |   /
---         ---                 | /


Für Niederfrequenz wirken die Ferrite als Kurzschlüsse. R dürfte dann 
nicht sonderlich stören, da der virtuelle Kurzschluß am (-)Eingang viel 
niederohmiger ist als die 50-Ohm-Widerstände.

R=50 (oder 47) sorgt dafür, daß das (Koaxial-)kabel HF-mäßig mit seinem 
Wellenwiderstand abgeschlossen wird, so daß die HF in Wärme umgesetzt 
wird und nicht im Kabel zigmal hin- und zurück reflektiert wird.

Die Ferrite wirken für die HF als ohmsche Widerstände.

C=100pF schließt die HF kurz.


Gruß,
 Michael



PS: Falls die Ferrit-Gleichstromwiderstände zu groß sind, kannst Du 
statt Ferrit 1 und Ferrit 2 je einen Silberdraht nehmen und darum solche 
Ferrite mit Loch stecken, wie Kai es beschrieben hat.

Bei Gegentaktstörungen müssen die Ferrite um beide Leitungen (Leiter und 
Masse) gehen. Bevor Du den Außenleiter des BNC-Kabels an der Massefläche 
anschließt, kannst Du eine solche Ferritperle verwenden:
http://de.farnell.com/tdk/acm2520-451-2p/choke-com...

Autor: Aahh (Gast)
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Die Schemas sind zwar schoen, aber wertlos wenn das Ganze auf Lochraster 
gemacht wurde.

Autor: Hauke Radtki (lafkaschar) Benutzerseite
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Wer bitte gibt einen Lochrasteraufbau zur EMV Prüfung? Oo
Ich möcht auch gerne geld übrig haben :/

Autor: Paul (Gast)
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@ Aahh & Hauke

Also bitte. Ihr glaubt doch noch wirklich, dass ich mit einer 
Lochrasterplatine zum EMV Test fahre.

@Kai

Die veränderte Abblockung zeigt schon deutliche Verbesserung. Habe die 
22R1 durch einen Ferrit ersetzt und 1nF und 100nF zum stützen benutzt. 
Damit ist der Offset fast komplett verschwunden.

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo Paul,

> Die veränderte Abblockung zeigt schon deutliche Verbesserung. Habe die
> 22R1 durch einen Ferrit ersetzt und 1nF und 100nF zum stützen benutzt.
> Damit ist der Offset fast komplett verschwunden.

probier das ruhig auch mal mit den 50 Ohm gegen Masse zusätzlich vor dem 
Ferrit. Die 50 Ohm verändern nur scheinbar die Funktion der Schaltung, 
denn sie liegen ja ohnehin parallel zum virtuellen Kurzschluß (bzw. dem 
geschätzten 1 Ohm der Ferrite). Durch die 50 Ohm fließt demnach im 
wesentlichen nur der Störstrom.

Die Ferrite reflektieren die elektromagnetischen Wellen nur, während die 
50 Ohm sie in Wärme umsetzen. Theoretisch müßte es dadurch besser 
werden; mich würde mal interessieren, was die Praxis dazu sagt.

Welche Ferrite hast Du verwendet? SMD oder bedrahtete mit Löchern?


Gruß,
  Michael

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