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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Low-Pass Filter 7ter Ordnung "200Ohm"!


Autor: Manuel (Gast)
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Habe mir einen Frequenzgenerator mit dem AD9851 gebaut. Hat auch soweit 
geklappt. Kann meinen Sinus einstellen und bekomme auch das erwartete 
Ergebnis.

Einen Teil der Schaltung aus dem Datenblatt habe ich allerdings 
weggelassen... Und zwar den "70MHZ Elliptical Low-Pass Filter 7th 
Order...".

Ich verstehe zwar das dieser Filter nur Frequenzen bis 70 MHZ 
durchlassen soll... aber verstanden wozu das gut sein soll habe ich 
nicht. Kann das jemand vielleicht einem nicht ganz so versierten Laien 
erklärbar machen? Bis jetzt wird mein Sinus eigentlich ganz gut 
erzeugt... und sieht auch auf dem Oszi recht sauber aus. Ist der Filter 
evtl. nur für den Comparator gedacht? Das der vielleicht nicht 
versehentlich zur falschen Zeit schaltet? Ich kann mir dieses 
Hochfrequenz zeug nur wirklich sehr schwer vorstellen :-(

Wenn ich jetzt diesen Filter mit auf die Platine bauen wollte... Dann 
fällt mir auf das dort relativ niedrigwertige Bauteile verwendet werden. 
Kondensatoren im Bereich von 1pf bzw. Spulen mit 470nH. Da frage ich 
mich wo man sowas überhaupt bekommt bzw. ob parasitäre "Elemente" die 
Funktion des Filters nicht sowieso ad-absurdum führen...

Dann würde mich natürlich noch interessieren, sollte ich den Filter dann 
auf meine Platine haben, wie kann ich dessen Funktion überhaupt 
feststellen? Klar wenn bis 70MHZ alles durchkommt... Aber dann? Mein 
Oszi reicht gerade mal bit 40MHZ... Oder braucht man da so richtig 
teures Equipment? Aber die Funker haben das ja auch vor 20 Jahren schon 
gebaut... oder irre ich mich da?

Über die eine oder andere Erleuchtung in diesem Bereich würde ich mich 
freuen :-)

Autor: Bleifuss (Gast)
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"und sieht auch auf dem Oszi recht sauber aus"

"Mein Oszi reicht gerade mal bit 40MHZ"

... "Nominal 40MHz" oder "Bei 40MHz ist endgültig Schicht"?


Ein DDS-Generator ist ein PCM-System, gibt also die Kurvenform 
stückweise aus. Da entstehen natuerlich Sprünge, und die muss man 
wegfiltern. Da wahrscheinlich die Abtastfrequenz 140MHz sein wird 
(Nyquist-Shannon) macht ein 40MHz Oszi das bereits für Dich.

Im Signal willst Du den Griess nicht haben, kann 
Intermodulationsverzerrungen im Prüfling hevorrufen und den Funk stören.

Bau den Filter im Zweifelsfall nach Anleitung(tm) auf....

Wenn das wirklich ein 40MHz nominal Analogoszi ist, kannst Du damit 
70MHz idR sehen, nur mit falscher Amplitude.

Autor: Hauke Radtki (lafkaschar) Benutzerseite
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Oder bnau dir zum Testen einen Hochpass mit was weiß ich 40MHz und guck 
dir mit dienem oszi an, was an hochfrequenz hinten noch rauskommt. Im 
Nutzsignal geht das auf deinem Oszi vielleicht unter, aber wenn du das 
nutzwignal ausfilterst siehst du dann vielleicht die strörungen ;)

Ist aber im prinzip das gleiche wie bei der Audioausgabe bei der 
Soundkarte, dort kommt auch ein Tiefpassfilter (der normalerweise dann 
jedoch 20kHz als grenzfrequenz hat) zum einsatz, um die zwangsweise bei 
Digitalen signalen vorhandenen Amplitudensprünge (zeitlicher natur) 
wegzufiltern

Autor: Manuel (Gast)
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Also mein Oszi ist ein Phillips PM 3215. Hab gerade gesehen das das 
sogar 50MHZ kann. Ob das nominal ist - keine Ahnung - praktisch zeigt es 
mir bei einer 20MHZ Clock auch nur noch einen Sinus an.


>Ein DDS-Generator ist ein PCM-System, gibt also die Kurvenform
>stückweise aus. Da entstehen natuerlich Sprünge, und die muss man
>wegfiltern. Da wahrscheinlich die Abtastfrequenz 140MHz sein wird
>(Nyquist-Shannon) macht ein 40MHz Oszi das bereits für Dich.

Ich hab mir das so vorgestellt das da über den ADC dann folgende 
Spannungen erzeugt werden:

clock    1      2     3      4       5        6       7   ...
U       1V   1.5V   1.8V    1.9V    1.8V     1.5V    1V   ...

Muß ich mir das jetzt so vorstellen das der Spannungsanstieg von 1V -> 
1.5V kurzfristig mal 2V oder so anliegen?

Autor: faustian (Gast)
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"Muß ich mir das jetzt so vorstellen das der Spannungsanstieg von 1V ->
1.5V kurzfristig mal 2V oder so anliegen?"

Das kann dir in der Praxis passieren durch Reflexionen im System ... 
sollte aber nicht.

Aber da wird eben ein Sprung von 1V nach 1.5V so schnell wie moeglich 
ausgefuehrt, und dann erstmal auf 1.5V geblieben bis zum naechsten 
Schritt.


"praktisch zeigt es
mir bei einer 20MHZ Clock auch nur noch einen Sinus an"

Um ein ganz "sauberes, scharfkantiges Rechteck" darzustellen brauchst Du 
da schon eher ein 200MHz Geraet....

Autor: Frank Herbert (hunkete)
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Manuel schrieb:
> Ich hab mir das so vorgestellt das da über den ADC dann folgende
> Spannungen erzeugt werden:
>
> clock    1      2     3      4       5        6       7   ...
> U       1V   1.5V   1.8V    1.9V    1.8V     1.5V    1V   ...
>
> Muß ich mir das jetzt so vorstellen das der Spannungsanstieg von 1V ->
> 1.5V kurzfristig mal 2V oder so anliegen?

Nein, diese Ausgangsspannungswechsel erfolgen (im Idealfall) direkt ohne 
weitere Zwischenschritte. Es handelt sich hier übrigens um einen DAC, 
nicht um einen ADC.

Das Grundproblem bei einem DDS-System ist, dass es sich um ein digitales 
System handelt. Wie du schon geschrieben hast, wird das Ausgangssignal 
nur zu bestimmten (diskreten) Zeitpunkten geändert. Im Frequenzbereich 
macht sich das durch eine periodische Wiederholung des Augangsspektrums 
bemerkbar. Die Periode ist dabei die interne Taktfrequenz deines DDS.

Beispiel:
Takt DDS: 50 MHz.
Ausgangssignal: 10 MHz.
Dein Ausgangssignal von 10 MHz wird jetzt u.a. durch weitere Frequenzen 
bei 60 MHz, 110 MHz usw. überlagert. Daher ist unbedingt der 
Tiefpassfilter am DDS-Ausgang erfoderlich. Dieser Tiefpassfilter muss 
(im Idealfall) alle Frequenzen überhalb der halben Taktfrequenz (siehe 
Abtasttheorem. Die Störfrequenzen treten auch bei (Taktfrequenz - 
Ausgangsfrequenz) auf.) ausfiltern.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Warum müsst ihr das eigentlich so kompliziert beschreiben?

Der Chip funktioniert mit DDS, wie schon gesagt. Das heißt, ein DAC gibt 
schnell hintereinander eine Spannung aus, die eine bestimmte Auflösung 
hat. Variiert man diese Spannung, bekommt man zum Beispiel einen Sinus.

Da der Chip aber keine unendliche Auflösung hat, wird man bei einem 
Sinus beispielsweise immer noch kleine "Treppen" im Signal haben. Also, 
wie du schon richtig erkannt hast, Signalsprünge. Diese sind sehr sehr 
klein (wie gesagt, abhängig von der Auflösung des Wandlers und von der 
Auflösung der Sinustabelle und abhängig von der zu erzeugenden 
Frequenz).

In der Signaltechnik gibt es aber keine "Sprünge". Auch die Flanken 
eines Rechtecks können nie senkrecht nach oben gehen, da diese "Kante" 
einer Frequenz von unendlich entsprechen würde.

Steile Rechtecke bestehen laut Fourier aus einer ganzen Menge von 
"Teilfrequenzen", die den Rechteck zusammenbauen. Dein (wenn auch 
winziger) Signalsprung bei den "Signaltreppchen" enthält also relativ 
viele Teilfrequenzen, die das Nutzsignal "verunreinigen".
Sprich, dein Ausgangssignal hat nicht nur den 1kHz Sinus, den du 
vielleicht eingestellt hast, sondern auch noch viel höhere Frequenzen, 
bedingt durch die Treppchen, die durch die (nicht un-)endliche 
Abtastrate des DAC (und der Tabelle usw.) entstehen.

Dass du die nicht auf dem Oszi siehst liegt einerseits daran, dass die 
Treppchen von der Amplitude her sehr klein sind (Hier hilft reinzoomen, 
falls möglich) und andererseits (auch schon erwähnt hier) liegt es 
daran, dass dein Oszilloskop sowieso schon einen Tiefpass eingebaut hat 
(Der über ungefähr bei der angegebenen Bandbreite des Oszilloskop 
liegt). Man kann also über den Daumen gesagt sagen: Dein 50MHz 
Oszilloskop kann keine Frequenzen über 50MHz messen (oder nur solche, 
mit großer Amplitude).

Andere Geräte oder Bauteile (die du möglicherweise an den 
Funktionsgenerator anschließen möchtest) könnten nicht so "gutmütig" auf 
diese hohen Frequenzanteile im Signal reagieren, wie das Oszilloskop 
(Was eben den Filter schon eingebaut hat).
Und deswegen macht es Sinn diesen Filter in den Signalgenerator 
einzubauen, damit dieser ein wirklich "sauberes" Signal liefert (ohne 
Obertöne AKA höhere Frequenzanteile).

Autor: Manuel (Gast)
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Erstmal vielen Dank für die ausführlichen Erklärungen. Langsam bekomme 
ich eine Vorstellung davon was gemeint ist. Kann ich mir das bildlich 
dann etwa so vorstellen?

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Autor: Manuel (Gast)
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Hmm... so hatte ich mir das vorher schon vorgestellt. Allerdings ist mir 
jetzt noch immer nicht klar wo hier die hohen Frequenzanteile herkommen. 
Resultieren diese aus der Anstiegsgeschwindigkeit der Flanke zum 
nächsten Punkt??

Autor: gas1 (Gast)
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ein rechteck besteht aus vielen frequenzen
z.B. 20MHz rechteck hat auch frequenzanteile bei 60MHz, 100MHz, 140MHz 
usw.
thema dazu: oberwellen, fourier usw.
ist doch auch schon beim beitrag von Simon K. erwähnt worden.

Autor: Frank Hans (gowi)
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Manuel schrieb:
> Hmm... so hatte ich mir das vorher schon vorgestellt. Allerdings ist mir
> jetzt noch immer nicht klar wo hier die hohen Frequenzanteile herkommen.
> Resultieren diese aus der Anstiegsgeschwindigkeit der Flanke zum
> nächsten Punkt??

Ja, Stichwort Fouriersynthese. 
http://pics.computerbase.de/lexikon/107197/Fourier...

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Manuel schrieb:
> Hmm... so hatte ich mir das vorher schon vorgestellt. Allerdings ist mir
> jetzt noch immer nicht klar wo hier die hohen Frequenzanteile herkommen.
> Resultieren diese aus der Anstiegsgeschwindigkeit der Flanke zum
> nächsten Punkt??

Völlig richtig.

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