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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Rechteck und Sinus ohne Phasenversatz (Sinus aus Recheck erzeugen?)


Autor: Andy Andy (grandmaster)
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Hallo zusammen,

ich hab hier ein Problem und hoffe, dass ihr mir vielleicht weiter 
helfen könnt. Ich benötige ein Rechtecksignal und ein Sinus Signal, mit 
der gleichen Frequenz (16 kHz). Die beiden Signale dürfen keinen 
Phasenversatz haben (benötige die gleichen Nulldurchgänge für eine 
spätere Weiterverarbeitung).

Meine erste Idee war, aus einem Rechecksignal (das will ich mir mit 
einem FPGA erzeugen) ein Sinus-Signal zu erzeugen. Meine bisherige 
Überlegung, einfach einen Tiefpass zu verwenden, funktioniert jedoch 
nicht, da ich eine Phasenverschiebung bekomme, oder?

Gibt es ICs, die als Input ein Rechecksignal haben und als Ausgang einen 
Sinus erzeugen, welcher nicht, oder nur minimal, Phasenverschoben ist?

Alternativ, oder vielleicht sogar besser wäre es, das Rechtecksignal und 
den Sinus aus einer Quelle zu erzeugen, da ich das Signal im FPGA nicht 
benötige. Soll heißen, gibt es vielleicht einen Baustein, welcher mir 
ein Rechtecksignal und ein Sinus erzeugt, die in Phase sind. (beides 
16kHz, +/- 1kHz)

Hat jemand von euch eine Idee? Es geht dabei übrigends um eine 
Resolverauswertung, falls das von Interesse ist :).

Wäre echt super froh, wenn mir jemand helfen könnte oder ein Tipps hat! 
Vielen Dank schonmal!

Viele Grüße!!!

Autor: Simon Huwyler (simi)
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Andy Andy schrieb:
> Meine erste Idee war, aus einem Rechecksignal (das will ich mir mit
> einem FPGA erzeugen) ein Sinus-Signal zu erzeugen.

Warum denn nicht umgekehrt?

Autor: MaWin (Gast)
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Normalerweise würde man Rechteck aus Sinus erzeugen durch einen simplem 
Komparator mit 0.
Aber dazu muß man den Sinus erst mal erzeugen. Ein RC-Glied ist nicht 
freuquenzvariabel. Mit einem FPGA geht aber problemlos DDS, du kannst 
das Signal mit der Frequenz sogar seriell in einen Audio-D/A-Wanndler 
rausschicken.

Autor: Andy Andy (grandmaster)
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Du meinst, mit dem FPGA über eine Tabelle einen Sin erzeugen? Also wenn 
es gar nicht anders geht, dann musss ich das wohl machen, aber ich hätte 
jetzt die PWM genommen, also das Rechtecksignal, da ich das schon habe 
und mich mit FPGA Programmierung nicht so gut auskenne :).

Am liebsten wäre es mir, wenn ich so drüber nachdenke, wenn ich beides 
ohne FPGA erzeugen könnte, also das Rechteck und den Sinus. (aber eben 
in Phase)

Meint ihr, dass geht irgendwie?

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Andy Andy schrieb:
> Meine erste Idee war, aus einem Rechecksignal (das will ich mir mit
> einem FPGA erzeugen) ein Sinus-Signal zu erzeugen.
Dann erzeug dir das Sinus-Signal doch auch mit dem FPGA.

Aber ich würde auch die diskrete Vorgehensweise Sinus --> Rechteck ins 
Auge fassen. Eine Wienbrücke und ein Komparator und fertig.

MaWin schrieb:
> Ein RC-Glied ist nicht freuquenzvariabel.
Ich denke, das ist auch nicht nötig, um den Resolver anzuregen...

EDIT:
Andy Andy schrieb:
> Am liebsten wäre es mir, wenn ich so drüber nachdenke, wenn ich beides
> ohne FPGA erzeugen könnte, also das Rechteck und den Sinus. (aber eben
> in Phase)
> Meint ihr, dass geht irgendwie?
Ja:
http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/31-DDFS

Autor: Andy Andy (grandmaster)
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Das ist auch eine sehr gute Idee, wenn das einfacher geht.

Lassen wir den FPGA mal außen vor.

Ich erzeuge mir also ein Sinus-Signal mit 16kHz und mach dann mittels 
einem Komperator wie von Lothar und MaWin vorgeschlagen ein 
Rechteksignal?

Und da bekomme ich dann auch kein Phasenversatz rein?

Frequenzvariabel muss das ganze in der Tat nicht sein, wollte mit den 
16kHz +/-1kHz nur ausdrücken, dass die Frequenz um ein 1kHz abweichen 
darf. Sie muss aber schon einen festen Wert haben. Hab ich mich schlecht 
ausgedrückt, sorry :).

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Andy Andy schrieb:
> Ich erzeuge mir also ein Sinus-Signal mit 16kHz und mach dann mittels
> einem Komperator wie von Lothar und MaWin vorgeschlagen ein
> Rechteksignal?
Wir hatten einen Komp-A-rator vorgeschlagen... ;-)

> Und da bekomme ich dann auch kein Phasenversatz rein?
Wenn der Komparator richtig bemessen ist, kannst du die Schaltschwellen 
ohne weiteres auf 0V legen.

Autor: Martin (Gast)
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ATTiny mit zwei PWM-Kanälen:

1. Kanal Sinus (plus RC Filter)
2. Kanal Rechteck

Autor: Andy Andy (grandmaster)
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Lothar Miller schrieb:
> Andy Andy schrieb:
>> Ich erzeuge mir also ein Sinus-Signal mit 16kHz und mach dann mittels
>> einem Komperator wie von Lothar und MaWin vorgeschlagen ein
>> Rechteksignal?
> Wir hatten einen Komp-A-rator vorgeschlagen... ;-)

Meinte ich doch :-). Hab mich gerade eure Ideen gefreut, dass die 
Rechtschreibung auf der Strecke geblieben ist :).

Dann werde mir da mal Bauteile zusammenbauen und würde euch die 
Schaltung dann hier nochmal posten. Vielleicht könntet ihr nochmal 
drüber schauen, ob das so funktioniert :).

Vielen Dank!

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Andy Andy schrieb:
> Ich benötige ein Rechtecksignal und ein Sinus Signal, mit
> der gleichen Frequenz (16 kHz). Die beiden Signale dürfen keinen
> Phasenversatz haben

XR2206

Autor: Ralph Berres (rberres)
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Jörg Wunsch schrieb:
> XR2206

Wenn ich mich recht erinnere, hat der XR2206 aber zwischen Sinus und 
Rechteck eine Phasenverschiebung von 90°
Der Rechteck ist nämlich die Umschaltung von ansteigender Flanke auf 
abfallende Flanke und umgekehrt des Dreiecksignales. Die Sinus wird aus 
dem Dreiecksignal durch ein Diodennetzwerk gebildet.

Ralph Berres

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Ralph Berres schrieb:
> Wenn ich mich recht erinnere, hat der XR2206 aber zwischen Sinus und
> Rechteck eine Phasenverschiebung von 90°

Ich war mir nicht mehr komplett sicher und habe es im Datenblatt auf
Anhieb nicht gefunden.

Was spräche eigentlich gegen einen Komparator (gegen 0 V) nach dem
Sinusgenerator?

Autor: Martin (Gast)
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ATTiny(2):

1. 8-Bit Port mit R2R-Netzwerk für den Sinus
2. 1-Bit Port für den Rechteck

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Martin schrieb:
> 1. 8-Bit Port mit R2R-Netzwerk für den Sinus
Das geht mit 1% Widerständen schon mal nicht zuverlässig stetig...

Autor: Martin (Gast)
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>> Das geht mit 1% Widerständen schon mal nicht zuverlässig stetig...

Das sehe ich nicht als ein so großes Problem, da ich auf der einen Seite 
die Widerstände auswählen kann und auf der anderen Seite noch die 
Möglichkeit habe auf z. B. 6 Bit umzusteigen. Hinzu kommt, dass z. B. 
CSD(?) vor Jahr und Tag fertige R2R-Netzwerke angeboten hat.

Generatoren (Sinus etc.) nach diesem Prinzip habe ich schon mehrfach und 
problemlos aufgebaut.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>ich hab hier ein Problem und hoffe, dass ihr mir vielleicht weiter
>helfen könnt. Ich benötige ein Rechtecksignal und ein Sinus Signal, mit
>der gleichen Frequenz (16 kHz). Die beiden Signale dürfen keinen
>Phasenversatz haben (benötige die gleichen Nulldurchgänge für eine
>spätere Weiterverarbeitung).

Spezifiziere "keinen Phasenversatz"! Was ist denn erlaubt? 0,000001°, 
1°, 15°??

Spezifiziere "Sinus Signal"! Welcher Klirrfaktror ist erlaubt? 
0,000001%, 1,7%, 13%??

Spezifiziere "Rechtecksignal"! Welches Tastverhältnis und welche 
Anstiegszeiten sind erlaubt?

Es gibt Millionen von Möglichkeiten dein Problem zu lösen, wenn du 
"irgend einen" Sinus und "irgend ein" Rechteck haben willst. Je enger 
aber die Spezifikationen werden, um so mehr dieser Möglichkeiten fallen 
heraus.

Kai Klaas

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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Ralph Berres schrieb:
> Wenn ich mich recht erinnere, hat der XR2206 aber zwischen Sinus und
> Rechteck eine Phasenverschiebung von 90°

Dem kann man aber abhelfen. Nimm einen Digitalen Phasenkomparator (Type 
2 vom 4046 PLL IC nicht den EXOR nehmen) und vergleich das Sinussignal 
mit dem Referenzrechtecksignal. Mit dieser Steuerspannung stellst du 
deinen VCO im XR2206 nach. Danach hast du 0 Grad Versatz zwischen Sinus 
und Rechteck.

Autor: Ralph Berres (rberres)
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Helmut

Du hast dir offenbar die Funktion des XR2206 nicht angeschaut.

Der XR2206 liefert Sinus und Rechtecksignal gleichzeitig an 2 
verschiedene Ausgänge. Der Rechteck ist gleichzeitig das interne 
Umschaltsignal zwischen
der ansteigende Flanke und abfallende Flanke des Dreiecksignales, 
welches mit einem Diodennetzwerk zu einen Sinus umgewandelt wird.

Mir ist irgendwie nicht ganz klar wie du mit Hilfe einer PLL die Phase 
zwischen den beiden Ausgangssignale angleichen willst.

Zudem ist das ansteuern des PLL Ics 4046 mit einer Sinus nicht 
unproblematisch. Lese dir mal folgendes in Ruhe durch und lasse es dir 
auf der Zunge zergehen.
http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaere...

So manche Fehler die man wochenlang suchen war lassen sich hiermit 
erklären.

Ralph Berres

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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Hallo Ralph

nicht das Rechteck aus dem XR2206 sondern ein Referenzrechteck aus einem 
anderen Teil der Schaltung. Dann ist das ganze eine PLL mit dem 
Phasenkomparator aus dem 4046 und dem VCO aus dem XR2206. Der Sinus aus 
dem XR2206 sollten man noch mit einem Komparator zum Rechteck umformen 
wenn der Eingangsverstaerker der 4046 da Schwierigkeiten macht.

Das ganze hat den Vorteil man kann als Referenz einen Quarzoszillator 
mit Teiler nehmen oder auch eine variable Frequenz einspeisen. Sinus und 
Rechteck sind aber immer Phasenstarr miteinander gekoppelt.

Eine andere moeglichkeit besteht einen Bandpass abstimmbar zu machen 
(z.B ueber FET, OTA , Multiplizierer). Diesen Bandpass kann man dann 
auch ueber einen Phasenvergleicher nachfuehren. Dann hat man auch einen 
Phasenstarr gekoppelten Sinus. Und beim Phasenvergleicher Type 2 ergibt 
das dann 0 Grad Versatz.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Das ganze hat den Vorteil man kann als Referenz einen Quarzoszillator
>mit Teiler nehmen oder auch eine variable Frequenz einspeisen. Sinus und
>Rechteck sind aber immer Phasenstarr miteinander gekoppelt.

Ja, im Langzeit-Mittel. Aber kurzzeitlich hat man da oft einen fiesen 
Jitter oder gar Phasenrauschen.

Kai Klaas

Autor: ulrich (Gast)
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Für das Sinus Signal gibt es verschiedene Möglichkeiten:
1) XR2206
2) DDS mit Spezial IC (z.B. AD9833)
3) DDS mit µC (z.B. Atmel  Mega48 oder Tiny2313 und ein DA-Wandler dazu, 
ggf. auch R2R)
4) Wien-brücken Oszillator: z.B. mit OP oder auch nur 2 Transisitoren
5) LC Oszillator
6) Aus eine Rechteck per Bandpaßfilter - bei idealem Abgleich passt oft 
auch die Phase.
...

Aus dem Sinus kann man mit wenig Phasenvrschiebung ein Rechteck machen, 
per Komperator.
Beim DDS Generator gibt es das Rechtecksignal zum Teil gleich mit dazu - 
z.B. höchstens Bit für den DA Wandler - man hat dann aber ggf. etwas 
Phasenverschiebung von Rekonstruktionsfilter.

Ein andere alterntive Lösung:
Per "PLL" die Frequenz zu einstellen das man an einem Bandpaßfilter 
hoher Güte keine Phasenverschiebung hat. Das Filter wird so zum 
Frequenzbestimmenden Teil.

Autor: Route_66 (Gast)
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Hallo!

@Martin
>ATTiny(2):

>1. 8-Bit Port mit R2R-Netzwerk für den Sinus
>2. 1-Bit Port für den Rechteck

Ist bei einem R2R-Netzwerk für den Sinus nicht das höchstwertigste Bit 
gleichzeitig als Rechtecksignal verwendbar? Es ist doch quasi das 
"Vorzeichen" des Sinus.

Autor: Martin (Gast)
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>> Ist bei einem R2R-Netzwerk für den Sinus nicht das höchstwertigste Bit
>> gleichzeitig als Rechtecksignal verwendbar? Es ist doch quasi das
>> "Vorzeichen" des Sinus.

Ja, du kannst das höherwertige Bit als Rechtecksignal heranziehen. Je 
ein OPA als Puffer für das Sinus- & das Rechtecksignal sind zu 
empfehlen.

Autor: Ralph Berres (rberres)
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Da gibt es aber noch die Phasenverschiebung des Aliasingfilters auf der 
Sinusseite. Es funktioniert also nur so wenn die Abtastfrequenz des 
DA-Wandlers deutlich höher liegt als die ausgegebene Frequenz des 
Sinussignals.

Ralph Berres

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Jetzt wird es aber Zeit, daß Andy zu uns zurück kommt und seine 
Vorstellungen präzisiert, sonst raten wir noch ewig weiter herum...

Kai Klaas

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