Erst filtern und dann verstärken oder umgekehrt?

[thomas_d (Gast)]

Hallo,

ich habe eine stark verrauschte Spannung von einigen mV die 
tiefpassgefiltert und dann so verstärkt werden müssen, dass ich sie mit 
dem Mikrocontroller weiterverarbeiten kann.

In welcher Reihenfolge macht man sowas? Oder ist das egal?
Intuitiv hätte ich zuerst gefiltert.

Vielen Dank!


mfg

Thomas

[thomas_d (Gast)]

Nachtrag: Es handelt sich um Gleichspannung.

[Michael M. (michaelm)]

thomas_d schrieb:
> Intuitiv hätte ich zuerst gefiltert.

Moin, würde ich auch so machen.
Wie groß ist der Rauschabstand bzw. Signal/Rauschverhältnis?
Hast Du Erkenntnisse über das Rausch-Spektrum?

Grüße Michael

[Christian S. (christianstr)]

hmm...gute Frage...bin da kein Experte, aber ich hätt erst Verstärkt und 
dann gefiltert, für den Fall, dass sich durch das Verstärken noch ein 
Rauschen dazuaddiert...

[Winfried J. (Firma: Nisch-Aufzüge) (winne)]

Gleichspannung mit einigen mV? Da drängelt sich ein aktiver Tiefpass mit 
R2R-OAMP regelrecht auf.

[thomas_d (Gast)]

Aktuell warte ich noch auf den Spektrumanalysator. Es ist aber geplant, 
das Spektrum/PSD des Signals zu messen. Erst dann möchte ich das Filter 
dimensionieren.

mfg

[thomas_d (Gast)]

@Winfried: Hatte an einen Butterworth mit n>=4  als Sallen Key gedacht. 
Konkret aber erst nach der Messung.

Was ist ein R2R-Opamp?

[... (Gast)]

thomas_d schrieb:
> Nachtrag: Es handelt sich um Gleichspannung.
Wenn du dich nicht zu sehr mit Offset-Spannungen und deren Drift 
rumärgern möchtest, lass dir schon mal etwas einfallen, um daraus eine 
Wechselspannung zu machen, die du dann schön selektiv verstärken kannst 
;-)

[Winfried J. (Firma: Nisch-Aufzüge) (winne)]

rail to rail

http://de.wikipedia.org/wiki/Operationsverst%C3%A4rker#Spannungsbereich_und_Stromaufnahme

[thomas_d (Gast)]

Hört sich gut an, insbesondere da ich eh eine asymmetrische Versorgung 
vorgesehen hatte. Habe jetzt mal den Lm258 geordert und hoffe, dass man 
ihn bis in den 10mV-Bereich aussteuern kann wenn GND an U- anliegt.

mfg

[Hop Triceratop (Gast)]

>Lm258 ... Gleichspannung .. verstaerken


Dann liegen die Anfoerderungen aber eher tief. Was ist die Bandbreite 
des Signals? Wie genau muss der DC Anteil des Sinales verstaerkt werden 
?

[thomas_d (Gast)]

Genaue Daten habe ich noch nicht. Die benötigte Verstärkung hängt von 
der Ausgansspannung bzw. der Verstärkung des Shunt-Monitors ab.

Kannst Du eine bessere Lösung empfehlen als den LM258?

[hdhdhhdhd (Gast)]

Thomas der Bastler, bist du das etwa wieder ??????????? 
:-)))))))))))))))))))

[Hop Triceratop (Gast)]

>Genaue Daten habe ich noch nicht.

Etwas mager. Einen Shunt verstaerken, aha. Bei 10mV sollte man einen 
OpAmp verwenden, der keine 3mV Offset haben kann. Sondern einen, der 
viel weniger hat. Schau fuer einen, der zB 150uV hat. Ich verwend zB den 
MCP 617, einen Dualen. Der MCP 616 waere der Single davon. Dann waere 
noch die Frage der Bandbreite... eine Frage, was fuer ein Strom den 
gemessen werden soll.

[Johannes E. (cpt_nemo)]

Christian Str schrieb:
> ...bin da kein Experte, aber ich hätt erst Verstärkt und
> dann gefiltert, für den Fall, dass sich durch das Verstärken noch ein
> Rauschen dazuaddiert...

Wenn man ein stark verrauschtes Signal ungefiltert verstärkt, wird das 
Rauschen mit verstärkt. Dadurch besteht die Gefahr, dass z.B. durch 
kurze Störungen der Verstärker übersteuert wird oder durch die begrenzte 
Slew-Rate das Signal verzerrt wird.

Beides sind nicht-lineare Verzerrungen, die man hinterher nicht mehr 
rausfiltern kann. Mit einem passiven Filter am Eingang kann man solche 
Effekte vermeiden.

Deshalb ist ist es meistens sinnvoll, zuerst zu filern und dann zu 
verstärken. Wenn men einen aktiven Filter gleichzeitig als Verstärker 
nutzen möchte, ist es auch gut, wenn zuerst eine passive Filterstufe 
kommt bzw. viele aktive Filter-Schaltungen haben das sowieso schon.

Wenn der Verstärker selber Rauschen erzeugt, dann kann man zusätzlich 
noch einen Filter an den Ausgang schalten; aber primär sollte die 
Filterung am Vertärkereingang gemacht werden.

[thomas_d (Gast)]

Viele Dank für die interessanten Antworte , insbesondere auch bzgl des 
MCP617.

[Christian S. (christianstr)]

Johannes E. schrieb:
> Christian Str schrieb:
> Wenn man ein stark verrauschtes Signal ungefiltert verstärkt, wird das
> Rauschen mit verstärkt. Dadurch besteht die Gefahr, dass z.B. durch
> kurze Störungen der Verstärker übersteuert wird oder durch die begrenzte
> Slew-Rate das Signal verzerrt wird.
> ...

Danke Johannes :) Erst filtern, dann verstärken...macht mit deiner 
Erklärung auf jedenfall Sinn :) Ich werds mir merken!

[Wolfgang H. (Firma: AknF) (wolfgang_horn)]

Weder egal, noch intuitiv, thomas_d,

interessant, sich damit noch mal zu beschäftigen:

Sondern analytisch vorgehen mit Verständnis vom Geschehen:
1. Der erste Blick gilt der Stufe, wo die gewünschten Informationen 
abstrahiert werden. Beispielsweise dem Detektor im Rundfunkempfänger. 
Oder der Funktion, welche die Daten vom AD-Wandler mittelt, verarbeitet 
und dann eine ja/nein-Entscheidung trifft oder Fehler vorwärts 
korrigiert.
Hier: Welche Fehlerfreiheit ist hier gefragt? Ergibt sich aus 
Spezifikationen. Wie groß ist der Störpegel? Wie groß muss demnach der 
Nutzpegel sein?
2. Betrachte Deine komplette Kette an Vierpolen im Signalweg. Übertrage 
die Fehlerbeiträge aller Vierpole an den Eingang der Kette. Dort sollte 
kein Vierpol wesentlich mehr betragen als der Durchschnitt. Und auch 
keiner wesentlich weniger, denn der wäre dann unnötig teuer ausgelegt.
3. Ist ein Störbeitrag zu groß ist, verbessere den entsprechenden 
Vierpol.

Anfängerfehler:
* Zu hohe Verstärkung in der ersten Stufe wird bestraft durch 
Intermodulationen in der letzten Stufe mit Verstärkung.
* Zu rigorose Filterung vor der ersten Stufe wird bestraft durch zu hohe 
Dämpfung, zu niedrigen Signalpegel vor dem ersten verstärkenden Element 
und deshalb zu hohem Rauschen durch dieses.
* Zu schwache Filterung dagegen bestraft sich mit Übersteuerung der 
Verstärker.

Erstklassige Funkempfänger zeigen de optimalen Aufbau der Kette an 
Vierpolen: Schaltbares Dämpfungsglied, Roofing-Filter, erst niedrige 
Verstärkung, schmalbandiges Quarzfilter, jetzt kommt richtig Verstärkung 
rein, Filter zur Dämpfung interner Rauschquellen, Detektor.

Ob es um Rauschen geht, Offset, Intermodulation oder Nichtlinearität, 
das obige Vorgehen ist immer besser als Intuition ohne Erfahrung.

Ciao
Wolfgang Horn

[Kai K. (klaas)]

>ich habe eine stark verrauschte Spannung von einigen mV...

Was ist das für ein Signal? Wo kommt das Rauschen her?