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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Analoger Eingang - DSO Dimensionierung


Autor: Thomas (Gast)
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Analog Eingang - DSO

Hallo Miteinander!

Wir sind dabei ein DSO aufzubauen, ja wir haben die anderen Threads
über dieses Thema mit Spannung verfolgt.
Wir haben Fragen bzgl. Analoger Eingang.

Als AD Wandler verwenden wird den ADC08100 mit 100 Mega Samples. Wir
wollen aber nicht nur zwischen 0 und der Referenzspannung messen,
sondern ähnliche Spannungsbereiche wie bei den herkömmlichen
Speicheroszis verwirklichen. (z.B. +-5V, +- 10V, +-15V,...+-50V)

Die idee für die Analogschaltung des Einganges ist die Folgende:

Mithilfe eines umschaltbaren Spannungsteilers wird das eingangssignal
entweder durch 10 oder 100 geteilt. Danach ein Spannungsfolger zur
Impedanzwandlung, danach ein konfigurierbarer Verstärker, danach wird
der Level durch einen Summierer von +-1V Peak to Peak auf den Bereich
des AD Wandlers "geschoben" also 0-Uref.

Dazu hätten wir uns folgenden Schaltplan überlegt:
http://193.170.205.248/pic/analog_input.jpg

Wir bitten um Feedback:

Wie realisieren wir am Besten die Kapazität am Eingang ?(Typ ist ja
1MOhm | xx pF)

Für die OPV's hätten wird einen der folgenden im Auge (eher den
ERSTEN)
http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/6687...
oder
http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/8473...

Wie realisieren wir am besten den Levelshift? In der Schaltung ist das
nun eine Spannungsquelle.
Unsere IDEE: statt ET2 eine referenzspgsquelle, und den +Eingang des
OPV einstellbar machen(bsp. DA wandler oder so)
Kann das so funktionieren?

R8 in der Schaltung ist nur zum Darstellen der Spannung in der
Simulation, hat keine Bedeutung.

Wie sollte man die Verstärkung des OPV's umschalten, sind Reed relais
notwendig? Für die tatsächliche Realisierung werden es dann
wahrscheinlich 2 oder 3 OPV's sein mit einer fixen verstärkung,
die man dann per Logik entsprechend zusammenschaltet.

Auf was sollte man sonst noch aupassen - PCB Design mäßig?
Der gesamte Print wird über USB versorgt.

Was uns noch aufgefallen ist: Die FIFO's (Cypress) die wir verwenden
wollen sind teuer (>50€), zumindest die man mit 3,3V versorgen kann,
Gibt es da eine Alternative?

Mit freundlichen Grüßen und Besten Dank im Voraus
Thomas

Autor: Schoaschi (Gast)
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Hi

Ich baue momentan an einem Frequenzgenerator herum und realisiere das
die Endstufe auch mit OPVs. Nun dadurch habe ich einiges gelernt
bezüglich den OPVs was dir auch helfen könnte.

bis zu welcher Frequenz willst du messen? Also mein Frequenzgenerator
geht bis 30MHz,was die Sache nicht ganz einfach gemacht hat.

Aber nun zum Feedback. Ich rate dir, dass du dich nach anderen OPVs
umsiehst. Denn die Slew-rate beider OPVs ist nicht gerade die beste.
Also wenn du den OP355 benutzen würdest, dann würde dir dieser bei
einem Rechteckigen Eingangssignal, aufgrund seiner "niedrigen"
Slew-Rate, ein Dreiecksignal draus machen, was das ERgebnis deiner
Messung erhäblich beeinflussen würde ... meinst du nicht?

was mir bei den OPVs noch aufgefallen ist, ist die Tatsache, dass es
sich bei dem HFA1100 um einen Current -Feedback OPV handelt. Dadurch
ergibt sich eine etwas andere Beschaltung und auch andere
Eigenschaften. zB. benötigt diese Art von OPV immer einen
Rückkoppelwiderstand(Siehe Seite 4 im Datenblatt), da er sonst anfangen
würde zu schwingen. Durch diesen Rückkoppelwiderstand verändert sich
natürlich auch die Werte der anderen Widerstände etwas. Und genau da
ist der Punkt. Der Rückkoppelwiderstand ist Massgäblich für die
Bandbreite des OPVs, da dieser einfluss auf alle anderen Widerstände
hat, musst du ihn so wählen, dass alle anderen in brauchbaren Größen
vorhanden sind.
Bei mir kamm bei meiner ersten Berechnung für einen Widerstand ein Wert
von 75Ohm/0.5Watt heraus ;-) Was für eine OPV-Schaltung doch etwas hoch
(bezüglich der Leistung) ist.

Also prinzipiell wirst du bei solch hohen Frequenzen (und bei sehr
hoher Slew-rate) nicht an einem Current-Feedback-OPV vorbei kommen.
Aber keine Angst... die sind fast so einfach wie die normale (Voltage
Feedback) OPVs.

Hier einmal ein paar nützliche Links zur Handhabung von CF-OPVs:
http://www.national.com/an/OA/OA-20.pdf#page=1
http://focus.ti.com/lit/an/slyt099/slyt099.pdf
http://focus.ti.com/lit/an/slva051/slva051.pdf

Ich würd jetzt rein von der Slew-Rate her zb. den THS3201 oder den
THS3202 von TI in betracht ziehen (die anderen Eigenenschaften habe ich
jetzt nicht Berücksichtig).
Soviel zu den OPVs.

Beim Eingang des OPVs würde ich noch eine Schaltung einbauen, die vor
Überspannung schützt(zb. 2 Dioden).

Ein DC bzw AC-Kopplung kannst du ganz einfach durch einen Kondensator
und einem parallel dazu geschaltenem Schalter realisieren.

Schau dir doch einmal von Elektor das Gameboy-DSO Projekt an. Vl.
findest du hierbei noch ein paar interessante Ideen.
Oder vl bringt dir diese Seite etwas:

http://www.bitscope.com/

In diesem Sinne,
mfg Schoasch

Autor: Profi (Gast)
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Das ist die hohe Kunst der Analogtechnik.
Erstes Problen dürfte die Tatsache sein, dass der 900K-Widerstand mit
den (parasitären) Kapazitäten ein tolles RC-Filter ergibt. Diese musst
Du durch Parallelschalten einer oder mehrerer R-C-Kombinationen
kompensieren.
Schau Dir mal die Schaltpläne von professionellen Scopes an (gibt's
viel im Inet), da lernt man sehr viel.

Z.B. dass man das Signal meist erst variabel abschwächt und dann
einheitlich verstärkt.

Baue alles so klein und kompakt wie möglich auf.

Autor: Thomas (Gast)
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Danke für das erste Feedback.

@Schoaschi
Danke für deine Tipps !!

Also wir verwenden einen 100MS ADC, Die maximale Frequenz die wir
messen wollen liegt so bei 25-30 MHZ.
Mein Problem is das ich die Bauteile bei RS-Components bestellen muss,
und dort habe ich nach längerem suchen eigentlich nur den HFA1100
gefunden. Bzgl. Elektor DSO Projekt - Habe leider die Ausgabe nicht.
Kennt jemand vielleicht einen Link mit der Schaltung?

@Profi

Danke für den Hinweis. Kannst du mir vielleicht Tipps geben wie man so
einen Abschwächer am besten aufbaut. Habe bisher nur einen schaltplan
einens hameg dso aus dem jahre 1989 gefunden, da ist alles mit
diskreten bauteilen aufgebaut.

ICh bitte Um weitere Tipps, Vorschläge, OPV-Modelle, Anregungen,
Erfahrungen....

Besten Dank im Voraus
Thomas

Autor: Schoaschi (Gast)
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Was du natürlich auch noch beachten musst ist das Layout!!! Und bei den
Bauteilen(ich meine jetzt die passiven) musst du auch genau achten
welche du nimmst. Ich weis nicht ob es in den Links von mir schon stand
aber zb sollte man keine Wirebounded widerstände nehmen sondern andere..
schau dir mal diesen Link an:
http://www.analog.com/library/analogDialogue/archi...

Autor: Profi (Gast)
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Wir hatten in den vergangenen Wochen etliche Profi-Oszis zur Ansicht im
Labor. Du wirst lachen, da klackern mindestens ein Dutzend Relais beim
Drehen der Regler. Die Attenuatoren sind fast wie früher aufgebaut.
Ich such was für Dich.

Autor: Thomas (Gast)
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Danke für die Weiteren Informationen.

@Profi
Wäre echt der super wenn du mit was schicken könntest
-(thomas.reinbacher(AT)gmx.at)

Ich habe nun meine Schaltung etwas geändert:

http://193.170.205.248/pic/analog_input2.jpg

Nun wird der Levelshifter mit einem DA Wandler realisiert. Weiters wird
die Referenzspannungsquelle des ADC ebenfalls mit einem DA Wandler
realisiert, damit man dann vernünftig abgleichen kann. Weiters ist die
AC/DC umschaltung drinnen. Dem Spannungsteiler am Eingang habe ich nun
Kondensatoren parallelgeschaltet (die dann am Print einstellbar sind),
um den Tastkopf abgleichen zu können. Ist das auch ausreichend um die
parasitären Kapazitäten der Widerstände zu kompensieren, oder muss ich
da noch was extra vorsehen?

Wir bitte weiter um Kommentare für die Schaltung. Leider werden wird
die OPV's mit dem HFA1100 realisieren müssen, denn einen besseren habe
ich bei RS Components nicht gefunden. Obere Grenze die das
Eingangssignal haben wird ist so bei 25-30Mhz anzusetzen.

Besten Dank im Voraus
Thomas

Autor: Schoaschi (Gast)
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Naja... wenn du den HFA1100 nimmst musst du bei deinen Impedanzwandler
einen Rückkoppelwiderstand(zwischen Out und -IN) einbauen (Rf=850
Ohm).

Also ich würde dir folgende Typen vorschlagen:

            Slew-rate
AD8009AR     5.5kV/us          5.63Euro
THS3061D     7kV/us            5.56Euro
THS3062      7kV/us            7.99Euro (ist 2*THS3061)
THS3202D     9kV/us            8.43Euro
(ist aus der Liste von RS-Components)
Schau doch einfach in der Kategorie Verstärker - Schnell,SMD.
An SMD wirst du wahrscheinlich eh nicht vorbei kommen. aber diese
Gehäuse sind eh noch sehr angenehm zu löten und ätzen.

Autor: Thomas (Gast)
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@Schoaschi

Danke für deine Mühe. Die SMD opv habe ich auf den ersten schritt gar
nicht gefunden. Wir werden jetzt den THS3062 verwenden.

Genügen für den Eingangsspannungsteiler SMD Präzisionswiderstände, oder
sollen es da ganz besondere Kapazitätsarme Typen eingesetzt werden?

Besten Dank im Voraus

Autor: walifogel (Gast)
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@Thomas

Habe mir deine Schaltung angesehen. Und es ist mir aufgefallen das es
bei deinem Bereichsumschalter die Möglichkeit gibt die ´´Rückkopplung´´
komplett aufzutrennen.

Das solltest du auf jeden fall ein R vorsehen, damit die Rückkopplung
einen definierten wert hat. Außerdem, egal was du nimmst, Schalter oder
Relais, alle Kontakte Prellen, bis zu einigen ms, lang. Die einzigen von
denen ich weis das sie nicht Prellen sind die Reedrelais und die
Quecksilber-dünfilm-relais. (ich glaub die hießen so?)

Noch eine Frage warum willst die den ´´Levelschifter`` in die
Vorverstärkerkette einbauen.

Du hast doch nur ein bestimmten Signalhub, den begrenzt du noch indem
du den Nullpegel künstlich erhöhst. Dh. deine Sample sind in eine
Richtung beschnitten und was nicht aufgezeichnet wurde, kannst du
später nicht darstellen.
Es ist sinnvoller später in der Visualisierung den ´´Levelschifter´´ zu
machen.

Der Schalter um den Eingang auf  GND zu legen ?.

wf

Autor: Thomas (Gast)
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@walifogel
.....Habe mir deine Schaltung angesehen. Und es ist mir aufgefallen das
es bei deinem Bereichsumschalter die Möglichkeit gibt die
´´Rückkopplung´´ komplett aufzutrennen.....

Danke!! das hätte ich glatt übersehen.
bzgl. Levelshift. Der Adc der Verwendet wird kann nur in einem Bereich
von 0 - +Uref messen - Deshalb haben wir den Levelshifter eingebaut,
damit der ADC die Spannung auch in seinem Bereich digitalisieren kann.
Die Visiualisierung wird dann eine Nullinie einfügen.

Weiters werden wir damit man nicht soviele umschalter verweden muss nun
einen digital einstellbaren widerstand und in serie dazu ein
potentiometer verwenden. Damit kann die Verstärkung bequem per logik
eingestellt werden.

Meine noch offenen Fragen:

Ist der letzte Spannungsfolger vor dem ADC eingang notwendig. Im
datenblatt steht, dass der ADC einen eingangswiderstand von ca 3 MOhm
hat?

Welche Dioden soll man verwenden, um den 1. Opv eingang zu schützen.
Standard Dioden haben ja auch immer eine Sperrschichtkapazität die sich
in diesem FAll sicher nicht günstig auswirken würde.

Habe mal im RS Katalog geschaut: Genügen für den
Eingangsspannungsteiler SMD Präzisionswiderstände, oder sollen
besondere Kapazitätsarme Typen verwendet werden?

mfg & BEsten Dank im Voraus
Thomas

Autor: alfsch (Gast)
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Ist der letzte Spannungsfolger vor dem ADC eingang notwendig: nee.
Welche Dioden soll man verwenden...1n4148 :-)
die ca 2x 5pf liegen ja par zu den 90pf, brauchste halt dann ca 80pf,
damit ges. ca 90pf ;-)
Genügen für den
Eingangsspannungsteiler SMD Präzisionswiderstände ja

Autor: walifogel (Gast)
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Wenn Interesse besteht kann ich mal das Deutsche Handbuch zum
HAMEG 1005 hochschieben.
Das ist so´n 3 Kanal mit 100 MHz

wf

Autor: Thomas (Gast)
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@walifogel
Würde mich echt interessieren (thomas.reinbacher(ÄT)gmx.at)
besten dank im Voraus
Thomas

Autor: walifogel (Gast)
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@Thomas

Ich hoffe die Bedienungsanleitung ist angekommen.

Denkst du, du könntest aus deiner Schaltung eine Platine machen,
testen, und sie uns dann zur Verfügung stellen.
Dieser Verstärker ist der, für mich, schwierigste teil, beim Oskar.

wf

Autor: Thomas (Gast)
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Hallo !

Ich habe nun die Schaltung simuliert, da der THS3062 einen geringen
Eingangswiderstand hat, wird das Signal und der Spannungsteiler
belastet, was das Signal verfälscht.

Daher bin ich auf der Suche nach einem OPV mit z.B. JFET Eingängen, der
als Spannungsfolger für großen Frequenzbereich geeignet ist. (mind.
100-120MHZ).
Weiters sollte man den OPV auch bei den üblichen Distributoren
bestellen können. Ich suche mich schon fast zu tode finde aber nur
jfets opv die nicht die bandbreite können oder nur eine sehr
bescheidene slew rate haben....

Bin für jeden tipp dankbar


Besten dank im Voraus
Thomas

Autor: Kupfer Michi (Gast)
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>OPV mit z.B. JFET Eingängen

Wenn sich nichts findet kann man ja einen diskreten JFET als Source
Follower vorschalten. Siehe z.B.

AN47 High Speed Amplifier Techniques, Seite 34
http://www.linear.com/pc/downloadDocument.do?navId...

Und wenns nicht so auf Driftstabilität ankommt A1 weglassen und nur
einen FET als Source Follower als Input Buffer nehmen.

Autor: Thomas (Gast)
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danke, aber ich möchte das ganze wenn möglich simple as possible
aufbauen.

Habe jetzt den AD8065 von Analog Devices gefunden, doch bei dem ist bei
20 MHZ schluß!

Nochmals meine Frage: Kennt wer einen OPV mit JFet eingängen (Wegen dem
hohen eingangswiderstand gegen masse) der auch noch 50MHZ schafft, wenn
er als Impedanzwandler eingesetzt wird?


Bin für jeden hinweis dankbar!!

mfg
Thomas

Autor: Uwe (Gast)
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Hi!
Mal ne kurze Frage. Was meinst du wohl warum in Industriellen Geräten
die Verstärker alle diskret aufgebaut sind? Lasse dir mal 30MHz
Rechteck auf der Zunge zergehen und überlege dabei. Ich kenne
jedenfalls keinen 30MHz OV der auch noch JFet Eingänge hat und
spätestens bei 10MHz wird dir wohl das Gesicht einschlafen wenn du das
Ausgangssignal betrachtest. Habe mal mit OPA623 Versuche gemacht und
ihn in die Tüte zurückgelegt-war fast nicht zu beherrschen.

Viel Erfolg, Uwe

Autor: andi (Gast)
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Autor: alfsch (Gast)
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na denn...
OPA657, Status:ACTIVE
1.6GHz, Low Noise, Fet -Input Operational Amplifier

darfs a bisserl mehr sein...?

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