Hallo Forum,
ich bin gerade dabei eine Schaltung zu testen, die ähnlich einem
Lock-In-Amplifier funktionieren soll.
Ich habe zwei sinusförmige Eingangssignale (blau und gelb), die aus
einem Tiefpass kommen.
Außerdem habe ich ein PWM-Signal, dessen Phase ich einstellen kann
(lila).
Mit einem TS5A3159 versuche ich nun aus der schwankenden
Amplitudendifferenz (zu messende Größe) ein Ausgangssignal (grün) zu
produzieren, dessen Mittelwert proportional zur Amplitudendifferenz ist.
Nach einem Tiefpass soll dann eine Gleichspannung entstehen, die ich am
ADC messen kann. Die Eingänge habe ich an NC und NO angeschlossen und
den Ausgang an COM. Das PWM liegt an IN an.
Einfach gesagt: Der Gleichanteil von dem grünen Ausgangssignal
entspricht der Amplitudendifferenz der Eingangssignale (blau und gelb).
Das funktioniert soweit auch ganz gut. Allerdings könnte das SNR und die
Linearität am Ausgang noch verbessert werden.
Frage:
Ist es möglich, dass die Verzerrungen vom Sinus am Eingang (300kHz)
durch das Schalten hervorgerufen werden und kann ich das irgendwie
vermeiden? Gibt es eine Beschaltung dieses TS5A3159, die meine Messung
begünstigt?
Gruß und Dank, Karl
Karl schrieb:> Das funktioniert soweit auch ganz gut.
Wobei "in den meisten Anwendungen" die Phaseneinstellung so sein dürfte,
dass beim Nulldurchgang der Sinussignale geschaltet wird, nicht bei
deren Maximum. Ist das bei dir absichtlich anders?
Karl schrieb:> Ist es möglich, dass die Verzerrungen vom Sinus am Eingang (300kHz)> durch das Schalten hervorgerufen werden
Sieht starkt danach aus.
Karl schrieb:> ann ich das irgendwie> vermeiden?
Die Charge-Injection deines Schalters geht auf deine Sinussignale und
scheint den OPV nicht zu behagen, die die Sinussignale treiben. (Was
sind das denn für welche, bzw. wie sieht die Schaltung vor dem TSA3159
aus?)
Du könntest versuchen, einen Schalter mit geringerer Chargeinjection zu
finden (die wird tendentiell geringer, wenn der Schalterwiderstand höher
ist und wenn die Versorgung symmetrisch zum geschalteten Signal liegt).
Solange der Schaltwiderstand vernachlässigbar gegenüber dem Widerstand
der Folgestufe ist, stört ein höherer Schalterwiderstand nicht.
Da hinter dem Schalterausgang ohnehin ein Tiefpass kommen soll, könntest
du die Widerstände des TP "aufdoppeln" und vor den Schalter ziehen: dann
sehen die OPV die Chargeinjection nur noch über die Widerstände, und die
injizierte Ladung kann sich direkt im Kondensator des TP austoben - was
sie dämpfen sollte. Die Chargeinjection bewirkt dann immer noch eine
gewisse Verfälschung des Signals, aber zumindest springen die
Spannungsverläufe vielleicht nicht mehr so wild hin und her.
Achim S. schrieb:> Was> sind das denn für welche, bzw. wie sieht die Schaltung vor dem TSA3159> aus?
Hallo,
das sind Sinus-Signale aus einer Sensorschaltung. Der OP ist ein
OPA4209.
Vielen Dank für die vielen hilfreichen Tipps, damit kann ich auf jeden
Fall schon mal was anfangen. Ich werde direkt mal schauen, ob ich das so
umgesetzt bekomme :)
Gruß,
Karl
Karl schrieb:> ein Ausgangssignal (grün) zu> produzieren, dessen Mittelwert proportional zur Amplitudendifferenz ist.
Was es nicht wird.
Dazu müssten die Abtastzeiten kurz sein und an den Extrema liegen.
Du aber bekommst nach dem TP so etwas wie den Mittelwert der
Mittelwerte, also unabhängig von den Amplituden annähernd Null.
Warum verwendest du auch einen derartig niederohmigen Schalter?
Das bringt hohe Kapazitäten und viel Übersprechen mit sich.
Schon die billigen CMOS-Analogschalter 74HC4051 bis 74HC4053 oder
74HC4066 dürften sich besser verhalten.
Auch Linear Technology hat hervorragende Analogschalter, wenngleich zu
deutlich höheren Preisen.
nachtmix schrieb:> Was es nicht wird.> Dazu müssten die Abtastzeiten kurz sein und an den Extrema liegen.> Du aber bekommst nach dem TP so etwas wie den Mittelwert der> Mittelwerte, also unabhängig von den Amplituden annähernd Null.
Das stimmt natürlich. Ich bekomme nicht den Spitz-Spitze-Wert als
Gleichspannung raus sondern etwas anderes. Aktuell nehme ich von beiden
Signalen immer jeweils die fallende Flanke und bilde daraus den
Mittelwert. Das gibt mir ein Signal mit Gleichanteil, also zumindest von
Null verschieden aber nicht optimal.
Dein Ansatz, nur die Spitzen zu verwenden klingt auch interessant, da so
die Eingangsdynamik viel besser im Messsignal abgebildet werden könnte.
Wie ich das schaltungstechnisch umsetzen kann, weiß ich allerdings noch
nicht. Vermutlich bräuchte ich dann mehr als einen Schaltereingang und
am Ausgang eine Kapazität.
nachtmix schrieb:> Warum verwendest du auch einen derartig niederohmigen Schalter?> Das bringt hohe Kapazitäten und viel Übersprechen mit sich.
Richtig, das habe ich nicht bedacht, im nächsten Optimierungsschritt
kommt da was anderes rein :)
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