Sinnvoller Bereich für Kondensatoren bei Sallen Key

>Ich habe die Schaltung in Spice simuliert und da sieht alles OK aus. Ich
>denke jedoch in der Realität wird dies etwas anders aussehen! Diese 10pF
>Kapazitäten der ersten Stufe sind doch schon gefühlmässig sehr klein,
>oder? Da spielen doch schon parasitäre Kapazitäten des Aufbaus eine
>Rolle, oder?

Ja, natürlich. Caps mit nur 10pF sind hier völlig ungeeignet! In der 
Regel verwendet man aber in solchen Schaltungen HF-OPamp, die auf 50R 
Technik ausgelegt sind und deshalb viel niederohmigere 
Beschaltungswiderstände vertragen. Damit wachsen die Caps wieder auf 
vernünftige Werte (>100pF).

Filter höherer Ordnung werden in diesem Frequenzbereich übrigens gerne 
passiv ausgeführt, mit RLC-Filtern. Da eng tolerierte Induktivitäten 
aber schwer zu bekommen sind, muß man oft Abstriche an die Genauigkeit 
der Filterkurven machen.

Hast Du das mal mit realen OPVs simuliert? Das kann lustige Effekte 
geben mit dem Phasengang... Und bei einem DAC mit 12MHz sollten die 
vielleicht auch noch bißchen höher gehen.

Also wenn Du die Verstärkung nicht brauchst, vielleicht doch eher 
passiv?

Hi, MB,

> Ziel ist es, einen Tiefpass 6. Ordnung mit Grenzfrequenz 1.5 MHz zu
> entwickeln. Tut man dies mit FilterPro so erhält man Werte für die C von
> 10pF bei der ersten Stufe bis ca. 150pF bei der dritte Stufe.
Welche Prozessicherheit wird von Deiner Schaltung erwartet? Wird für sie 
später ein eigenes Gehäuse aus dem vollen gefräst, oder musst Du mit 
Störeinflüssen rechnen?
Wie groß werden die Fertigungsstreuungen der Op sein? Wie werden diese 
die Phasengänge beeinflussen und damit die Fertigungsausfälle wegen 
Schwingen?

Lässt Dein Filterprogramm die Simulation solcher Störungen zu?

So sehr der Verzicht auf volumige Induktivitäten lockt, so sehr der 
Aufwand des Abgleichs von Spulen schreckt, so interessant sind natürlich 
Schaltungen, in die Widerstände mit einer Toleranz von 0,1% eingelötet 
werden könnten.
Mein Horizont als Bastler beginnt jedoch schon vor der Antenne und dem 
Chaos der Störungen dort - und dann wird mir mulmig, wenn ich 
Schaltungen sehe, die von einer kurzen Störung in die Sättigung 
getrieben werden könnten und nach diesem Trauma eine Zeit brauchen für 
die Erholung...

Ciao
Wolfgang Horn

Morgen!

Erstmal danke für die vielen Antworten! :)

Detlef _a schrieb:
> Ich mache
> solche Filter passiv, als Spulen gehen die Schaltreglerspulen gut,
> Entwurfsprogramm ist AADE. Anbei ein Filter das für Dich passen könnte.

Gut, also doch passiv. Werde mir dieses Filterprogramm mal ansehen. 
Danke!

Ina schrieb:
> Ja, natürlich. Caps mit nur 10pF sind hier völlig ungeeignet!

Gut, dachte ichs mir doch.

Ina schrieb:
> Filter höherer Ordnung werden in diesem Frequenzbereich übrigens gerne
> passiv ausgeführt, mit RLC-Filtern.

OK, schon der zweite Ratschlag für ein passives Filter :)

Timm Thaler schrieb:
> Hast Du das mal mit realen OPVs simuliert? Das kann lustige Effekte
> geben mit dem Phasengang... Und bei einem DAC mit 12MHz sollten die
> vielleicht auch noch bißchen höher gehen.
>
> Also wenn Du die Verstärkung nicht brauchst, vielleicht doch eher
> passiv?

Nein, bisher hab ich da ideale OP's genommen. Wie meinst du das mit dem 
Phasengang? Schwingneigung wegen zu geringem Phasenrand?

Es ist so, dass der DAC in einem DDS Chip sitzt, der mit 12 MHz 
betrieben wird. Grösste Ausgangsfrequenz ist also theoertisch 6 MHz. Ich 
brauche nur gut bis 500 kHz davon. -> Die erste Spiegelfrequenz ist bei 
12MHz - 5 kHz = 11.5 MHz, mit einer Amplitude von -27 dB relativ zur 
Grundfrequenz.

Das ganze wäre hier: 
http://www.analog.com/static/imported-files/application_notes/351016224AN_837.pdf 
auf Seite 1 nachzulesen. :)

Ok, auch passiv ;)

Wolfgang Horn schrieb:
> Welche Prozessicherheit wird von Deiner Schaltung erwartet? Wird für sie
> später ein eigenes Gehäuse aus dem vollen gefräst, oder musst Du mit
> Störeinflüssen rechnen?
> Wie groß werden die Fertigungsstreuungen der Op sein? Wie werden diese
> die Phasengänge beeinflussen und damit die Fertigungsausfälle wegen
> Schwingen?
>
> Lässt Dein Filterprogramm die Simulation solcher Störungen zu?
>
> So sehr der Verzicht auf volumige Induktivitäten lockt, so sehr der
> Aufwand des Abgleichs von Spulen schreckt, so interessant sind natürlich
> Schaltungen, in die Widerstände mit einer Toleranz von 0,1% eingelötet
> werden könnten.
> Mein Horizont als Bastler beginnt jedoch schon vor der Antenne und dem
> Chaos der Störungen dort - und dann wird mir mulmig, wenn ich
> Schaltungen sehe, die von einer kurzen Störung in die Sättigung
> getrieben werden könnten und nach diesem Trauma eine Zeit brauchen für
> die Erholung...


Ein eigenes Gehäuse ist bisjetzt nicht vorgesehen. Das ganze soll ein uC 
gesteuerter DDS Signalgenerator werden, für eine Testanwendung.

Fertigungsstreuungen sind nicht das Problem, da davon nur ein Stück 
gebaut wird :)

> Lässt Dein Filterprogramm die Simulation solcher Störungen zu?
Möglicherweise. Ich habe das jedoch nicht berücksichtigt.


Wie gesagt, ich bin nicht abgeneigt die Sache passiv zu erledigen. Mich 
stört dabei nur folgende Sache:

Suche ich z.B. bei Farnell eine eine 47uF Induktivität, so ist die 
höchste Eigenresonanzfrequenz die erhältlich ist 17 MHz.

Ist das nicht viel zu tief für meine Anwendung?
Die Toleranz ist mit +-5% akzeptabel, nur die Sache mit der 
Eigenresonanzfrequenz stört mich einwenig. Deshalb meine Frage 2 im 
Eröffnungspost, ob meine Vorgehensweise ok ist. Könnte sich noch jemand 
dazu äussern?


Die andere Sache ist, dass ich so oderso gezwungen bin OP's in die 
Signalkette zu bauen, da ich unter anderen noch die Amplitude einstellen 
(Verstärkung etwa 3.75) muss. Desshalb dachte ich, dass ich auch die 
Filtergeschichte gleich mit OP's erledigen könnte.

Soo, dieses Filter habe ich nun mit AADE entworfen.

Ich musste die Kapazitäten noch spliten um anständig kleine Werte (wegen 
fres) zu erhalten, aber das sollte ja kein Problem sein, oder?


Am Ein und Ausgang dieses Filters werden nun trotzdem OP's sitzen als 
Impedanzwandler und anschliessend noch als Verstärker. Diese sind laut 
Datenblatt schnell genug.

Was ist eigentlich klüger, um keine Dämpfung durch das Filter zu 
erhalten? Vor dem Filter verstärken oder nach dem Filter?


Vor dem Filter sitzt auf jeden Fall ein OP, da dieser die Spannung 
welche durch den DAC Ausgangsstrom an einem Festwiderstand erzeugt wird 
(I to U converter), entkoppelt. Zu diesem Zeitpunkt hat das Signal ja 
noch treppenform. Soll ich nun hier zuerst dieses Signal verstärken oder 
erst nach der Filterung? Ich tendiere zu letzterem, kann aber keine 
stichhaltigen Grund nennen. hmm

Ich wollt eigentlich nicht in 50 Ohm fahren, da dort meine OPV's viel 
mehr Last treiben müssen.

Helmut Lenzen schrieb:
> Das haengt doch vom Pegel ab den du ueber das Filter jagst. Da du nach
> dem Filter ohnehin verstaerken willst kannst du auch mit 50 Ohm und
> kleineren Pegel an das Filter gehen.

Jo natürlich.

Die Amplitude des DAC Ausgang liegt bei 1.2V.

Du schlägst nun vor diese zuerst abzuschwächen durch das Filter zu jagen 
und dann wieder zu verstärken? Ist das nicht suboptimal, was Rauschen 
etc. angeht?

An 50 Ohm wären das 24mA Spitzenwert.. An 600 Ohm nur noch 2mA..

Aber du hast natürlich recht, mit 50 Ohm sind die Induktivitäten bei 
12uH und die Kapazitäten liegen auch in einem angenehemren Bereich. hmm

Helmut S. schrieb:
> Du kannst ja statt 600Ohm jeden anderen Wert nehmen. Was ist denn die
> empfohlenen Ausgangsschaltung/impedanz am DDS-chip?
> Welcher DDS-chip (Link zum Datenblatt)?

Jep kann ich.

Das ist der AD9835:
http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/AD9835.pdf


Bei meiner Schaltung sind zurzeit 300Ohm gegen Masse, was einer 
Amplitude von 1.2V entspricht. Anschliessend folgt ein Impedanzwandler, 
dann das Filter, dann eine Verstärkung, dann ein Multiplizierender DAC 
zum digitalen Einstellen der Amplitude.

Helmut Lenzen schrieb:
> Mehr als 4mA mach der DAC nicht. Ergibt dann an 50 Ohm oder 100 Ohm 0.2
> .. 0.4V

Jo ich weis. Wie ich schon schrieb, liegt das Filter nicht direkt am 
DAC. Da ist vorher ein 300 Ohm Widerstand gegen Masse und anschliessend 
ein Impedanzwandler, dann das Filter.

Aber danke.

Helmut Lenzen schrieb:
> Den Impedanzwandler brauchst du nicht. Direkt das Filter an den DAC.

Bist du sicher, dass das funktioniert?

Der DAC hat einen Stromausgang. Schliesse ich dort eine veränderliche 
Impedanz (Filter) an, verzerrt das doch das Ausgangssignal. Soll heissen 
ich habe je nach Ausgangsfrequenz andere Spannungspegel...

MB schrieb:
> Soll heissen
> ich habe je nach Ausgangsfrequenz andere Spannungspegel...

Hehe, lol geiler Satz. Das ist ja mit dem Filter bezweckt.. hehe aber 
weis nicht was passiert, wenn eine Stromquelle am Eingang das Filters 
hängt..

>Den Impedanzwandler brauchst du nicht. Direkt das Filter an den DAC.

Genau. Die 300R sind die Ausgangsimpedanz, weil der Chip einen 
Stromausgang hat.

http://www.elv-downloads.de/service/manuals/83706_DDS130_um.pdf

Super, danke für die Erklärung und die Links :)

Werde ich sofort so umsetzen.

Helmut S. schrieb:
> Hier mal ein Vorschlag mit praktischen Werten für ein
> Butterworth-Filter.

Danke Helmut!

Doch kannst du mir sagen, wo man Induktivitäten dieser Grösse als SMD 
herbekommt mit Eigenresonanzfrequenzen grösser als 15MHz?

Das ist ja das Problem das ich schon oben erwähnte, jedoch ohne Antwort!

Mini Float schrieb:
> Es gibt Appnotes mit
> Empfehlungen zum Layout.

Obwohl ich die Sache nun passiv löse, würden mich diese Appnotes auf 
jeden Fall interessieren. Hast du da einige Links auf Lager?

Danke für deine Mühe Helmut!

Jedoch steig ich noch nicht ganz durch:

Eine reale Spule ist ja genau genommen ja ein Parallelschwingkreis. Bei 
der Resonanzfrequenz sind der Strom durch die Kapazität und die 
Induktivität um 180° phasenverschoben. Das L und C kompensieren sich 
also. Was bleibt ist der Strom durch das R, welcher in Phase mit der 
Spannung ist. Das ganze sollte sich doch also bei Resonanz so verhalten, 
wie wenn nur der Widerstand der Spule zwischen den C's liegen würde. Wo 
ist mein Denkfehler?

Helmut S. schrieb:
> Die Eigenresonazfrequenz bedeutet ja in diesem Beispiel, dass man
> effektiv ca. 2pF parallel zur Spule hat.

Soviel habe ich ebenfalls berechnet.

Helmut S. schrieb:
> Mit den 680pF hast du da immer
> noch eine Spannungsteilung von 2/680=340 und das zweimal.

Ich erkenne leider nicht, wo hier eine Spannungsteilung stattfindet. 
Könntest du das nochmals erläutern?

Gem. dem Amplitudengang sollte das jedoch so funktionieren mit diesen 
Spulen. Sehr gut.

@Mini Float
Besten Dank!

Mit den leicht erhältlichen SMD-Drosseln von Fastron (z.B. Reichelt) 
ergibt sich dann eine Simulation wie im Anhang. Hierzu habe ich Helmuts 
mittlere Schaltung aufgegriffen.

Die Streukapazitäten der Drosseln sind mit 1,4pF bzw. 1pF angenommen 
worden. Zusätzlich sind noch ein paar Ohm Wicklungswiderstand in den 
Drosseln angesetzt worden.

Im Anhang ist auch noch gezeigt, mit welchen Streuungen gerechnet werden 
muß, wenn 5%-ige Cs und Ls verwendet werden.

Hier ist noch ein nützlicher Link:

http://www.mikrocontroller.net/attachment/28086/DDS20_KM_G_030523.pdf

Helmut S. schrieb:
> Das Filter besteht dann praktisch nur noch aus den 2p->680p
> Spannungsteilern.

Danke für die Erklärung.

Ina schrieb:
> Mit den leicht erhältlichen SMD-Drosseln von Fastron (z.B. Reichelt)
> ergibt sich dann eine Simulation wie im Anhang.

Vielen Dank Ina für deine Mühe.

Ich habe nun ein solches Filter geplant und bin gespannt wie sich das 
ganze auf der Platine verhält.


Habe heute noch die diversen Links weiter studiert und einiges macht 
mich stutzig was den Anschluss des Filters an den DAC betrifft. Es gibt 
da natürlich verschiedene Varianten (und ich bin mir sicher dass die 
alle funktionieren) und ich bin da noch nicht sicher ob ichs richtig 
verstehe:

Also hier auf seite 17:
http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/AD9850.pdf

Ist der Stromaugang mit 100R gegen Masse abgeschlossen. Anschliessend 
folgt hochohmig! (über 200k) das Filter.

Bei deinem 1. Link Ina:
http://www.mikrocontroller.net/attachment/28086/DDS20_KM_G_030523.pdf

Ist mit 300R terminiert (da ein anderer Pegel gewünscht ist) und 
anschliessend folgt direkt das Filter ohne Vorwiderstand o.ä.

Und bei diesem Link schliesslich auf Seite 4:
http://www.elv-downloads.de/service/manuals/83706_DDS130_um.pdf
Ist das selbe wie beim anderen ELV DDS Board.


Verstehe ich das nun korrekt, dass die Stromquelle des DAC die 
Parallelschaltung von Abschlusswidertand und Filtereingangsimpedanz 
sieht?

Beim Analog Devices Fall sieht der Ausgang also Quasi nur den 
Abschlusswiderstand wogegen bei den anderen Designs noch die Impedanz 
dazu kommt. Das ist was wich verwirrt: Dadurch dass sich die 
Filtereingangsimpedanz ja mit der Frequenz ändert, entsteht liegen am 
FILTEREINGANG ja bereits sich mit der Frequenz ändernde Spannungen an, 
diese laufen dann noch durch das Filter, wo sie nochmals 
Frequenzabhängig geteilt werden.

Hintergrund der Frage ist die Berechnung der Ausgangsamplitude bei 
meiner Schaltung:

Ich habe 300R gegen Masse dann ein Filter mit 300R Eingangsimpedanz 
direkt angehängt. D.h. der DAC Ausgang sieht 150R. Dies sollte bei einem 
Ausgangsstrom von 4mA eine Spannung von 0.6V am Filtereingang ergeben. 
Diese läuft dann noch durch den Filter, dessen Dämpfung im 
Durchlassbereich von 6dB dafür sorgt, dass ich ca. 0.3V am Filterausgang 
im Durchlassbereich erhalten sollte. Stimmen meine Überlegungen?

Dann kommt natürlich die obligate Frage warum ich nicht das Filter 
direkt ohne Abschlusswiderstand an den DAC Ausgang hängen kann. Der 
würde ja dann 300R (die Eingangsimpedanz des Filters) sehen und ich 
hätte ein bisschen mehr Amplitude...

>Ist mit 300R terminiert (da ein anderer Pegel gewünscht ist) und
>anschliessend folgt direkt das Filter ohne Vorwiderstand o.ä.

Dieser 300R Widerstand ist der Vorwiderstand! Nur wird dieser nach Masse 
geschaltet, weil das Ausgangssignal ein Strom ist. Bei einer 
Spannungsquelle müßte der Widerstand mit dem anderen Ende an den 
treibenden Ausgang gelegt werden. Bei einer Stromquelle wird dieses 
andere Ende dagegen nach Masse geschaltet. Das ist alles recht so.

Die beiden Schaltungen im Anhang ergeben identische Frequenzgänge. Oben 
ist der Treiber eine Spannungsquelle und der 300R "Vorwiderstand" ist in 
Serie zur Spannungsquelle. Unten ist der Treiber dagegen eine 
Stromquelle und der 300R "Vorwiderstand" ist parallel zur Stromquelle. 
Beides ergibt eine Quellimpedanz von 300R.

Helmut Lenzen schrieb:
> Simulier das
> mal mit LTSpice.


Jep, habe ich nun getan.
Ist genau so wie du sagt, beim direkten Einspeisen mit Serienwiderstand 
gibt es Resonanzspitzen.

Danke!

Ina schrieb:
> Beides ergibt eine Quellimpedanz von 300R.

Alles klar, thx!

Mir war das nur nicht klar, da mein Filterdesign Progi die Struktur mit 
Serienwiderstand vorgibt (wohl unter der Annahme die speisende Quelle 
ist eine spannungsquelle mit sehr kleinem Innenwiderstand). Dass ich 
einfach diesen 300R Widerstand nach unten klappen kann ohne irgendwie 
den Amplitudengang zu verändern, verwirrte mich irgendwie. Das kann ich 
jedoch ohne Probleme tun, da meine speisende Quelle eine Stromquelle 
ist.

Vielen Dank für euere Hilfe und einen schönen Abend!

Jep Thevenin und Norton sind eigentlich absolute Grundlagen.