mikrocontroller.net

Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Quadraturdemodulator


Autor: Mike (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

ich arbeite gerade an einem Projekt, in dem die veränderliche 
Resonanzfrequenz eines Sensors recht genau gemessen werden soll. Im 
Prinzip handelt es sich um eine Art Schwingkreis. Die Frequenz liegt 
zwischen 50 und 70 kHz und soll auf ca. 10 Hz genu bestimmt werden. Ich 
hbe folgenden Schaltungsentwurf im Auge:

Ein Mikrocontroller steuert einen programmierbren Oszillator, der einen 
Sinus im angegebenen Frequenzbereich erzeugt. Vom Sensor wird mehr oder 
weniger Energie absorbiert, je nachdem wie nah sich die Frequenz an der 
Resonanz befindet. Leider ist das resultierende Signal recht schwach ( 
ca. 10 mV pp) und mit vielen Störfrequenzen überlagert, so dss eine 
direkte Amplitudenmessung nicht in Frage kommt. Ich möchte daher das 
Messsignal mit der ursprünglichen Frequenz mischen, den resultierenden 
DC-Anteil ausfiltern und mittels AD-Wandler des uC digitaliseren, also 
eine Synchrondemodulation. Der Controller würde so lange die 
Anregungsfrequenz ändern, bis das Signalminimum - also die Resonanz 
gefunden ist.

Das Problem ist, dass sich die Phase des Messignals beim Durchtritt 
durch die Resonanz ändert und damit auch der Phasenwinkel zwischen Mess- 
und Referenzsignal im Mischer. Meine Idee ist daher, einen zweiten 
Mischer mit einem um 90° phasenverschobenen Referenzsignal zu betreiben. 
Die Summe der Quadrate beider demodulierten Signale gäbe dann das 
Quadrat der Amplitude.
Zusätzlich könnte ich noch die Phaseninformation bestimmen, was die 
Bestimmung der Resonanz noch einfacher machen würde.


Von der Theorie her sieht alles gut aus, aber mein Problem ist der 
praktische Schaltungsaufbau. Als Sinusgenerator wäre  der AD9833 sehr 
gut geeignet, aber wie erzeuge ich das genau um 90° phasenverschobene 
Signal?

Zwar gibt es Quadraturdemodulatoren als IC's mit integrierter 
Signalerzeugung, aber anscheinend nur für Frequenzen im 3-4 stelligen 
MHz Bereich. Eine Alternative wäre, eine Rechteckspannung mit 4-facher 
Frequenz herunterzuteilen und über Logikgatter die beiden I und 
Q-Signale zu erzeugen. Als Mischer könnte man dann mittels eines 
Multiplexers zwischen dem direkten und dem invertierten Messignal 
umschalten. Doch dazu müsste ich eine Rechteckspannung mit auf 10Hz 
genau einstellbarer Frequenz haben, was auch nicht so einfach ist - 
evtl. PLL?

Wenn jemand irgendsoetwas schon gemacht hat oder weiss, wo es 
Informationen gibt, würde ich mich sehr freuen

Gruss
Mike

Autor: Helmi (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Was du brauchst sind 2 DDS ICs.
So was gibt es bei Analog Devices. Der Type AD9850 wäre was für dich.
Dort gibt es ein APP-Note wie man mit diesen beiden DDS Generatoren ein 
0 und ein 90 Grad Signal erzeugt. Die Auflösung liegt dabei uHz Bereich.
Bei dieser Version hast du ein Sinus und ein Cosinus Signal .

Alternativ könntes du aber auch die 4 fache Frequenz erzeugen und mit 2 
Flipflops daraus zwei Rechtecksignale mit 90 Grad Phasenverschiebung 
erzeugen. Auch dazu könntes du einen dieser DDS-ICs nehmen. Die maximale 
Ausgangsfrequenz des AD9850 liegt bei ca. 62Mhz. Hier bei gibt es 
allerdings Rechtecksignale. Der Komperator der erfoderlich ist um aus 
dem Analogen DDS Signal ein Rechteck für die Flipflops zu erzeugen ist 
bereits auf dem Chip integriert.


Gruss Helmi

Autor: 3356 (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Das geht etwas anders. Nimm einen VCO, einen Analogen. kann ein 8038 
sein. Der produziert eine Frequenz von einer Spannung. Nun ueberlagerst 
du diesem DC eine kleine Wechselspannung. diese kleine Wechselspannung 
prodiziert zwei Seitenbaender die die Anregungsfrequenz weg sind. Ich 
wuerd mal mit 1kHz probieren. Mit diesen 1kHz machst du nun eine 
Synchrondetektion, laesst das Ergebnis auf einen Integrator. Dessen 
Ausgang geht auf den VCO. Bei korrekter Polaritaet regelt der Integrator 
den VCO so, dass beide Seitenbaender gleich hoch sind, dh die 
Traegerfrequenz ist in der Mitte des Resonators. Mit der Hoehe der 
kleinen Wechselspannung bestimmt man die Amplitude der Seitenbaender. 
Die Seitenbaender koennen -50 .. -70dB unter dem Traeger sein, dh. Die 
Modulationsamplitude fuer den VCO wird in den mV oder tiefer sein. 
Allenfalls kann man darueber nachdenken, ob die Modulationsfrequenz ein 
fester Teiler des VCO sein kann, oder doch besser fest. Bei der 
synchrondetektion muss man einiges an selektiver Verstaerkung bringen, 
heisst einen Bandpass. Ein einfacher analoger Bandpass hat eine feste 
Frequenz, ein switched Capacitor Bandpass hat eine festes Verhaeltnis zu 
einem Clock.

Autor: Düsentrieb (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
oder noch anders:
warum baust du mit dem schwingkreis nicht einfach nen oszillator und 
misst die frequ mit der cpu ?
einfach und genau...

Autor: 3356 (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Wenn die Guete des Resonators keine 10000 ist geht das nicht. Dann ist 
die Frequenz irgendwo.

Autor: Mike (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Vielen Dank für die Antworten!

Den Sensor dirkt als frequenzbestimmendes Element in einem Schwingkreis 
zu verwenden, funktioniert leider nicht, da die Resonanz nur äusserst 
schwach ausgeprägt ist. Im Oszillogramm ist sie als kleiner "Dip" um ca. 
5% des Grundsignals zu sehen. Ausserdem werden viele Störsignale von 
aussen eingekoppelt, so dass sich der Schwingkreis kaum von selbst auf 
der richtigen Frequenz einrasten wird. Ich werd mir mal zwei DDS von 
Analog (AD9850 wäre gut, aber der AD9833 tuts wohl auch) besorgen. Da 
kann man auch die Phase einstellen. Der erste versorgt den Sensor, der 
zweite den Mischer. Per Software stelle ich dann die Phase auf maximales 
(bzw. minimalea) Signal ein.
Wie baut man den Mischer am besten auf? Klassisch mit 4 Dioden als 
Ringmischer oder mit einem Analog-Multiplexer?

Gruss
Mike

Autor: 3357 (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
MC1496, oder AD630

Autor: Martin Laabs (mla)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
70kHz Quadratursignale würde ich versuchen direkt mit der PWM-Einheit 
von dem uC zu erzeugen. Bei der LPC2000 ginge das z.B. ohne Probleme. 
Ansonsten die schon beschriebene Technik mit den Flipflops. DDS finde 
ich hier mit Kanonen auf Tauben ...
Mischen könnte man, je nachdem bei welchen Frequenzen die Störungen 
liegen, direkt mit einer Diode. Ansonsten mit den Analogschaltern. (Da 
kann man sich dann u.U. die (automatische) Kalibrierung sparen) Den 
Tiefpassfilter kann man dann als aktiven Filter auslegen, damit die 
Bauteile nicht so groß werden.

Viele Grüße,
 Martin L.

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.