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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Phasendifferenz- und Hüllkurvenmessung bei 65 MHz


Autor: Tim H. (Gast)
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Hallo liebe Forengemeinde,

ich suche euren Rat und Expertise. Ich bin gerade am Anfang meiner 
Diplomphase und es geht eher schleppend voran. Viele Ideen die ich hatte 
sind möglicherweise nicht umsetzbar und das frustriert natürlich.

Aber von vorne: Meine ersten Aufgaben bestehen darin, ein Messsystem zu 
entwickeln, was im Bereich von 65 MHz Phasendifferenz und 
Hüllkurveninformationen messen kann. Ich habe eine Störsignalquelle, die 
mir in meine Messobjekte Spannung induziert. Bisher ist die 
Größenordnung dieser Spannung noch unbekannt, es kann sich also je 
nachdem um einige Mikrovolt bis hin zu 10 V handeln (schon mal eine 
Schwierigkeit). Als ungewollte „Antenne“ dient eine koaxiale Struktur, 
wobei der Innenleiter länger ist als der Außenleiter und somit eine 
Phasendifferenz zwischen den induzierten Spannungen von Innen- und 
Außenleiter zu erwarten ist.

Meine bisherigen konzeptionellen Überlegungen waren so, dass ich 
praktisch zwei Messpfade habe. Einen, der mir aus der 65 MHz 
Sinusschwingung eine proportionale Gleichspannung/Hüllkurve zaubert, mit 
der ich dann zur weiteren Verarbeitung eine Laserdiode ansteuern kann, 
die wiederum dann die Information per Glasfaser an die Außenwelt trägt. 
Wie und warum dies geschieht, sei erstmal egal.

Ich habe mich heute lange mit aktiven Gleichrichterschaltungen 
beschäftigt, kriege aber langsam die Befürchtung, dass egal wie ich 
meine Schaltung simuliere (ob mit oder ohne Dioden, gibt ja viele 
verschiedene Umsetzungsmöglichkeiten), in diesem Frequenzbereich eine 
derartige Gleichrichtung unmöglich erscheint. Nun gut, ein Problem 
meiner Unerfahrenheit und Jugend ist es sicherlich, nicht OPV-Kataloge 
auswendig zu können.
Eine meine Hoffnung ist zum Beispiel, das hier irgendjemand mit seiner 
jahrelangen Erfahrung sagt: „Hey Junge, nimm doch einfach von ABC den 
XYZ123 Baustein, der passt für deine Zwecke hervorragend“. Bisher habe 
ich noch keinen OPV gefunden der für diesen Frequenzbereich ausgelegt 
ist und wenn doch, dann sind es Video-OPVs/Buffer, die eine feste 
Verstärkung schon integriert haben.
Gibt’s vielleicht irgendeine „magische“ Datenbank, wo man alle 
gewünschten Parameter eines IC’s eingibt und am Ende gibt’s nen paar 
Vorschläge? Das wäre traumhaft!

Das ähnliche Spiel für die Phasendifferenzmessung. Ich dachte zuerst 
blauäugig, dass ich einfach einen Komparator pro Signal nehme, mir 
daraus nen schönes digitales Rechtecksignal bastle. Aber wie eben eine 
Simulation im 65 MHz Bereich eines LT1720 mit 4ns Schaltzeit zeigte, 
kommt am Ausgang keine Rechtecke mehr raus…hm!
Mit den Rechtecksignalen wollte ich dann auf einen 
Phasendetektorbaustein a la MC12040 bzw. die Onsemi Derivate 
MCH12140/MCK12140 gehen, der mir nach Subtraktion und integrieren / 
tiefpassen eine zur Phasendifferenz proportionale Spannung ausgibt. 
Andererseits gibt’s unter dem Thema Phasendifferenzmessung hier ja 
unzählige Threads, wo andere halt sagen, dass so was mit Kanonen auf 
Spatzen geschossen ist und ein Vier–Quadrantenmultiplizierer oder was 
auch immer besser ist. Hm, viele Lösungen für ein Problem, die Frage ist 
natürlich, ob so was auch im 65MHz Bereich funktioniert. Ach ja: Die 
Auflösung der Phasendifferenz muss gar nicht mal so hoch sein. Es ist 
vollkommen ausreichend, wenn ich sagen kann, dass die Auflösung 5° bis 
10° beträgt.

Meine große Angst ist, dass ich meine Störsignale runtermischen muss, um 
sie vernünftig verarbeiten zu können. Sich noch mit Mischern zu 
beschäftigen und möglicherweise eine Eigenkreation zu entwickeln scheint 
mir mein Thema noch weiter aufzublähen.
Vielen Dank erstmal an alle die bis hierein gelesen haben. Falls der 
eine den einen oder anderen Tipp oder tröstende Worte übrig hätte, wäre 
ich sehr sehr dankbar.

Liebe Grüße,
Tim

PS: Wusste jetzt nicht, ob das Thema bei HF oder Analoge Elektronik am 
Besten passt. Bei Bedarf bitte verschieben!

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Bei 65MHz nimmt man eigentlich keine OpAms mehr. Als Amplituden- & 
Phasendetektor wuerde ich den AD8302 empfehlen. Dann ist schon viel 
gemacht. Alternativ kann man einen Mixer, wie den AD8343 oder aehnlich, 
verwenden. Oder vielleicht besser, dern AD8346, der kann gleich 
Quadratur.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Tim,

aktive Gleichrichter können das bei dieser Frequenz kaum schaffen, wenn 
das Signal sehr klein ist, weil das eine riesige Verstärkung bedeuten 
würde, wenn man das ins Verhältnis zur Diodenflußspannung einer gerade 
öffnenden Schottkydiode von rund 0,4V (je nach Strom) setzt.

Ich denke ein HF Tastkopf ist, was dir helfen würde. So etwas, wie das 
hier:

http://www.qrpproject.de/Media/pdf/TastkopfManual.pdf

Google mal ein bißchen.

Wenn das Signal wirklich im µV Bereich liegt, dürfte es sinnvoll sein, 
es erst einmal kräftig anzuheben. Dafür gibt es durchaus Möglichkeiten 
mit OPamp bei 65MHz.

Kai Klaas

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Weshalb das Signal anheben wenn der Logamp es noch detektieren kann. Und 
falls man es anheben will, dann mit etwas anderem, zB einem VGA, oder 
einer Transistorstufe. Die OpAmps sind allesamt Rauschschwarten in 
diesem Gebiet.

Autor: Tim H. (Gast)
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Hallo mal wieder,

ich habe mir die Idee von hacky genauer angeschaut, danke dafür.
Das Datenblatt des AD8302 habe ich halbwegs gründlich überflogen und den 
vierseitigen Artikel über den Baustein im Analog Dialogue 35-05 (2001) 
genau gelesen. So auf den ersten Blick erscheint mir der Baustein 
zumindest für Phasendifferenzmessung von zwei induzierten Signalen 
äußerst geeignet. Der ansteigende Phasenfehler von -6° bis 10° bei 0° 
und 180° scheint mir vernachlässigbar, da meine gewünschte Auflösung bei 
rund 5-10° selbst liegt, also sehr ungenau.
Es geht mir ja vor allen darum, einen Eindruck zu bekommen, in welchen 
Größenordnungen die Phasendifferenzen zwischen den induzierten Signalen 
in den verschiedenen Teilen meines Untersuchungsobjekts liegen.

Mir ist zwar noch nicht ganz klar, wie genau man feststellt, welche 
Phasenoutputspannung zur welchen Phasendifferenz gehört. Wenn man sich 
mal im Datenblatt des AD8302 (Rev.A) das Diagramm TPC 25 und folgende 
anschaut, erkennt man für eine Spannung ja min. zwei gleiche Werte. 
Beispielsweise 800mV für -100° und 100°. Eventuell kann man das in der 
Messauswertung – die wahrscheinlich nach langer Signalkette in MATLAB 
endet – durch die Richtung der Phasendifferenzänderung erfolgen. 
Vielleicht hat der eine oder andere schon Lösungen oder Ideen dazu?

Was anscheinend mit den Baustein nicht geht, ist Pegelmessung, da er ja 
nur den relativen (!) Levelunterschied von Input A und B misst und als 
„Quasi“-DC ausgibt. Das nützt mir dahingehend wenig, da ich keine 
Referenzspannung anschließen kann, da mir ja sonst wieder die 
Phaseninformation fehlt. Ich denke aber, mit einen extra Log-Amp oder 
RMS-to-DC Converter aus der 8000er Reihe von Analog Devices 
weiterzukommen. Irgendwelche konkreten Empfehlungen dahingehend? Mein 
mich interessierender Frequenzbereich ist halt sehr begrenzt und unter 
100 MHz (da scheint der AD8302 in vielen Bereichen auch recht linear zu 
sein und stabil, sehr gut), aber es gibt noch keine Aussagen über die 
Quantitäten der induzierten Spannungen. Ich glaube auf ADI-Website einen 
Log-Amp mit 100dB Eingangsbereich gesehen zu haben, das klingt auf jeden 
Fall sehr interessant.

Vielen Dank im voraus für Ideen und Hinweise!

Liebe Grüße,
Tim

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Der AD8302 ist schon ein guter Teil eines Netzwerkanalyzers. Das 
anregende Signal gibt man auf den PortA, das zu messende Signal auf den 
PortB. Das Amplitudenverhaeltnis, das man bekommet, bedeutet 
Amplitudenschwankungen der Quelle fliegen schon raus. Irgend ein 
Referenzsignal muss man ja haben, sonst hat man auch keine Phase.

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