Frohe Ostern allen zusammen! Ich arbeite an meiner Masterarbeit, inder ich eine Messschaltung aufgebaut habe, die Spannungen in 100uV Schritten misst. In der Schaltung sitzt ein 16-Bit ADC, der von einen MC ausgelesen wird, der die Spannungswerte an einen PC sendet. 1-Bit entspricht etwa 10uV. Bevor der analoge Wert in den ADC geht, wird mit einem OPV (LT6230) ein Offset aufaddiert. Die Offsetspannung kommt von einem DAC AD5667. Dabei ist mir etwas Merkwürdiges aufgefallen. Ich hatte vergessen, einen 100nF Kondensator (0805), der die Ausgangsspannung des DAC stützen sollte, aufzulöten. Das Rauschen lag unter 70uV, errechnet sollten es weniger als 30uV sein, aber das ist egal, ich will nur 100uV aufösen. Nach dem Einlöten des 100nF Kondensators, irgendein Standardteil mit X7R-Dielektrikum, hatte ich ein Rauschen, dass 5 bis 10 mal größer war. Können Keramikkondensatoren so stark Rauschen? Bringt ein Typ anderem Dielektrikum eine Verbesserung?
Das direkte Rauschen wird weniger das Problem sein. Die Kondensatoren der Reihe X7R und ähnlich sind aber etwas Piezoelektisch und wirken so etwa wie ein Mikrofon das Körperschall einfangen kann.
Rauschen ? Nein, allenfalls mikrophonie. Das wuerde dann Einsteuung im audiobereich verursachen. Dagegen koennte man anstelle von X7R einen NPO typen nehmen. Ist es moeglich ein Spektrum des Rauschens zu bestimmen ? Die Speisung ist linear, ohne Switcher nehm ich an.
Der Ausgang dieses DACs verträgt nur 1nF laut Datenblatt. Hast du etwa die 100nF direkt an den Ausgang des Verstärkers angelötet? Falls ja, dann besteht die Gefahr, dass der Verstärker im DAC schwingt.
Eventuell ist auch der Massepunkt an dem der 100nF angeschlossen ist durch digitale Störströme "verseucht". Ansonsten: Folienkondensatoren haben keinen so ausgeprägten Mikrofonie-Effekt. Gruß Anja
Ohne Schaltplan läßt sich natürlich nicht so viel sagen. Ersetze den X7R-Typ doch mal durch einen MKS2-Typ, oder schnippe mit dem Finger auf die Platine, dann siehst du ja schnell, ob es Mikrofonie ist. Ich hatte in der Anfangszeit der SMD-Technik mal ein Problem mit einem keramischen 1206 Kondensator, den ich aus Unwissenheit beim Löten überhitzt habe. Der hatte dann ein Kontaktproblem im Inneren, das auf dem Oszi wie tieffrequentes Rauschen aussah. Erst als ich die Platine mit beiden Händen durchgebogen habe, war das Rauschen weg (und das Nutzsignal auch...). Kai Klaas
>>Ohne Schaltplan läßt sich natürlich nicht so viel sagen. Denn kann ich leider nicht veröffentlichen. >>Ist es moeglich ein Spektrum des Rauschens zu bestimmen ? Soweit ist die Software noch nicht, es sieht recht weiß aus. Es ist erkennbar, wenn ich die Samplefrequenz auf 400K Samples erhöhe und mir die dezimalen Werte anschaue. Es hat auch einen Anteil im Bereich über 100 KHz. >>Die Speisung ist linear, ohne Switcher nehm ich an. Jein, ein Induktiver Wandler erzeugt die Vorspannung, die durch einen niederohmigen Tiefpass in einen low-noise Linearregler eingespeißt wird. Die Versorgung hat ein Rauschen, das unter einem mV liegen muss, jedenfalls ist auf einem analogen Hameg, als auch auf einem digitalen Tek im 10mV-Bereich nichts zu erkennen. >>Ersetze den X7R-Typ doch mal durch einen MKS2-Typ, oder schnippe mit dem >>Finger auf die Platine, dann siehst du ja schnell, ob es Mikrofonie ist. Ich werde nächste Woche mal den NPO und MKS2 probieren, falls ich sowas im Labor finde. Ich habe zwar die Schaltung hier, aber kein Sortiment an Kondensatoren. Es muss irgendwas mit dem Kondensator und/oder dem DAC zu tun haben, weil der ADC zwei Kanäle gleichzeitig sampelt und die beiden OPs an den Eingängen im gleichen Gehäuse sitzen. Auch die Verstärkungsfaktoren sind etwa gleich, nur wird der eine Eingang um den Offset vom DAC angehoben und der andere nicht. Das der DAC ein Rauschen hat, kann ich deutlich sehen. Kanal 1 (ohne Offset) hat ein Rauschen von unter 10 (dezimal), Kanal 2 von unter 70 (ohne Kondensator) und über 500 mit Kondensator. Die Genauigkeit ist für mich gut genug, mich interessiert nur der Grund, warum sich das Rauschen so verstärkt, wenn ein kleiner 100nF dran ist.
@Anel, Hast du diese Frage übersehen? > Der Ausgang dieses DACs verträgt nur 1nF laut Datenblatt. > Hast du etwa die 100nF direkt an den Ausgang des Verstärkers vom DAC angelötet? > Falls ja, dann besteht die Gefahr, dass der Verstärker im DAC schwingt.
>>Hast du diese Frage übersehen?
Ja, habe ich tatsächlich, war nicht bös gemeint!
Ich verstehe das Datenblatt so, dass das für den dynamischen Betrieb
gilt.
Das ist bei mir nicht so. Ich stelle einmal eine Spanung ein und das war
es dann. Warum sollte ein OP schwingen, wenn ich einen kleinen
Kondensator dranhänge? Es ist keine Induktivität vorhanden und die paar
nH von der Leiterbahn sollten das auch nicht bringen. Ich verlangsame
damit die Anstiegszeit, aber mehr auch nicht(?) Das musst du mir jetzt
erklären...
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noise_peak_schem.gif
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Hier mal ein Beispiel was bei einem realen Opamp passiert. Beachte den Peak in der Verstärkung. Genauso wird dein Rauschen ge"peak"t. Mit der .asc-Datei kannst du das mit LTspice simulieren.
>Warum sollte ein OP schwingen, wenn ich einen kleinen Kondensator >dranhänge? Es ist keine Induktivität vorhanden und die paar nH von der >Leiterbahn sollten das auch nicht bringen. Aber du erzeugst am invertierenden Eingang eine Phasendrehung (phase lag), die den OPamp instabil macht. Helmut hat völlig Recht. Du darfst nicht einfach einen 100nF Kondensator direkt an den Ausgang eines Operationsverstärkers hängen! Schalte wenigstens einen Widerstand von größer 50R (genauer Mindestwert hängt vom OPamp ab) dazwischen. Dieser Widerstand hilft dir übrigens zur zusätzlichen Filterung des Rauschens und ist schon von daher zu empfehlen. >Denn kann ich leider nicht veröffentlichen. Das verstehe ich. Aber wenn ein Fehler vorliegt, ist er sowieso nichts wert. Jetzt können wir dir nur Tips geben, aber kaum wirklich dein Problem lösen. Kai Klaas
Guten Morgen!
@Helmut: Das die Dinger so reagieren können, hätte ich nicht gedacht,
danke für die Simulation.
Den Tiefpass einbauen kann ich nicht mehr, aber ich kann einen Jumper
durch eine kleine Spule ersetzen. Das probiere ich morgen mal aus.
>>...aber kaum wirklich dein Problem lösen.
Ich habe kein wirkliches Problem, mich interessierte, wie oben gesagt,
nur das "warum".
Ich bedanke mich bei euch und wünsche einen schönen zweiten Ostertag!
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noise_peak_50ohm_schem.gif
3,8 KB
Die Idee mit der Spule ist nicht gut. Da macht sich ein kleiner Serienwiderstand schon besser.
Ich habe aber schon Applikationen gesehen da hat TI einen Kondensator über 1µF ( waren glaube ich 4.7µF )direkt, ohne über einen Widerstand entkoppelt am Ausgang des OPV gekoppelt. Hat jemand eine erklärung dazu, würde mich interessieren. Ist aber ein wenig blöde da ich die Applikation nicht finde ich weiß aber noch das es um einen Low Noise Spannungsregler ging.
Man könnte natürlich einen normalen Elko (>=10uF) mit mindestens 1 Ohm Serienwiderstand(ESR) verwenden. Keine Sorge, das ist nur ein Bauteil. Der ESR ist "eingebaut". Vielleicht gibt es ja auch einen schlechten Tantal mit >= 1Ohm ESR.
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Im Anhang sind die Simulationen mit Elko 10uF, 47uF mit 2Ohm ESR.
Ich glaube Helmut hat mich falsch verstanden. Ich baue eine Spule, besser eine Ferritperle, sofern ich eine finde, in Serie ein, den Kondensator muss ich weglassen, weil der einfach nicht reinpasst. Einen bedrahteten Kondensator will ich nicht einlöten, weil ich dann eine Schleife hätte, die wahrscheinlich mehr Rauschen von der Schaltreglerspule einfängt als eliminiert wird.
Der Jumperkontakt, wo die Spule rein soll liegt hinter den Pads für den 100nF. Darum geht nicht beides.
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Hier ein Ausschnitt aus dem ADS1251 Datenblatt von TI mit einemm Vorschlag der Referenzspannungserzeugung. Der Ausgang des OP wird massiv kapazitiv belastet, es besteht aber offenbar trotzdem keine Schwingneigung.
Danke für den Tipp mit dem OPA350. Der ist an sich schon rauscharm und scheint in der Tat besonders gutmütig zu sein bezüglich kapazitäter Last. Aus dessen Datenblatt: In unity gain, OPA350 series op amps perform well with very large capacitive loads. Increasing gain enhances the amplifier’s ability to drive more capacitance. The typical characteristic Small-Signal Overshoot vs Capacitive Load shows performance with a 1kΩ resistive load. Increasing load resistance improves capacitive load drive capability.
>Ich habe aber schon Applikationen gesehen da hat TI einen Kondensator >über 1µF ( waren glaube ich 4.7µF )direkt, ohne über einen Widerstand >entkoppelt am Ausgang des OPV gekoppelt. >Hat jemand eine erklärung dazu, würde mich interessieren. Es gibt spezielle OPamps, die große Kapazitäten am Ausgang vertragen. Auch normale OPamps können scheinbar gutmütig auf sehr große Kapazitäten am Ausgang reagieren. Das kommt so: Die Kapazität sorgt zusammen mit der endlichen Ausgangsimpedanz nicht nur für eine destabilisierende Phasendrehung in der Gegenkopplung, sondern auch für eine kräftige Absenkung der Schleifenverstärkung, sodaß die Schleife nicht mehr auf die Mindestverstärkung von V=1 zum Aufbau einer Schwingung kommt, trotz gefährlicher Phasendrehung von insgesamt 360°. Solche Situationen findet man beispielsweise, wenn man mit einem LM324 aus einer Single Supply Spannungsversorgung einen Virtual Ground Generator bastelt und dazu direkt vom Ausgang zu den beiden Supply Rails jeweils einen Elko von 47µF schaltet. Ein solcher OPamp verfügt dann aber über fast überhaupt keine funktionierende Gegenkopplung mehr, sondern ist praktisch tot. Er kriecht DC-mäßig zu dem Pegel, den die Gegenkopplung ihm diktiert, kann aber auf schnelle Störungen nicht mehr wirklich regelnd eingreifen. Sein Ausgang wird schon für niedrige Frequenzen durch den Kondensator kurzgeschlossen, was sich dann so auswirkt, als ob man bei einem Auto gleichzeitig Vollgas gibt und wie ein gestörter auf die Bremse tritt. Solche Schaltungen sind hochgradig gefährlich, weil sie nicht mehr linear funktionieren und jederzeit Unfug treiben können. Außerdem, täusche dich nicht, nur weil du das bei Texas Instruments gefunden hast, muß das noch lange nicht richtig sein. Auch dort gibt es jede Menge Pfuscher, die keine Ahnung haben... Kai Klaas
Schrott in Applikation Notes finde ich unter aller Sau, schlecht für den Entwickler darauf vertraut und ist auch richtig schlechte Werbung für einen Hersteller. Wobei der Entwickler selber schuld ist wenn er blind vertraut :D --- Erinnert mich an "Test Pin" welche auf fester Spannung gelegt werden müssen aber nirgendswo steht was man wirklich mit den Testpin anfangen kann und somit den µC oder etc hacken kann. Wenn es dann auch noch eine Applikation im Sicherheitsbereich ist, wird's erst recht ekelig.
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