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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Womit rauscharme Referenzquelle bauen?


Autor: Track (Gast)
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Hey,

in einer Schaltung brauche ich für eine Spannungslupe eine einstellbare
Spannungsreferenz bis 2V. Wenn ich die in 1000 oder mehr Schritten 
einstellen könnte wäre das gut, je mehr Schritte, desto besser.
Es gibt keine Anforderungen an die
Einstellgeschwindigkeit, wenn das 2sec dauert, ist das völlig ok,
muss auch nicht viel treiben, ein (bipolar) OP-Eingang reicht.
Wichtig ist nur ein sehr geringes Rauschen, insbesondere geringes 
1/f-Rauschen.
Erste Idee war ein DA-Wandler mit guter Referenz von den
üblichen Verdächtigen (Analog, Linear, Maxim) und nach dem Einstellen 
dann
Bus abschalten. Dumm ist, dass die meisten DA-Wandler ein 1/f-Rauschen
von 50uVpp und mehr haben. Das ist zuviel für meine Anwendung.
Meine Referenzquelle von Analog hat weniger als 2uVpp. Was ich suche 
liegt in der Region von 20uVpp oder kleiner.

Kurz zusammengefasst: Suche DA-Wandler mit 1/f-Rauschen kleiner 20uVpp,
sonst keine Anforderungen. Wer hat einen Tip?

Autor: Lukas K. (carrotindustries)
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Es gibt noch rauschärmere Referenzen, z.B. die LTC6655 von LT mit 
.62µVpp.
Der LTC2757 DAC hat 18bit und eine Rauschdichte von 14nV/sqrt(Hz)

Autor: Track (Gast)
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Hallo Luk4s K.,

danke für den Tip, die LTC6655 sieht sehr gut aus.
Bei meiner Anwendung messe ich sehr langsame Frequenzen, deshalb ist das
Schrotrauschen für mich das wichtigste Kriterium.
Um diese Angabe hat sich Linear im Datenblatt hübsch gedrückt. Der 
Einsatz einer 10uVpp Referenz bedeutet leider nicht, dass das 
1/f-Rauschen des Wandlers auch nur 10uVpp ist ;-).
Die Spannungsref ist super!

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo,

hast Du schon überlegt, das Schrotrauschen wegzufiltern?

Das folgende Filter kann z. B. Eckfrequenzen bis runter zu 1Hz 
realisieren, ohne daß riesige Bauteilwerte verwendet werden müssen:
http://www.maxim-ic.com/datasheet/index.mvp/id/1957/t/al

Evtl. kannst Du Dir auch mithilfe einer OPV-Gyratorschaltung große 
Kapazitäten "emulieren".


Gruß,
  Michael

Autor: Lukas K. (carrotindustries)
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Ne ganz dumme Idee:
10 Relais?

Autor: Track (Gast)
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>> 10 Relais?
Dafür ist leider kein Platz und ich hätte mehr Störeinstrahlung.

Der Filter ist eine gute Idee, leider macht das Datenblatt wieder keine
Angaben zum Schrotrauschen.
Ich muss mal etwas simulieren, ob ich ein Filter nicht mit rauscharmen 
OPs aufbauen kann.

Mir ist da noch eine Idee gekommen: Kennt jemand DA-Wandler in 
Bipolar-Technik? 10-12Bit sind genug, zur Not tun es auch 8.

Autor: Ulrich (Gast)
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DA Wandler in Bipolarer Technik gibt es auch, z.B. DAC0800 ( 8 Bit). Da 
gibt es auch verwandte Typen mit 10 und eventuelle auch 12 Bits. Ob die 
aber besser sind als CMOS Typen weiss ich nicht.

Gerade das 1/f Rauschen wird man kaum rausfiltern können, denn da sind 
die Frequenzen unter 1 Hz das Problem.

Wenn es nur um ein so langsames Signal geht, könnte man eventuell auch 
eine digitale Regelschleife drum rum bauen, die einen Hochauflösenden 
DAC (oder ggf. ein PWM Signal) mit hilfe ein hochauflösenden ADCs 
nachregelt. ADCs mit geringem Rauschen (auch 1/f) gibt es. Die dabei 
entstehenden Höherfrequenten Störungen sollte man rausfiltern können.

Autor: Düsentrieb (Gast)
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als DAC kommt mir PCM1702 in den sinn...

rauscht < 10uV  (mit filter sollte noch weniger machbar sein)

Autor: Track (Gast)
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>>Ob die aber besser sind als CMOS Typen weiss ich nicht.

Möglicherweise schon, alle mir bekannten, rauscharmen OPs sind mit 
Bipolartransistoren aufgebaut, zumindest in den Eingangsstufen.

>>Wenn es nur um ein so langsames Signal geht, könnte man eventuell auch
>>eine digitale Regelschleife drum rum bauen, die einen Hochauflösenden
>>DAC (oder ggf. ein PWM Signal) mit hilfe ein hochauflösenden ADCs
>>nachregelt

Das ist ne super Idee! Mein AD-Wandler hat einen zweiten Eingang, der 
zur selben Zeit abgetastet wird. Wenn ich das Referenzsignalgleichzeitig 
mit abtaste, könnte ich vieleicht später das Rauschsignal vom Messsignal 
abziehen. Muss ich mal genauer drüber nachdenken. Danke schonmal!

>>rauscht < 10uV
Das ist leider nicht das 1/f-Rauschen, was die Grafik zeigt, mich
interessiert vorallem der Bereich unter 1Hz.

Autor: Anja (Gast)
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Track schrieb:
> könnte ich vieleicht später das Rauschsignal vom Messsignal
> abziehen.

Hoffentlich rauscht nur die Referenz und nicht der A/D-Wandler.
In dem Fall hilft dann nur noch eine Mittelwertbildung über viele 
Messwerte.

Gruß Anja

Autor: Track (Gast)
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>>Hoffentlich rauscht nur die Referenz und nicht der A/D-Wandler.

Der wird auch ein geringes Rauschen haben, aber mehr als Faktor 10 
weniger
als der DA. Die Vorgängerschaltung, die mit fester Referenz arbeitet, 
hat ein 1-Bit-Rauschen bei 16-Bit Auflösung.
Das entspricht 10uV.

>>In dem Fall hilft dann nur noch eine Mittelwertbildung über viele
>>Messwerte.

Bringt nichts, das Rauschen ist nahezu weiß. Endliche Summen
über weißes Rauschen erzeugen genau die gleiche Rauschamplitude wie
ohne Summierung. Durch die Summierung erreichst du nur eine 
Tiefpassfilterung, die dann langsamer rauscht, aber mit gleicher 
Amplitude.
Nur eine unendliche Summe erzeugt genau den Mittelwert, der als Null 
angenommen wird.
(Alles probiert, bis auf den letzten Satz ;-) )

Autor: Ulrich (Gast)
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Das mitteln über viele Werte des AD Wandlers hilft schon, halt über die 
Tiefpaßwirkung. Das Schränkt die BandBreite ein und man hat dadurch 
weniger Rauschleistung, auch wenn die Rauschleistungsdicht die gleiche 
bleibt. Die Rauschamplitude geht durch die Mittelung schon zurück. Bei 
weißem Rauschen mit der Wurzel der Zahl der Werte die Gemittelt werden.
Man kann die Tiefpaßfunktion natürlich auch analog erreichen, aber 
Digital ist einfacher bei niedriegen Frequenzen. Das Zusammenspiel mit 
dem Antialiasing-filter favorisiert auch eine gewisses Oversampling, 
denn das spart den steilen Filter.

Wenn man einen Sigma-delta AD hat (bei sehr hoher Auflösung ziehmlich 
wahrscheinlich) bringt es allerdings wirklich nichts extern zu mitteln, 
wenn die alternative ein unterstützte langsamere Abtastrate ist.  Für 
die langsamere Rate mittelt der Wandler intern, das kann man extern auch 
nicht besser. Entsprechend braucht man da auch keinen aufwendigen 
Anti-aliasing-Filter.

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