Hallo zusammen,
ich habe folgendes Problem:
Ich möchte den Mittelwert einer PWM messen: 8bit, 32kHz. Mit einer
Abstastrate von 20Hz. Ich kann die Spannung nicht schnell genug messen,
um den Mittelwert in Software zu berechnen, ich strebe daher eine
Mittelwertbildung an. Die PWM ändert sich max. alle 200ms, deswegen die
20Hz Abtastrate. Ein einfaches RC-Glied ist wahrscheinlich zu langsam,
oder?
Ich habe ein Tiefpass zweiter Ordnung aufgebaut (siehe Anhang - über
mircochip Filterlab berechnet ), dieser zeigt jedoch nicht die
gewünschte Funktion. Das Ausgangssignal, ist bis auf eine kleine
Verschiebung in y-Richtung identisch.
Habt ihr eine Idee, wie ich die PWM sinnvoll messen kann?
Gibt es fertige Tiefpassfilter höherer Ordnung oder ein
"Mittelwertbilder", die man nur noch parametrisieren muss? Ein
entsprechendes Bauteil, darf ruhig auch ein bißchen mehr kosten.
Ich freue mich über jede Antwort, Danke
// Wenn irgendwas unklar ist, bitte einfach nachfragen, ich versuch alle
Fragen zeitnah zu beantworten
Von Maxim gibt es "Switched-Capacitor Filter", vermutlich auch von
anderen Herstellern, da kann man die Grenzfrequenz über den Eingangstakt
in sehr großen Bereichen einstellen, z.B.:
MAX293/MAX294, gehen von 0,1 Hz bis 25 kHz.
Michael schrieb:> 8bit, 32kHz.
Sind die 32kHz die Frequenz für einen kompletten PWM-Zyklus?
Für 8 Bit brauchst du ein Filter mit einer Dämpfung von 8*6dB = 48dB.
Wenn du einen PT1-Tiefpass (=RC-Glied) mit 32kHz/256 = 125Hz verwendest,
hast du das erreicht. Und damit kommst du locker noch über deine 20Hz
Abtastrate...
Ich würde also (pi mal Daumen) einfach ein RC-Glied mit fg=40Hz
verwenden.
Hallo Michael,
Deine Angaben sind etwas verwirrend.
> Ich möchte den Mittelwert einer PWM messen
Die PWM hat gewöhnlich eine konstante Amplitude, nur das Tastverhältnis
ändert sich. Das Tastverhältnis könnte man ja mit einem Mikroprozessor
messen oder diskret mit Schmitt-Trigger und ein paar IC´s.
Wozu brauchst Du den Mittelwert der PWM?
Mittelwerte können analog an schnellsten mit einen RC-Glied gemessen
werden. Je höher die Ordnung des Filters ist, je länger dauert das
Einschwingen, bzw. das Einstellen auf den Mittelwert.
Bei 32KHz und Änderungen der Modulation so alle 200ms ist das für ein
gewöhnliches RC-Glied eigentlich kein Problem. Je grösser die
Zeitkonstante des RC-Gliedes ist, je glatter ist der Mittelwert. 200ms
sind 5Hz. 32KHz/5=6400. Wurzel(6400)=80. Leg das RC-Glied für 5x80=400
Hz aus. 400Hzx80=32000Hz, damit liegt man genau in der Mitte.
Gruss Klaus
Du bist Dir sicher, daß Du das analog messen willst? dann nimm den
Tiefpass wie es schon oben gesagt wurde. Falls Du aber mit dem
Analogwert den AD Wandler eines µC fütterst, dann solltest Du dir
wirklich überlegen ob Du nicht gleich das Puls Pause Verhältnis mit
einem flankengesteuerten Interrupt und Timer messen willst. Einfacher
und genauer.
Klaus Ra. schrieb:> Leg das RC-Glied für 5x80=400 Hz aus.
32kHz/400Hz
Für einen 7-Bit AD-Wandler würde das knapp reichen...
BTW: Meine Berechnung mit fg=125 Hz gilt für einen 8-Bit-Wandler.
Wenn ich den Filter mit fg=40Hz (R=12k C=0µ33) einstelle, kommt
folgendes raus --> siehe Anhang.
Ich möchte den Mittelwert der Spannung bekommen. Sprich (auf den Anhang
bezogen): Ich habe eine PWM Tastverhältnis: 27/255. Daraus ergibt sich
effktiv eine Spannung von 0,317V bei 3V Amplitude. Diese Spannung würde
ich gerne messen.
PWM im Eingang --> Gleichspannung im Ausgang.
Ich muss über mehrere Stunden mit einem Datenlogger die PWM aufnehmen,
deswegen möchte ich nicht das Signal direkt abtasten und das Verhältnis
bestimmen.
Michael schrieb:> Wenn ich den Filter mit fg=40Hz (R=12k C=0µ33) einstelle, kommt> folgendes raus --> siehe Anhang.
Ja, klar: deine PWM-Frequenz ist ja auch keineswegs 32kHz!!!
Das sind 8ms pro Zyklus, also gerade mal: 125Hz.
125 Hz? Kommt dir die Zahl bekannt vor?
Du zählst in deiner 8-Bit PWM mit 32kHz. Und bekommst dadurch eine
PWM-Frequenz von 125Hz.
Um hier mit 8 Bit Genauigkeit messen zu können, müsste deine
Filterfrequenz kleiner als (125Hz/256 =) 0,5Hz sein.
EDIT:
Deshalb auch meine allererste Frage:
>>>> 8bit, 32kHz.>>>Sind die 32kHz die Frequenz für einen kompletten PWM-Zyklus?
Sorry, haben wir aneinander vorbei gesprochen. Die 32Khz sind natürlich
die Frequenz mit der ich zähle. Dadurch komm ich dann auf ne
Wiederholung von ~125Hz. Ich hab jetzt mal nen Filter mit C=47µ und nem
Poti 22k aufgebaut und guck mal, wie das so aussieht. Hoffe mal ich sehe
dann die PWM-Änderungen noch sinnvoll.
Michael schrieb:> Hoffe mal ich sehe dann die PWM-Änderungen noch sinnvoll.
Das wird kritisch werden, denn du hast ja Änderungen mit 5Hz (200ms) und
filterst mit 0,5Hz...
Hier würde dir dann ein steilflankigeres Filter tatsächlich
weiterhelfen.
Deswegen hatte ich mir den aktiven Filter 2.Ordnung überlegt. Aber
wahrscheinlich hab ich dort die Parameter falsch festgelegt.
Folgende Parameter habe ich eingesetzt: Stopband: 125Hz mit -50dB
Dämpfung und Passband: 20hz mit -1dB Dämpfung.
Eine Idee, wie sowas am einfachsten hinbekomme?
> Stopband: 125Hz mit -50dB Dämpfung und Passband: 20hz mit -1dB Dämpfung.
Das wäre in der Frequenz ein Verhaltnis von 6, du brauchst also ein
Filter mit > 80 dB/Dekade. Das geht nicht mit 2. Ordnung.
> Eine Idee, wie sowas am einfachsten hinbekomme?
Wie gesagt, nimm den Switched-Capacotor-Filter (Tiefpass 8. Ordnung) und
stell die Grenzfrequenz auf ca. 10 Hz, dann sollte das schon halbwegs
gehen.
Johannes schrieb:> Filter mit > 80 dB/Dekade. Das geht nicht mit 2. Ordnung.
Aber mit einem TP 4. Ordnung wäre er ja schon bedient...
Und das geht tatsächlich wie im OP dargestellt mit einem OpAmp
Michael schrieb:> Ich habe ein Tiefpass zweiter Ordnung aufgebaut (siehe Anhang - über> mircochip Filterlab berechnet )
Der ist 4. Ordnung... Seis drum. Ich habe deine Schaltung mal mit
LT-Spice simuliert und meine, die müsste eigentlich funktionieren
(Anhang).
Zeig doch mal deinen aktuellen Schaltplan (Versorgung, welche OPs...).
Wow, danke für die Mühen.
Ich verwende folgende OP's: TL062CP. RS-Bestellnr.: 638-908
Ich versorge die ganze Kiste mit +5V; GND; -5V
Verwende Tantal-Kondensatoren mit den entsprechenden Werten und Potis,
um die entsprechenden Widerstände genau einzustellen. Siehst du einen
Fehler?
Michael schrieb:> Ich versorge die ganze Kiste mit +5V; GND; -5V
Und deine PWM-Eingangsspannung ist ...?
> Ich versorge die ganze Kiste mit +5V; GND; -5V
Das ist für den viel zu wenig.
1
electrical characteristics, VCC± = ±15 V
2
--> VOM Maximum peak output voltage swing
3
RL = 10 kΩ, TA = 25°C ±10 ±13.5 V
4
RL ≥ 10 kΩ, TA = Full range ±10 ±10 V
Die Ausgänge können dann gerade mal (bestenfalls) von -3V bis +3V
aussteuern. Schlechtestenfalls kommen die überhaupt nicht von 0V weg...
:-o
Du brauchst hier auf jeden Fall einen OP mit Rail-to-Rail Ausgang.
> Verwende Tantal-Kondensatoren
Das geht eigentlich nicht so ohne Weiteres, denn du hast es hier ja mit
Wechselspannungen zu tun...
Mach die Widerstände hochohmiger, dann bekommst du kleinere Kapazitäten.
Lothar Miller schrieb:> Ich versorge die ganze Kiste mit +5V; GND; -5V> Und deine PWM-Eingangsspannung ist ...?
0...3V
>> Ich versorge die ganze Kiste mit +5V; GND; -5V> Das ist für den viel zu wenig.electrical characteristics, VCC± = ±15 V> --> VOM Maximum peak output voltage swing> RL = 10 kΩ, TA = 25°C ±10 ±13.5 V> RL ≥ 10 kΩ, TA = Full range ±10 ±10 V> Die Ausgänge können dann gerade mal (bestenfalls) von -3V bis +3V> aussteuern. Schlechtestenfalls kommen die überhaupt nicht von 0V weg...> :-o
Wenn ich den Filter anschließe bekomme ich am Ausgang fast 1:1 das
Eingangssignal raus. Nur minimal verschoben und leicht am schwingen...
also nix Sinnvolles.
> Du brauchst hier auf jeden Fall einen OP mit Rail-to-Rail Ausgang.
Kannst du für diese Anwendung einen OP empfehlen?
>> Verwende Tantal-Kondensatoren> Das geht eigentlich nicht so ohne Weiteres, denn du hast es hier ja mit> Wechselspannungen zu tun...> Mach die Widerstände hochohmiger, dann bekommst du kleinere Kapazitäten.
Ok, das kann ich machen. Welche Verhältnisse, sind denn dabei
entscheidend?
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