Hallo, mal eine grundsätzliche Frage. Ich muss einen 50 Hz Tiefpass-Filter vor meinen ADC (MAX1132) schalten. Allerdings soll die Impedanz der Quelle (also meines Signals) kleiner 10 Ohm sein, ansonsten muss ein Impedanzwandler benutzt werden. Auf den Operationsverstärker möchte ich eigentlich um jeden Preis verzichten, da ich ansonsten nochmal 1-2 zusätzliche Versorgungsspannungen benötige. Jetzt die Frage: Mein ADC hat ja auch eine Eingangsimpedanz (typisch 7.9k Ohm und 32 pF). Stellt diese Eingangsimpedanz zusammen mit einem parallel geschalteten Kondensator auch ein RC-Glied dar? Sprich, kann ich mir damit meinen 50Hz-Tiefpassfilter bauen? Vielen Dank schonmal für eure Hilfe! Gruß, Markus
Markus M. schrieb: > Mein ADC hat ja auch eine Eingangsimpedanz (typisch 7.9k Ohm und 32 pF). > Stellt diese Eingangsimpedanz zusammen mit einem parallel geschalteten > Kondensator auch ein RC-Glied dar? Mal das mal auf:
1 | | IC ___ |
2 | Uin -----o-----|---|___|--o----> |
3 | | | | |
4 | === | === |
5 | | | | |
6 | --- | --- |
Wie soll denn der externe Kondensator noch mitwirken können?
> Sprich, kann ich mir damit meinen 50Hz-Tiefpassfilter bauen?
Egal wie: du wirst mit 32pF nicht mal annähernd an 50Hz rankommen...
Wirkt der externe Kondensator denn nicht in irgendeiner Weise mit? Der muss doch dann auch in irgendeiner Weise als Filter wirken, oder nicht? Grundsätzlich gehts mir nicht um AC-Messung. Eigentlich langt es mir einen DC-Wert etwa 10 mal pro Sekunde abzutasten. Es muss nichts rekonstruiert werden, oder so. Ist denn ein Aliasing-Filter immer nötig, da ich sonst acuh bei DC-Messung falsche Werte bekomme, oder braucht man den Filter nur, wenn man sich acuh für die auftretenten Frequenzen interessiert? Hat jemand eine Lösung, die ohne Operationsverstärker auskommt? Oder sonst noch irgendeine andere Idee? Danke! Gruß, Markus
Sollten Rin=7,9kOhm und Cin=32pF nicht parallel sein? @ Markus: Ein RC-Tiefpaß ist offensichtlich nicht möglich. Ein RLC-Tiefpaß auch nicht (da bräuchte man etwa 100H, wenn man die 7k9 als Bedämpfung verwenden will). Also bleibt i) ein zusätzlicher Buffer (wie von dir nicht gewünscht) oder ii) Filtern in der Schaltung davor (irgendetwas muss dir ja ein Signal mit ausreichend niedriger Impedanz zur Verfügung stellen).
Michael schrieb: > Sollten Rin=7,9kOhm und Cin=32pF nicht parallel sein? Ok, du hast (theoretisch*) recht, aber es was ändert das? Letztlich bedeutet es nur, dass man ohne externen Widerstand überhaupt gar keine Änderung der Grenzfrequenz erreichen wird...
1 | | IC |
2 | Uin -----o-----|----o-----o----> |
3 | | | | | |
4 | === | [ ] === |
5 | | | | | |
6 | --- | --- --- |
(*)weil der Widerstand aus etlichen Bahnwiderständen besteht, die teilweise auch schon vor dem Kondensator auftauchen werden.
Ich hab mal das Datenblatt vom ADC angehängt. Da ist auf Seite 9 eine äquivalentes Ersatzschaltbild. Vielleicht wird man daraus auch schlauer. Auf Seite 14 steht auch etwas was ich absolut nicht verstehe: "If the frequency of interest is low, AIN can be bypassed with a large enough capacitor to charge the capacitive DAC with very little change in voltage. However, for AC use, AIN must be driven by a wideband buffer (at least 10MHz), which must be stable with the DACs capacitive load (in parallel with any AIN bypass capacitor used) and also settle quickly (Figures 8 or 9)." Was hat es denn mit dieser Kapazität von der die sprechen auf sich? @Michael: An die Schaltung davor kann ich nicht ran. Dabei handelt es sich um einen DAC mit nachgeschaltetem OP. Habe aber keinerlei Schaltpläne oder Ähnliches und komme auch nicht ran. Für mich ist das eine Blackbox, von der ich das analoge Signal einlese...
Markus M. schrieb: > Da ist auf Seite 9 eine äquivalentes Ersatzschaltbild. > Vielleicht wird man daraus auch schlauer. Ja, die Sache ist wohl etwas komplexer... Markus M. schrieb: > Was hat es denn mit dieser Kapazität von der die sprechen auf sich? Wenn du extern z.B. einen 1000uF Kondensator anschließt, dann ist die Ladungsmenge, die du da für den 30pF Wandler-Kondensator entnimmst, so gering, dass der Fehler vernachlässigbar ist...
Aber wirklich weiterbringen tut mich das nicht, oder? ;) Also komme ich wohl um den OP nicht drumherum? Oder gibts noch ne andere Möglichkeit? LC Filter?
Markus M. schrieb: > Was hat es denn mit dieser Kapazität von der die sprechen auf sich? Der Wandler hat ein Sample and Hold Glied um während der Wandlung zu gewährleisten, daß die Messspannung konstant bleibt. Dieses Sample und Hold besteht im Wesentlichen aus einem Analogschalter und einem Kondensator. Wenn du hochfrequent misst, muss die zu messende Spannung entsprechend viel Strom liefern um diesen Kondensator in der kurzen Zeit auf genau den zu messenden Spannungswert aufzuladen. Ob Du ein Aliasing-Filter brauchst hängt davon ab was du für ein Signal am Eingang hast. Ist es eine Akkuspannung, kannst Du das vernachlässigen, ist es ein Signal, das im Frequnzspektrum Anteile hat, die höherfrequenter sind als die Hälfte deiner Abtastfrequenz, dann musst Du möglichst steilbandig filtern ansonsten misst Du Schwebungseffekte mit.
mmh, das Signal das ich messe, kommt von einem 14 Bit DAC mit einer Grenzfrequenz von 2 kHz. Das Gerät ist quasi eine Regelung für einen Motor. Einlesen tue ich diesen Drehzahlsollwert (+/- 10V). Also eigentlich eine Gleichspannung, die aber durchaus Schwankungen haben kann, die für die Regelung zuständig sind. Kann also keine genaue Frequenz nennen. Aufjedenfall lese ich dieses Signal ein und simuliere mit der gemessenen Solldrehzahl die Inkrementalgeber des Motors. Da der Motor ja doch recht träge ist (höhere Last) dachte ich, dass es ausreichend ist, mit 10 Hz abzutasten. Allerdings verstehe ich den Aliasing-Effekt noch nicht ganz. Anhand der FFT ist es soweit klar. Aber wie ist das, wenn mich wirklich nur der Gleichspannungswert interessiert?
Markus M. schrieb: > Aber wie ist das, wenn mich wirklich nur der Gleichspannungswert > interessiert? Nimm einen großen Kondensator und einen Widerstand davor. Der Kondensator sorgt für einen kleinen dynamischen Widerstand (<10 Ohm) und der Widerstand sorgt für eine fg=50Hz:
1 | ___ R | IC |
2 | Uin --|___|----o-----|----o-----o----> |
3 | | | | | |
4 | === | [ ] === |
5 | 10uF | | | | |
6 | --- | --- --- |
R = 1/(2*pi*fg*10uF) = 330 Ohm
>Auf den Operationsverstärker möchte ich eigentlich um jeden Preis >verzichten, da ich ansonsten nochmal 1-2 zusätzliche >Versorgungsspannungen benötige. Willkommen im wirklichen Leben! Besorg dir dafür einen OPamp, der eben nicht 1-2 zusätzliche Versorgungsspannungen benötigt... Kai Klaas
Markus M. schrieb: > Da der > Motor ja doch recht träge ist (höhere Last) dachte ich, dass es > ausreichend ist, mit 10 Hz abzutasten. Wenn du den Sollwert abtastest ist es eher interessant wie schnell die Regelung ist. Um schnelle Änderungen oder gar instabilitätend er regelung simulieren zu können, musst Du mindestens so schnell sein wie die Regelung. Aber auch hier wieder das alte Problem: Sagt was genau erreicht werden soll, nicht wie die vermeintliche Lösung ist. Markus M. schrieb: > ufjedenfall lese ich dieses Signal ein und simuliere > mit der gemessenen Solldrehzahl die Inkrementalgeber des Motors. Wenn du den Motor aber halbwegs simulieren willst, dann musst Du auch das dynamische Verhalten des Motors simulieren. Deine Simulation ist nix wert, wenn der Motor 5s benötigt um seine Drehzahl zu verdoppeln wenn ein entsprechender Sollwertsprung am Eingang ist, deine Simulation diesen Eingangssprung dann in 0,2s macht. Dann kannst Dus gleich sein lassen. Lothar Miller schrieb: > Der Kondensator sorgt für einen kleinen dynamischen Widerstand (<10 Ohm) > und der Widerstand sorgt für eine fg=50Hz: Eine Grenzfrequenz von 50Hz bei einer Abtastrate von 10Hz kommt nicht wirklich gut. Was der Te braucht ist ein Modell des Motors mit Last (wahrscheinlich einfaches PT1) und die entsprechenden Zeitkonstanten um das halbwegs genau zu simulieren.
U.R.Schmitt schrieb: > Eine Grenzfrequenz von 50Hz bei einer Abtastrate von 10Hz kommt nicht > wirklich gut. Das war nicht meine Forderung... ;-) Markus M. schrieb: > Ich muss einen 50 Hz Tiefpass-Filter vor meinen ADC (MAX1132) schalten. BTW: 10Hz Abtastung wären mir für eine Motorregelung auch etwas zu wenig... >>> Da der Motor ja doch recht träge ist (höhere Last) Die Sprungantwort/Grenzfrequenz des Gesamtsystems wäre noch zu quantifizieren.
Markus M. schrieb: > llerdings verstehe ich den > Aliasing-Effekt noch nicht ganz. Dann male Dir mal in ein Diragramm 10 Sinusschwingungen auf, die jeweils 2cm Periodendauer in X Richtung haben. Das ist dein tatsächliches Signal. Dann zeichne ab dem Punkt 0cm alle 2,2 oder auch alle 4cm (deine Abtastrate) dein 'Messwert' ein und lese den Wert ab. Jetzt zeichne die Messwerte mal in ein 2. Diagramm und sage mir was die mit dem tatsächlichen Signal zu tun haben. Merke: Wer misst, misst Mist. Wer ohne Ahnung misst, misst großen Mist!
Lothar Miller schrieb: > Das war nicht meine Forderung... ;-) > Markus M. schrieb: >> Ich muss einen 50 Hz Tiefpass-Filter vor meinen ADC (MAX1132) schalten. hast recht, das hatte der TE auch geschrieben :-), ich hatte halt noch folgende Aussage im Kopf: Markus M. schrieb: > dachte ich, dass es ausreichend ist, mit 10 Hz abzutasten. Ist ja egal, solange der TE nicht sagt was genau er machen will ist es Raterei.
Schonmal vielen Dank für eure Antworten. Ich habe inzwischen in Erfahrung bringen können, dass die Motorsteuerung den Wert alle 2ms aktualisiert (500 Hz). Also würde ich dazu tendieren mit 1.5kHz-2kHz abzutasten. Würde eher zu 2kHz tendieren und dann den Filter bei etwas unter von 1kHz anzusetzen. oder doch lieber bei 500Hz? Ansonsten vielleicht noch ein paar Infos, die eventuell weiterhelfen würden. Es handelt sich hierbei um den Baumantrieb einer Kettenwirkmaschine (Textilmaschine). Auf diesem "Baum" sind die Fäden aufgewickelt. Da es hierbei nicht zu schnellen Änderungen kommen darf, da sonst die Fäden das Zeitliche segnen, dachte ich, dass ich acuh langsamer abtasten könnte. Das System besteht aus verschiedenen Modulen: 1) Rechner, der die Fadenzuführung regelt 2) Dem Wechselrichter 3) Dem Antrieb 4) Dem Baum mit Fäden drauf 5) Der Tastrolle (Inkrementalgeber) Ich simulieren quasi 2-5. Ich bekomme von 1) einen Drehzahlsollwert und simuliere die Inkremente der Tastrolle. Bei einem Sollwertsprung der Fadenzuführung wird irgendwo (warscheinlich Wechselrichter) nochmal eine Rampe hoch oder runtergefahren, da sonst die Fäden reißen könnten. Drehzahlsignal ist +/-10V was dann +/- 3000 Umdrehungen des Antriebs entspricht. Getriebeübersetzung zwischen Antrieb und Baum ist 1:120 (Ist dass richtig rum? Oder ist es 120:1? Motor dreht schneller als Baum) Welche Abtastfrequenz, welche Filterfrequenz und welchen Filtertyp würdet ihr dann empfehlen? Wäre nett, wenn ich noch ein paar Tips von euch bekommen könnte. Das würde mir sehr weiterhelfen. Danke schön! Gruß, Markus
Markus M. schrieb: > Da es hierbei nicht zu schnellen Änderungen kommen darf, > da sonst die Fäden das Zeitliche segnen, dachte ich, dass ich acuh > langsamer abtasten könnte. Das ist, wie wenn du sagst: Wenn ich auf der Autobahn in der Kolonne fahre und sich der Abstand zum Vordermann nicht schnell ändern darf, schaue ich nur jede halbe Minute aus dem Fenster... Markus M. schrieb: > 2) Dem Wechselrichter > 3) Dem Antrieb > 4) Dem Baum mit Fäden drauf > 5) Der Tastrolle (Inkrementalgeber) > Ich simulieren quasi 2-5. Ich bekomme von 1) einen Drehzahlsollwert und > simuliere die Inkremente der Tastrolle. Simulieren? Das ist also für den Labortisch? Dann mußt du die Strecke nachbilden und nicht irgendwas "herumraten". Nimm eine Sprungantwort am Originalsystem auf, damit du das Verhalten deiner Strecke erfassen kannst, und dann bastle das nach.
Wenn ich das so lese, ist ein Filter hier fast so nützlich wie der Blinddarm. Wichtiger scheint mir die möglichst schnelle, STÖRUNGSFREIE Erfassung der Istdaten. Schau Dir Deine Impulse mal auf dem Oszi an, bevor Du weitere Aktionen planst. Es könnte auch sein, daß Du mehr Motor-Störungen als Nutzsignal siehst.
Wenn man einen 50 Hz Tiefpass davor schaltet fragt man sich wozu so ein guter AD Wandler. Wenn man es denn braucht kann man den Tiefpass digital realisieren. Da kann man dann auch noch gleich einen 50 Hz und 100 Hz Bandsperre mit dabei haben. Oder wählt gleich einen langsameren Sigma Delta AD, da hat man oft gleich die 50 Hz Unterdrückung mit drin, und der Anti-Antialiasing Filter ist auch weniger aufwendig. Auch ein passiver Filter (RC) ist nicht unmöglich. Wenn der Kondensator groß genug ist, darf der Widerstand auch wieder größer werden. Selbst wenn der Kondensator nicht groß genug sein sollte - wird der Fehler duch die S&H Stufe erstmal wohl eine kleine Abweichung im Skalenfaktor sein.
Könnte ich also mit einem passiven Filter auskommen? Die 50 Hz sind ja sowieso nicht mehr relevant. Ich habe mir jetzt überlegt mit 2 kHz abzutasten. Filter würde ich so um die 700 Hz ansetzen. Das wäre dann z.B. ein Widerstand von 100 Ohm und eine Kapazität von 2.2µF. Geht aber auch mit 10 Ohm und 22µF. Wäre sowas dann ohne OP machbar? Alternativ: Kann man einen OP direkt aus einer 24V Netzteilspannung versorgen? Ich habe da schöne single Supply OPs gefunden. Von der Spannung her kein Problem. Aber wie reagiert der OP auf Schwankungen der Versorgungsspannungen? Nach meinem Verständnis sollte das nicht weiter von Belang sein, solange ich genügend Luft nach oben habe, oder? Habe eine +/- 10V Signal. Wenn ich den Single Supply OP mit +24V und GND verbinde, sollte das doch dann funktionieren, oder?
Markus M. schrieb: >>> Ich habe inzwischen in Erfahrung bringen können, dass die >>> Motorsteuerung den Wert alle 2ms aktualisiert (500 Hz). Wenn du alle 2ms einen neuen Wert bekommst, dann reicht es aus, alle 2ms neu abzutasten. > Also würde ich dazu tendieren mit 1.5kHz-2kHz abzutasten. Du kannst natürlich auch überabtasten und mit einem Mittelwert arbeiten... Übrigens: warum willst du überhaupt filtern, wenn dir die maximale Signalfrequenz bekannt ist? BTW: > Wäre sowas dann ohne OP machbar? Du willst hier offenbar irgendwelche Detailprobleme lösen, ohne das Gesamtsystem aureichend spezifiziert zu haben. Lothar Miller schrieb: > Dann mußt du die Strecke nachbilden und nicht irgendwas "herumraten". ...du hast da evtl. auch noch irgendwelche Totzeiten mit drin...
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