Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Audio Spektrum Analysator


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von Evenda (Gast)


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Einen wunderschönen guten Abend,

angeregt durch diverse Threads hier im Forum beschäftige ich mich 
gedanklich mit der Messung von Rauschen in Schaltungen. Dabei frage ich 
mich, warum es noch kein Projekt eines Rauschmessplatzes mit moderen 
Möglichkeiten gibt. Eine Recherche hat ADCs wie den AD7762, AD7763, 
AD7764 mit 24Bit hervor gebracht, mit denen prinzipiell eine Messung von 
DC bis 162.5kHz / 325kHz möglich sein sollte. Etwas analoge und 
intelligent durchdachte rauscharme Schaltungstechnik am Eingang 
vorrausgesetzt könnte da doch ein gattiges Messgerät herausfallen, die 
einer Soundkarte deutlich überlegen ist? Was denkt ihr darüber? Ich 
würde gerne mit euch auch konzeptionell darüber diskutieren.

Mit freundlichen Grüßen, Evenda

von narf (Gast)


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Inwieweit reicht denn die Soundkarte nicht und wer soll das wofür 
brauchen?

von oszi40 (Gast)


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-Ob eine Soundkarte bis >160 kHz brauchbar ist? Zweifel

-Meine Ohren haben in jungen Jahren kaum 18kHz erreicht. Welcher 
Genießer hört das noch? Da bin ich eher Schukostecker aus purem Gold.

-Es bleibt die Frage wozu?

von Ulrich (Gast)


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Für eine reine Rauschmessung braucht man in der Regel gar keinen AD 
Wandler mit hoher Auflösung - da würde auch 12 Bit schon recht weit 
reichen, wenn man davor die Verstärkung anpasst und ggf. analog grob 
filtert um so etwa wie 50 Hz oder das gröbste 1/f Rauschen raus zu 
halten. Für mehr als 16 Bit Auflösung besteht eher wenig Bedarf - vor 
allem nicht für eine Rauschmessung.

Interessant sind solche Wandler für so etwas wie einen digitalen 
Lockin-verstärker. Da macht die hohe Auflösung Sinn, wenn ein sehr 
starkes Störsignal vorliegt. Für ein eher universelles Messgerät würde 
ich da aber eher zu 16 Bit und höherer Geschwindigkeit tendieren.

von narf (Gast)


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So oder so: die Frage ist: was genau soll gemessen werden?

von Hans (Gast)


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oszi40 schrieb:
> -Meine Ohren haben in jungen Jahren kaum 18kHz erreicht. Welcher
>
> Genießer hört das noch?

Wenn in einem Audiosignal Frequenzen > 20k-hz enthalten sind, führt das 
in Verstärkern zur nutzlosen Leistungsaufnahme und an Filtern und  in 
Lautsprechern etc zu Spiegelfrequenzen und damit doch wieder zu hörbaren 
Frequenzen, wenn sie nicht als Ultraschall abgespielt werden und das 
Gehör belasten.

von Evenda (Gast)


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Liebe Diskussionsrunde,

um diese Zeit doch noch so viele Meldungen, ich bin überrascht.
Es geht um Messungen des Rauschens von Schaltungen und Bauelementen, 
welcher Art das Rauschen ist sei mal dahingestellt, vornehmlich aber 
sowas wie 1/f-Rauschen, Flicker und Popcornrauschen etc.
Die Soundkarte als Messplatz hat zwar einen großen Dynamikbereich, 
jedoch einen nach unten und oben hin reduzierten Frequenzbereich und 
darüber hinaus muss sie erst aufwendig eingemessen werden. Zudem 
entscheidet die Soundkarte letztlich darüber was möglich ist. Gute 
Soundkarten sind teuer, daher lohnt doch schon fast ein echtes 
Messsystem, eventuell sogar als Standalone-Gerät mit TFT-Display.
Das Topic ist zugegebenermaßen vielleicht etwas irreführen, aber 
letztlich trifft es doch ein Stück weit auch den Kern der Sache.
Spektrumanalysatoren decken nur selten auch den tiefen LF-Bereich ab und 
sind ebenfalls sehr teuer in der Anschaffung, zumeist aber auch 
vollkommen zu viel für die angestrebte Anwendung.
Die Idee ist daher mit modernen Methoden ein entsprechendes Messsystem 
zu realisieren, die Auswertung kann getrost nach der Messung am PC 
erfolgen. In den meisten Fällen wird sowas wie Matlab oder Octave 
erwähnt. Letzteres ist sogar kostenlos.
Rauschmessplätze wie sie früher aufgebaut wurden (Drehspulinstrumente 
als Anzeige etc. pp) halte ich für wenig zeitgemäß. Moderne Äquivalente 
scheint es nicht zu geben. Man möge mich korrigieren falls ich falsch 
liege, aber zumindest bisher habe ich zu der Thematik an Messtechnik 
wenig gefunden.
Daher bewegt mich die einfache Frage, wie man mit heutigen Mitteln (PC 
und PC-Software, AD-Umsetzer etc.) und Methoden im Hobbybereich einen 
vernünftigen Rauschmessplatz aufbauen könnte.
Sicherlich kann man das Rauschen verstärken und auf einem Oszilloskop 
darstellen, aber auch das halte ich für keine saubere Lösung, da 
entweder die Oszilloskope nur über bedingte Funktionen verfügen (max. 
noch FFT, PSD fehlt aber wieder) selbst schon wieder heftig rauschen und 
über entsprechende ADCs samt Speicher verfügen müssen (bspw. 200kS auch 
bei der Zeitablenkung von 10s auf der Bildschirm, um den Bereich 0.1Hz - 
100kHz mit einer Messung abdecken zu können). Das schaffen Oszilloskope 
im unteren Preissegment auch wieder nicht. Also muss ein teures 
Midrange-Osilloskop her.
Kennt jemand zufällig ein mit Hobbymitteln bezahlbares Messsystem, dass 
solche Messungen zulässt? Vielleicht auch einen Link zu einem Projekt, 
wo etwas vergleichbares aufgebaut worden ist?
Ich freue mich auf eine weitere Diskussion mit euch.

Mit freundlichen Grüßen, Evenda

von Etrick (Gast)


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Du kennst dich doch spitzenmäßig aus. Entwirf doch einfach die 
entsprechende Schaltung...

von Ulrich (Gast)


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Wenn es wirklich billig werden soll, gibt es angeblich Soundkarten wo 
man nachträglich die AC-Kopplung entfernen kann. Damit kommt man dann 
auch zu deutlich niedrigeren Frequenzen.  Das nachmessen der Sondkarte 
sollte nicht so aufwendig sein. Im Breich von etwa 1 kHz - 10 kHz 
sollten auch einfache Soundkarten recht exakt sein, vermutlich besser 
als so manches Oszilloskop. Zu den niedrigen Frequenz ist es nicht 
schwer ein exaktes Rechecksignal als Referenz herzustellen - schon ein 
74HC14 reicht da. Aufwendig, aber auch mehr eine Fleißsache als 
komliziert, wird das nachmessen ggf. nur wenn man die variabel 
Verstärkung am Eingang der Soundkarte Nutzen will - hier ist das 
nachmesser vermutlich einfacher als selber einen variabeln Verstärker 
aufzubauen und des ggf. noch nachzumessen.

Sonst gibt es auch fertige Messkarte für den PC mit 16 Bit Wandler, aber 
halt meist nicht so günstig. Mit knapp 500 EUR kommt man da auch bis 500 
KSPS. Da fehlt dann eigentlich nur eine Verstärkung davor, und halt die 
Software.

von Das Wort zum 3. Advent (Gast)


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Evenda schrieb:
> daher lohnt doch schon fast ein echtes
> Messsystem

Demnach also nicht.

Ulrich schrieb:
> gibt es angeblich Soundkarten wo
> man nachträglich die AC-Kopplung entfernen kann. Damit kommt man dann
> auch zu deutlich niedrigeren Frequenzen.

1/MTBF, um genau zu sein.

von branadic (Gast)


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Ulrich schrieb:
> Wenn es wirklich billig werden soll, gibt es angeblich Soundkarten wo
> man nachträglich die AC-Kopplung entfernen kann. Damit kommt man dann
> auch zu deutlich niedrigeren Frequenzen.

Irgendwie erweckt das den Eindruck eines Mythos. Zudem scheint das auch 
noch eine Frage des verwendeten Treibers zu sein. Kannst du das mit 
konkreten Bezeichnungen entmythisieren?

Ulrich schrieb:
> Im Breich von etwa 1 kHz - 10 kHz
> sollten auch einfache Soundkarten recht exakt sein, vermutlich besser
> als so manches Oszilloskop.

Was ist schon eine Dekade, wenn man den Bereich von 0.1Hz - 100kHz 
messen möchte?

Ulrich schrieb:
> Aufwendig, aber auch mehr eine Fleißsache als
> komliziert, wird das nachmessen ggf. nur wenn man die variabel
> Verstärkung am Eingang der Soundkarte Nutzen will - hier ist das
> nachmesser vermutlich einfacher als selber einen variabeln Verstärker
> aufzubauen und des ggf. noch nachzumessen.

Und das macht man, weil alle möglichen Programme auf die Soundkarte und 
die Lautstärkeregelung Einfluss nehmen, jedes mal erneut wenn man messen 
möchte?
Ich kann die Nachfrage nach einem modernen Rauschmessplatz gut 
nachvollziehen. Mich würde soetwas auch interessieren, da ich aber 
bisher ebenfalls nicht fündig geworden bin begnüge ich mich vorerst mit 
der Verstärker+Bandpass+DSO-Variante, wenngleich ich davon ob der 
genannten Ansprüche an das DSO wenig begeistert bin.

Ulrich schrieb:
> Sonst gibt es auch fertige Messkarte für den PC mit 16 Bit Wandler, aber
> halt meist nicht so günstig. Mit knapp 500 EUR kommt man da auch bis 500
> KSPS. Da fehlt dann eigentlich nur eine Verstärkung davor, und halt die
> Software.

Wir haben auch diverse DAQ-Geräte. Die Qualität ist aber alles andere 
als erfreulich und das trotz vierstelligen Anschaffungskosten. Netzbrumm 
ist quasi immer auf dem Messsignalen zu sehen, da man Erdschleifen gar 
nicht verhindern kann. Die Kalibrierung solche DAQ-Boxen erfordert zudem 
noch eine genaue Spannungsreferenz, die traurigerweise noch nicht einmal 
eingebaut ist. Da sind irgendwas um die 2,xxxV gefordert.
Aber was will man auch von einer Box mit zig Analog- und 
Digitaleingängen erwarten? Und dann diese unmögliche Bedienung auf Basis 
von LabView, damit werde ich mich auch nie anfreunden können, eine 
wirklich katastrophale Entwicklungsumgebung. Aber das ist ja hier nicht 
das Thema.
Für eine Rauschmessung reicht dagegen ja ein einzelner Analogeingang 
aus, mit einem selbst rauscharmen Eingangsverstärker. Also wenn da 
jemand etwas wirklich brauchbares kennen sollte mit >200kS und hohem 
Dynamikbereich dann wäre auch ich für Links dankbar. Vorraussetzung 
wäre, dass es sich um keine Einbaukarte für einen Desktop-PC handelt.

branadic

von Ulrich (Gast)


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Hinsichtlich nutzen einer Soundkarte auch für DC gab es hier im Forum 
schon einiges, z.B. hier:
Beitrag "Basteltip USB / Oszi"


Für eine Rauschmessung muss man es mit der Kalibrierung auch nicht 
übertreiben. Es ist da eher selten das man den Absolutwert des Rauschen 
auf besser als 10% genau haben muss. Eine höhere Auflösung um auch 
kleine Anteile zu messen hilft schon, braucht aber keine Kalibrierung. 
Auch den Frequenzgang der Eingangstufe muss man, wenn überhaupt, nur 
einmal (ggf. für jede Verstärkung extra) messen. Das Eigenrauschen des 
Systems kann da schon kritischer sein, wenn man ganz dicht an die 
Grenzen des Systems kommt. Dann muss man es ggf. direkt vor/nach der 
Messung nochmal machen. So oft wird das aber eher nicht vorkommen.

Für einen hohen Dynamikbereich würde ich auch keine Karte im PC haben 
wollen, aber für die reine Rauschmessung braucht man eigentlich keine 
hohe Dynamik. Vielfach reicht da eigentlich auch noch die alte Lösung 
mit Filtern, Gleichrichter und Zeigerinstrument, wenn man die einmal 
kalibiert hat.

von branadic (Gast)


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Ulrich schrieb:
> Für einen hohen Dynamikbereich würde ich auch keine Karte im PC haben
> wollen, aber für die reine Rauschmessung braucht man eigentlich keine
> hohe Dynamik. Vielfach reicht da eigentlich auch noch die alte Lösung
> mit Filtern, Gleichrichter und Zeigerinstrument, wenn man die einmal
> kalibiert hat.

Zu Zeiten des Internets und Datenaustausches, der Dokumentation von 
Messungen für die Nachwelt sind Zeigerinstrumente sicherlich nicht das 
Mittel der Wahl. Ich ärger mich auch immer, wenn ich wieder mal Photos 
vom Bildschirm des Analogoszis machen muss, um etwas dokumentieren zu 
können. Nachträglich irgendwelche Informationen noch heraus zu holen ist 
auch nicht möglich, da keine Daten gespeichert werden können. Ein Wert 
der Rauschspannung bspw. in Vpp sagt noch nichts über die Verteilung 
aus. Daher kann ich die Frage des TO durchaus nachvollziehen.
Letztlich könnte der Thread auch einfach heißen "NF-Spektrum Analysator 
für den Frequenzbereich von DC bis ≥100kHz" und auch dann würde man am 
Markt nicht wirklich fündig werden, außer gebrauchten Gerätschaften. 
Tatsächlich scheint hier noch Entwicklungspotential zu bestehen und die 
Rauschmessungen würden damit auch abgedeckt. Mit den genannten ADCs wäre 
da sicherlich etwas interessantes denkbar, dass einer Soundkarte in 
jedweder Hinsicht deutlich überlegen ist.
Schade, dass es da nichts zu geben scheint, ich hätte da auch Bedarf.

branadic

von Etwas teuer (Gast)


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branadic schrieb:
> Letztlich könnte der Thread auch einfach heißen "NF-Spektrum Analysator
> für den Frequenzbereich von DC bis ≥100kHz" und auch dann würde man am
> Markt nicht wirklich fündig werden, außer gebrauchten Gerätschaften.

Hallo,

ich habe mal kurz die Suchmaschine angeworfen. Es gibt schon etwas in
dem Bereich. Ist aber für den Hobbybereich zu teuer:

SPECTRAN NF RSA 5000 Ultraweiter Messbereich (1Hz - 30MHz)
  http://www.aaronia.de/produkte/spectrum-analyzer/Rack-Spectrum-Analyser-NF-RSA/#details

Oder alles im robusten Notebook:
SPECTRAN NF-XFR (Militär-Standard Outdoor Spectrum Analyzer)
1Hz bis 20MHz (30MHz)
  http://www.aaronia.de/produkte/spectrum-analyzer/Outdoor-Spectrum-Analyzer-NF-XFR/

Oder von Stanford Research (über R&S):
Rohde & Schwarz SR785 Spectrum Analyzer FFT, 100 kHz
DC to 102.4 kHz bandwidth
  http://www.atecorp.com/equipment/rohdeschwarz/SR785.asp
  http://www2.rohde-schwarz.com/en/products/test_and_measurement/spectrum_analysis/Stanford_SR785-|-Key_Facts-|-4-|-1232.html

von branadic (Gast)


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Von den Spectran hat man bisher, unter anderem auch hier im Forum, wenig 
Gutes gehört. Daher lass ich persönlich die Finger von deren Geräten, 
vielleicht auch zu Unrecht.
Der SR785 dürfte, auch wenn er sicherlich gut ist und genau die 
Anforderungen trifft, außerhalb dessen sein was eine Hobbykasse hergibt.

branadic

von a freak (Gast)


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branadic schrieb:
> ich hätte da auch Bedarf.

Nenne doch mal ein paar Eckdaten.

von branadic (Gast)


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a freak schrieb:
> Nenne doch mal ein paar Eckdaten.

Der SR785 (in der Bucht gerade für ~6k€ zu erstehen) trifft im Prinzip 
schon genau das, was auch für mich interessant wäre, allerdings würde 
mir ein einzelner Eingang vollkommen ausreichen. Es dürfte auch eine Art 
USB-Vorschaltgerät sein:

· ≤0.1Hz bis ≥100 kHz (Bandbreite frei wählbar)
· Aufnahmelänge ≥10s
· ≥90 dB dynamischer Bereich (daher finde auch ich den AD7763 äußerst 
interessant)
· 1 MΩ Eingangsimpedanz
· mindestens serielle Schnittstelle zur Datenanalyse am PC (auch ich bin 
ein Freund von Octave)

optional als Standalone-Gerät
· verschiedene Spektren (FFT, PSD etc.)
· Histogramm
· eine Art Phosphor-Modus wäre großartig, bei dem man noch eine 
Intensitätsverteilung mehrerer Messungen übereinander derdarstellen kann
· Umrechnung in verschiedene Einheiten (V, V², V²/Hz, V/√Hz)
· lineare und logarithmische Darstellung, Betrag, Phase, Realteil, 
Imaginärteil
· bei einem externen LCD Screen-Splitting auf dem in vier Bereichen 
verschiedene frei wählbare Darstellungen angezeigt werden können

Ich denke vom Funktionsumfang könnten einem da im Laufe der Entstehung 
eine ganze Reihe an sinnvollen Funktionen einfallen, die Geräte wie der 
genannte SR785 mit sich bringen.

branadic

von a freak (Gast)


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branadic schrieb:
> Der SR785 (in der Bucht gerade für ~6k€ zu erstehen) trifft im Prinzip
> schon genau das, was auch für mich interessant wäre, allerdings würde
> mir ein einzelner Eingang vollkommen ausreichen.

Ich würde da eher zu einem dScope III raten, aber - nun gut ;)

===

Mit Eckdaten meinte ich eher:
Was möchtest Du in welchen Größenordnungen messen?

Rauschen eines RIAA-Vorverstärkers oder das einer Ni-Cd Zelle?
Willst Du da eine 500W D-Endstufe dranhängen oder ne 1V Referenz?

von branadic (Gast)


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> Mit Eckdaten meinte ich eher:
> Was möchtest Du in welchen Größenordnungen messen?
>
> Rauschen eines RIAA-Vorverstärkers oder das einer Ni-Cd Zelle?
> Willst Du da eine 500W D-Endstufe dranhängen oder ne 1V Referenz?

Mir geht es derzeit vornehmlich um Rauschen von Bauelementen für einen 
LNA, bei denen die Angabe im Datenblatt fehlt.

branadic

von a freak (Gast)


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branadic schrieb:
> Mir geht es derzeit vornehmlich um Rauschen von Bauelementen für einen
> LNA, bei denen die Angabe im Datenblatt fehlt.

Ich dachte wir reden hier über k- und nicht M-/GHz ;)
Da kann ich Dir nicht helfen...

von branadic (Gast)


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a freak schrieb:
> Ich dachte wir reden hier über k- und nicht M-/GHz ;)
> Da kann ich Dir nicht helfen..

Es geht doch auch Hz bis kHz, niemand hat je etwas anderes behauptet. Es 
soll das 1/f-Rauschen von aktiven Bauelementen für einen LNA gemessen 
werden. DUTs sind bspw. verschiedene JFETs, HJFETs etc.

branadic

von Ulrich (Gast)


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Für das 1/f rauschen vor FETs sollte auch die Soundkarte mit einem 
geeigneten Vorverstärker ausreichen. Auch wenn da ggf. der Bereich um 
100 kHz am meisten stört, kann auch aus der Messung bei 20 kHz und 
darunter schon ganz gut sehen wie viel 1/f Rauschen man hat.

Sinnvoll wäre so ein schneller hochauflösender AD Wandler schon als eine 
Art Transientenrecorder / Digital Scope für eher niedrige Frequenzen und 
dafür deutlich höhere vertikale Auflösung. Machen könnte man damit über 
Software im PC einiges, wie: Rauschmessung, Klirrfaktormessung, 
Spekrumanalyse im NF, als Lockin-verstärker (mit 2. Eingang), als 
Datenrecorder für eher langsame Vorgänge (z.B. Drift).

von branadic (Gast)


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Ulrich schrieb:
> Für das 1/f rauschen vor FETs sollte auch die Soundkarte mit einem
> geeigneten Vorverstärker ausreichen.

Ich werde meine Soundkarte nicht als Messmittel einsetzen, das habe ich 
doch schon in aller Deutlichkeit zum Ausdruck gebracht.

Ulrich schrieb:
> Sinnvoll wäre so ein schneller hochauflösender AD Wandler schon als eine
> Art Transientenrecorder / Digital Scope für eher niedrige Frequenzen und
> dafür deutlich höhere vertikale Auflösung. Machen könnte man damit über
> Software im PC einiges, wie: Rauschmessung, Klirrfaktormessung,
> Spekrumanalyse im NF, als Lockin-verstärker (mit 2. Eingang), als
> Datenrecorder für eher langsame Vorgänge (z.B. Drift).

Genau das denke ich ja eben auch und da ist der AD7763 sicherlich nicht 
die schlechteste Wahl. Die Frage wäre, mit welchem Aufwand ein 
Livestream zum PC bei voller Abtastrate realisiert werden kann und was 
sonst noch an Hardware spendiert werden müsste.
Schätzungsweise scheitert eine solche Gemeinschaftsentwicklung aber 
wieder an den notwendigen Mitstreitern.

branadic

von Jörg (Gast)


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branadic schrieb:
> Von den Spectran hat man bisher, unter anderem auch hier im Forum, wenig
> Gutes gehört. Daher lass ich persönlich die Finger von deren Geräten,
> vielleicht auch zu Unrecht.
Also wir haben den NF-5030 von Aaronia im Einsatz (ähnlich dem RSA 5000) 
und ich kann nur Gutes berichten (Untersuchung von LED 
Schaltnetzteilen). Für 700 Euro (inkl. Option 005) ist das kaum zu 
schlagen und Du hast ja 30 Tage Rückgaberecht, daher auch kein Risiko 
:-)

von branadic (Gast)


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Jörg schrieb:
> Also wir haben den NF-5030 von Aaronia im Einsatz

Mit "wir" meinst du sicherlich die Firma in der du arbeitest? Eine 
solche Investition belastet die Hobbykasse in nicht unerheblichem Maße. 
Und jede zusätzliche Option lässt man sich auch ganz sportlich bezahlen.

branadic

von Jörg (Gast)


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Da liegst Du sicherlich richtig, ist halt immer eine Frage des Budgets 
und was es können soll.

von Ulrich (Gast)


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Wenn man so eine Hardware selber aufbauen will, wird man neben dem AD 
Wandler noch einen stabilen Takt (Sigma delta Wandler brauchen geringen 
Jitter), eine Verstärkerstufe davor und einen µC oder ähnliches 
brauchen, um die Daten entweder direkt zum PC zu schicken oder erst mal 
zwischenzuspeichern. Je nach Anwendung wäre ein 2. Kanal, ggf. auch mit 
weniger Auflösung sinnvoll.

Um die Daten direkt weiterzuleiten bräuchte man wohl schon so etwas wie 
USB2.0 oder 100 MBit Ethernet und trotzdem etwas Puffer. Müsste man mal 
sehen ob da ggf. so etwas wie ein STM32F4 schon ausreicht. Zum Speichern 
braucht es halt viel RAM und eine nicht zu langsame Schnittstelle.

Die Verstärkung vor dem AD Wandler wird meiner Ansicht nach gar nicht so 
Aufwendig und muss auch nicht so variabel sein, denn der AD Wandler hat 
sehr viel Dynamik. Man braucht also keine feinen 1:2:5 Stufen, und ganz 
viel Verstärkung kann man auch nicht gebrauchen, denn zwischen maximaler 
Amplitude und der Grenze durch einen Rauscharmen Verstärker wird kaum 
mehr als ein Faktor 10 liegen.

Die Herausforderung wird es sein Störungen vom Digitalteil in den 
Analogteil zu vermeiden. Schon bei 16 Bit und der Geschwindigkeit ist 
das nicht einfach. Einfach den AD direkt an ein µC Developer Board wird 
also kaum gut werden.

Für mich stellt sich die Frage, ob es sich lohnt für die eher selten 
gebrauchte Verbesserung von 16 Bit und 48 KSPS von der Soundkarte. Auf 
vielleicht 4 Bit mehr effektive Auflösung und eine 5-10 mal höhere 
Bandbreite. Ich würde erst mal sehen wie das mit eine Soundkarte (ggf. 
per USB) ohne die Begrenzung zu niedrigen Frequenzen ist. Wenn man dann 
ein gute Software dafür hat, könnte eine bessere HW interessant werden. 
Wobei ich da eher zu mehr Bandbreite als mehr Auflösung tendieren würde.

von j. c. (jesuschristus)


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Hier, kauft Euch sowas und verstärkt das Signal in geeigneter Weise vor, 
um den Dynamikbereich anzupassen:
http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/de/nid/203223

Alles andere wird doch eh nur wieder Henne/Ei-Problem: kommt das 
Rauschen aus dem Messgerät? Erdschleifen? Weiß der Geier?
Solange es keine exakt definierte Anwendung gibt, die gemessen werden 
soll, sind solche Aufbauten doch sinnlos. Niemand in der Industrie käme 
auf die Idee, in einem Rauschmessplatz einen Vorverstärker durch einen 
überpowerten ADC zu ersetzen.

von Andreas (Gast)


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Ja klar und Software muss man auch noch extra kaufen so liegst du 
mindestens bei 2000-4000 Euronen, vergiss es, viel zu teuer...

von branadic (Gast)


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Andreas schrieb:
> viel zu teuer...

Das sehe ich ganz genauso, schließlich ist National Instruments ja 
überall für HighEnd-Equipment zu LowCost-Preisen bekannt. Nett das mal 
gesehen zu haben, leider wenig interessant.
Bevor noch jemand den HP 4195A erwähnt, ebenfalls ein nettes Messgerät, 
aber ein Messgerät in der Größe einer Mikrowelle kann ich ebenfalls 
nicht gebrauchen.

branadic

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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Für einen sehr großen Dynamikumfang würde ich auf Brummschleifen achten. 
Die alten Niederfrequenz-Spektrumanalyzer von HP waren auch mit Akku 
betreibbar, um sie von vornherein auszuschließen.

Es gibt von ELV zwei ADC und DAC Bausätze mit Stereo 24-Bit Wandlern und 
optischer TOSLINK Schnittstelle, ich meine 192 kHz Samplerate. Die 
könnte man dann noch beide mit Batterien versorgen, dann gäbe es keine 
Chance für Brummschleifen mehr.

von Ulrich (Gast)


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Bei einer Rauschmessung stellt sich das Henne-Ei Problem eigentlich 
nicht, denn man kann und muss gelegentlich das Rauschen des Messgeräts 
selber nachmessen. Das ist aber eigentlich keine Problem, denn das 
Rauschen eines 50 Ohm Widerstandes ist genügend genau bekannt. 
Erdschleifen bringen in der Regel kein Rauschen sondern eher 50 Hz/ 100 
Hz Störungen.

Ich stimme aber völlig zu das man für eine Rauschmessung keine so hohe 
Auflösung des AD Wandlers braucht. Ich habe das auch schon mal mit nur 8 
Bit Auflösung gemacht - das geht geht auch, wenn man die Verstärkung 
einstellt. Von daher tut es auch ein "normales" DSO. Für den NF Bereich 
braucht man da ggf. einen extra Vorverstärker, falls das DSO selber viel 
1/f Rauschen hat.

von branadic (Gast)


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Ulrich schrieb:
> Ich stimme aber völlig zu das man für eine Rauschmessung keine so hohe
> Auflösung des AD Wandlers braucht. Ich habe das auch schon mal mit nur 8
> Bit Auflösung gemacht - das geht geht auch, wenn man die Verstärkung
> einstellt. Von daher tut es auch ein "normales" DSO.

Der bandbegrenzende Vorverstärker (10Hz - 100kHz) ist nicht mal das 
Problem (AN83 von LT), viel größer ist das bereits genannte Problem DSO, 
dass genügend Speicher mitbringen muss, um mit 200kS auch >1s lang 
sampeln zu können. Selbst wenn der Speicher ausreichend ist ist nicht 
gesagt, dass das Scope dann auch wirklich mit 200kS und nicht deutlich 
reduzierter Abtastrate sampelt.
Ich habe das Welec hier daheim, dass hat aber gerade einmal 4k Speicher 
bei den kleinen Zeitbasen und die reichen nicht. Mehrfachmessungen in 
verschiedenen Zeitbasen möchte ich persönlich möglichst vermeiden.

branadic

von Ulrich (Gast)


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Wenn man wenig Speicher hat, muss man halt doch mehrfach messen, wenn 
man einen so großen Bereich abdecken will. So ganz viele Messungen 
braucht man da nicht. Auch mit den nur 4 K Punken sollte man 2 Dekanden 
Abdecken können. Das wären dann für 1 Hz - 1 MHz auch nur 3 Bereiche. 
Bei der eher geringen Auflösung am DSO wird man aber ggf. nicht um noch 
je eine Messung des Eigenrauschens herum kommen.

Nur um das 1/f-Rauschen abzuschätzen, reicht vermutlich sogar eine 
einzige Messung im mittleren Bereich( z.B. 100 Hz- 10 kHz). Zu höheren 
Frequenzen kann man ggf. noch etwas extrapolieren wenn man etwa weiß wo 
der Breitbandige Rauschuntergrund liegt.

Bei der teils eher gemütlichen Datenübertragung vom DSO zum PC, können 
viele (im 1 M Bereich) Punkte auch relativ lange dauern. Und für 1 M 
Punkte hat man auch nicht unbedingt eine FFT Software.

von branadic (Gast)


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Dann führe ich die Ausrede mal noch weiter fort ;)
Derzeit ist die kleinste Vertikalablenkung am Welec 10mV/div und nach 
dem Umbau auf die neue Eingangsstufe sind noch nicht alle Funktionen 
wieder gegeben.
Ungeachtet der Ausreden bleibe ich dabei, ein NF-DSO/Spektrumanalyser 
oder wie immer man das Kind nennen möchte, mit ausreichend viel Speicher 
und PC-Anbindung wäre wünschenswert. Schade das es das nur im 
hochpreisigen Segment zu geben scheint. Je öfter ich mir den SR785 
anschaue, desto mehr bedauere ich den hohen Preis und desto mehr wünsche 
ich mir ein solches Gerät mit aktuellen Möglichkeiten (kleines Gerät mit 
farbigem LCD). Hat zufällig jemand Schaltpläne zu dem Gerät?

Für die Auswertung von vielen Messpunkten eigen sich doch Programme wie 
Octave oder Matlab, sofern man darin fit ist.

branadic

von Frank K. (frank)


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Nun, prinzipiell habe ich das hier Diskutierte vor ein paar Wochen 
angefangen zu bauen. Allerdings möchte ich das Spektrum eines Signales 
im Bereich DC-100kHz sehen. Das alles sollte nicht zu teuer sein (~200€ 
max.)

Im Prinzip ist mein Aufbau eine AD7764 --> Spartan3 FPGA --> USB2.0 MAC 
Kette, basierend auf einem TE140+TE143 Modul von Trenz Eletronic plus 
Zusatzschaltung für den ADC.

Basis für das USB Interface ist das: http://jorisvr.nl/usb/
PC Software Basis ist das hier: 
http://www.phy.uct.ac.za/courses/python/examples/moreexamples.html#oscilloscope-and-spectrum-analyser

Derzeit habe ich das FPGA soweit dass es ein Sägezahnsignal an den PC 
überträgt und dieser selbiges per FFT als Spektrum anzeigt (Echtzeit - 
nennen wir es mal Auto-Refresh). Als nächstes werde ich da mal den ADC 
anschließen, und das FPGA so erweitern dass es die Daten von dort 
abholt. Das wird erst mal ein Laboraufbau, mal sehen wie gut/schlecht es 
dann funktioniert.

Warum FPGA und nicht MCU? Ich wollte damit mal experimentieren.

Hat noch jemand Interesse an diesem Projekt weiter zu arbeiten?

Gruß,
Frank

von branadic (Gast)


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Frank K. schrieb:
> Hat noch jemand Interesse an diesem Projekt weiter zu arbeiten?

Interesse am Projekt habe ich schon, allerdings ist eine Lösung mit FPGA 
etwas Overkill, auch nicht gerade günstig und eine µC-Lösung wäre der 
schönere Ansatz. Deine Gründe kann ich jedoch durchaus nachvollziehen. 
Eine Kompaktlösung wäre erstrebenswert.

branadic

von Frank K. (frank)


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branadic schrieb:
> Interesse am Projekt habe ich schon, allerdings ist eine Lösung mit FPGA
> etwas Overkill, auch nicht gerade günstig und eine µC-Lösung wäre der
> schönere Ansatz. Deine Gründe kann ich jedoch durchaus nachvollziehen.
> Eine Kompaktlösung wäre erstrebenswert.

Ich denke dass eine MCU Lösung sich von der FPGA Lösung preislich nicht 
groß unterscheidet. Wenn man ein USB Interface benötigt dann sollte der 
mindestens ein Full Speed Interface haben, er werden ~7,5 MBit/s 
benötigt bei 300ksps@24 Bit. Da wird der MCU schon etwas "grösser" also 
auch teurer sein, oder es wird ein externer USB Baustein benötigt. Ein 
Spartan3 FPGA ist jetzt nicht so overkill, die sind noch recht 
schnuckelig. Einzig die Gehäuseformen sind ein wenig unpraktisch für den 
Hobby Bereich.

Gruß,
Frank

von branandic (Gast)


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Für große MCUs gibt es in aller Regel auch kleine billige Dev-Boards aus 
Fernost, wenn nicht mit separatem Speicher, dann zumindest mit einer 
entsprechend schnellen Schnittstelle um Speicher nachrüsten zu können. 
Ich habe bspw. noch zwei nette STM32-Boards mit 3,2" LCD zu liegen, auch 
Fernost-Ware, aber unschlagbar im Preis. Soetwas geht schon sehr in 
Richtung kleines USB-Vorschaltgerät mit einfacher Menuführung auf einem 
Touch-Display. Dem noch ein entsprechendes Breakoutboard mit den 
benötigten Komponenten spendiert und fertig wäre das Kompaktgerät.

branadic

von Frank K. (frank)


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Hast Du weitere Infos zu den Boards? Link?

Gruß,
Frank

von branadic (Gast)


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Keine Ahnung ob sich das mit dem realisieren lässt, aber ich habe bspw. 
diese hier: 200606118466

branadic

von Ulrich (Gast)


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Im Prinzip könnte das genannte µC Baord ausreichen. Ich weiß aber nicht 
wie viel am PC von den 12 MBit/s auch wirklich durchgängig zu nutzen 
sind. So ganz viel RAM als Puffer hat der µC ja nicht.

Den µC Teil sehe ich aber auch nicht als so dringend an. Für den Anfang 
könnte man auch mit dem Teil von ELV anfangen - geht auch immerhin bis 
192 kHz, und der Rauschabstand reicht für die meisten Fälle auch aus. 
Die Software ist da schon die größere Baustelle, die Wahl der 
Datenquelle (AD7862..4 + µC,AD7862..4 + FPGA, ELV ADA24, ggf. 
Soundkarte) ist da das kleinere Problem und könnte auch flexibel sein.
An Hardware braucht man dann ggf. noch was für den Eingang. Wobei man 
wegen der schon hohen Dynamik gar nicht mehr so viel an Verstärkung 
umzuschalten ist.

von branadic (Gast)


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Nach dieser Aussage:

Christoph Kessler (db1uq) schrieb:
> Es gibt von ELV zwei ADC und DAC Bausätze mit Stereo 24-Bit Wandlern und
> optischer TOSLINK Schnittstelle, ich meine 192 kHz Samplerate.

hatte ich mal nach dem Teil gesucht, aber nichts gefunden, kein Wunder, 
ist ja auch nicht unter Bausätze geführt. Jetzt habe ich mir dank des 
Hinweises das Teil mal angeschaut:

http://www.elv.de/output/controller.aspx?cid=74&detail=10&detail2=14798

Viele Informationen werden ja nicht geliefert. Sind die zur Verfügung 
stehenden Schnittstellen nicht etwas sehr speziell? An meinem Netbook 
sind weder ein optischer noch ein koaxialer S/PDIF-Datenausgang 
vorhanden.

branadic

von Frank K. (frank)


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branadic schrieb:
> Viele Informationen werden ja nicht geliefert. Sind die zur Verfügung
> stehenden Schnittstellen nicht etwas sehr speziell? An meinem Netbook
> sind weder ein optischer noch ein koaxialer S/PDIF-Datenausgang
> vorhanden.

Es scheint mit dem Teil auch ELV Typisch zu sein, wie mit vielen 
Bausätzen von denen. Die interessanten ICs tragen entweder eine ELV 
eigene Typnummer oder gar keine Aufschrift. So ist es schwierig 
herauszufinden was die da einsetzen. Die beiden Chinch Eingänge sind 
wohl genau die Eingänge die benötigt wären. Allerdings nur bis 67KHz 
max. Eingangsfrequenz.

Ein Makel hat das Teil, es ist self powered, man benötigt ein Netzteil.

Kennt jemand eine Möglichkeit USB Geräte galvanisch zu isolieren? Also 
so was wie ein Repeater mit galv. Trennung?

Gruß,
Frank

von Ulrich (Gast)


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Das man beim ELV Teil eine extra Spannungsversorgung braucht, hat auch 
einen Vorteil: man ist bei der Optischen Verbindung vom PC galvanisch 
getennt.

Für ein Notebook könnte es mit der TOSLINK Schnittstelle schwer werden. 
Für den Normalen PC findet man so etwas als Zusatzkarte, ggf. auch auf 
einer Soundkarte.

von Frank K. (frank)


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Ups, ich hätte genauer schauen sollen, das Ding hat ja gar keine USB 
Schnittstelle :-)

Allerdings macht das dann auch nur Sinn wenn der PC einen digitalen 
Eingang hat. Wenn nicht würde man da noch so eine UDS200 Soundkarte oder 
ähnliches benötigen.

Bei meiner FPGA Lösung habe ich die galv. Trennung zwischen FPGA und ADC 
bereits angedacht, eine USB Trennung wäre noch Flexibler, scheint es 
aber nicht so ohne Weiteres zu kaufen geben.

Gruß,
Frank

von branadic (Gast)


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Frank K. schrieb:
> Kennt jemand eine Möglichkeit USB Geräte galvanisch zu isolieren?

Analog Devices hat da etwas im Programm, ADUM3160 und ADUM4160.

Eine Lösung auf Basis von S/PDIF als Schnittstelle halte ich persönlich 
für äußerst unpraktikabel und die Zahl derer die das Projekt nachbauen 
würden reduziert sich damit noch einmal erheblich, sind es doch ohnehin 
schon sehr wenig Leute die dies tun würden.
Wieviele Leute stellen sich denn heute noch einen echten Desktop-PC hin? 
Ich selbst möchte keinen riesigen Tower mehr in meiner Wohnung zu stehen 
haben. Daher würde ich etwas auf RS232 (FT232H) oder USB2.0 bevorzugen.

branadic

von Frank K. (frank)


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Die ADUM3160 und ADUM4160 kenne ich bereits, sind allerdings auf USB 
Full-Speed begrenzt. Da ist es wohl dann doch praktischer den ADC 
galvanisch zu trennen. Allerdings sind hier auch 20MHz Clock zu 
übertragen.

Hier mal ein paar erste Bilder vom Aufbau. Es ist nur das Allernötigste 
vorhanden damit der ADC überhaupt geht. Referenzquelle, 
Eingangsbeschaltung und Referenzclock fehlen noch.

Gruß,
Frank

von Logik Level Mosfet (Gast)


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Hallo Frank K.,

wie heißen die grünen Drähte mit denen du den Chip angeschlossen hast?
Habe die schon öfter gesehen, weiß aber nicht wie die heißen.

Danke

von Frank K. (frank)


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von branadic (Gast)


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Und Frank, gibt es schon erste Erfolge vom Aufbau?
Ich nehme an du baust Huckepack auf dein FPGA-Board auf?

branadic

von Frank K. (frank)


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Die Hardware tut soweit was sie soll. 40MHz rein in den ADC, 20MHz data 
clock kommen raus, Frame sync Signal kommt auch und auf dem Datenausgang 
ist etwas Rauschen zu sehen (alles mit dem Oszi gecheckt). Das Ganze 
sitzt als Zusatzplatine auf dem FPGA Board huckepack drauf (oder 
piggyback wie es auf Neudeutsch heissen würde). Leider hat es meinen 
Rechner zerbröselt, das btrfs in OpenSuSE 12.1 ist wohl noch nicht 
soweit als dass es zuverlässig funktioniert... mal sehen wie ich am 
Wochenende Zeit habe, dann werde ich mal Versuchen "echte" Daten zu 
lesen.

von branadic (Gast)


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Frank K. schrieb:
> Allerdings möchte ich das Spektrum eines Signales
> im Bereich DC-100kHz sehen.

Was heißt bei dir eigentlich DC? Wo liegt da bei dir die untere Grenze? 
Wirst du noch eine bandbegrenzende Eingangsschaltung vorsehen?
Halt uns in jeden Fall auf dem Laufenden. Ich werde demnächst auch 
weiter an meiner Schaltung nach AN83 arbeiten. Das Routing ist 
weitestgehend abgeschlossen.


branadic

von Frank K. (frank)


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So, hat etwas gedauert, aber es geht was. Hier mal ein erste Spektrum 
aus dem ADC (offener Eingang), ich denke ich muss die Skalierung noch 
mal anschauen, den Rauschteppich hätte ich erst mal weiter oben 
erwartet...

Es hat sich auch gezeigt das USB definitiv kein Echtzeitbus ist :-) Da 
kann es durchaus mal sein dass ein paar ms gar nichts passiert, je 
nachdem wie das Betriebssystem Lust und Laune hat.

branadic schrieb:
> Was heißt bei dir eigentlich DC? Wo liegt da bei dir die untere Grenze?
> Wirst du noch eine bandbegrenzende Eingangsschaltung vorsehen?

Bisher habe ich noch keine Bandbegrenzung nach unten vorgesehen. Das 
sollte auch so sein um DC messen zu können. Die Schaltung mit der ich 
momentan experimentiere ist ein zu eins aus dem ADC Datenblatt. Da fehlt 
noch eine Entkopplung der Betriebsspannungen (kommt derzeit direkt aus 
dem Evalboard, bzw. USB). Mein aktueller Aufbau hat noch keinen ADR444, 
die Referenzspannung mache ich im Moment mit einem Poti. Auch der MCLK 
kommt aus dem FPGA Clock Synthesizer, der wiederum aus dem USB PHY Clock 
gespeisst wird. Ein eigener Oszillator wäre besser. Stromaufnahme ist 
derzeit 185mA.

An der Eingangsseite würde ich noch einen Spannungsteiler vorsehen um 
+/-100V Messen zu können (Audio Amp).

Gruß,
Frank

von branadic (Gast)


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Hallo Frank,

schön zu sehen wie weit du bist.

Frank K. schrieb:
> Hier mal ein erste Spektrum
> aus dem ADC (offener Eingang), ich denke ich muss die Skalierung noch
> mal anschauen, den Rauschteppich hätte ich erst mal weiter oben
> erwartet...

115 dB dynamic range at 78 kHz output data rate
109 dB dynamic range at 312 kHz output data rate

So ganz daneben liegst du nicht, allerdings ist das vor dem Hintergrund 
der derzeitig verwendeten Hardware schon verwunderlich.

Du wirst doch sicherlich noch ein Aliasing-Filter bei der halben 
Abtastrate vorsehen oder?
Ich selbst setze mich gerade etwas näher mit dem STM32-Board, das ich 
hier auch schon namentlich genannt hatte, auseinander und versuche mich 
in das Thema Programmerierung dazu einzuarbeiten.
Das Board soll dann um ein externes SRAM erweitert werden, um 
entsprechend lange samplen zu können (10s). Dazu steht FSMC, an dem 
schon das LCD hängt, zur Verfügung. Die Daten sollen anschließend in 
aller Ruhe nach einer Messung zum PC hin übertragen werden (VCOM), somit 
stellt sich die USB-Problematik dann ebenfalls nicht.
Meine ersten Gehversuche werde ich zunächt mit dem interenen ADC 
durchführen, die AD7764 habe ich jedoch auch schon auf dem Schreibtisch 
zu liegen. Zusammen mit der Eingangsbeschaltung aus genannter AppNote 
(10Hz - 100kHz) sollte das dann eine recht runde Geschichte werden, so 
denke ich. Man wird sehen.

branadic

von Frank K. (frank)


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branadic schrieb:
> Du wirst doch sicherlich noch ein Aliasing-Filter bei der halben
> Abtastrate vorsehen oder?

Ja, das ist R4-R9 und C1-C4 wie im Datenblatt.

Die Samplerate ist 312,5 ksps. Es werden nicht alle Messwerte zum PC 
übertragen, sondern nur wenn der PC die Daten benötigt. Dazu werden die 
Daten im einem FiFo gehalten (16kiB). Wenn dieser voll ist wird 
aufgehört zu samplen. So können kleinere Bus Pausen überbrückt werden.

> Die Daten sollen anschließend in aller Ruhe nach
> einer Messung zum PC hin übertragen werden

Ich bevorzuge da die live-Übertragung. So kann der ADC + PC Software 
z.B. zum Abgleichen einer Testschaltung eingesetzt werden. Vielleicht 
kann man beide Modi kombinieren.

Gruß,
Frank

von branadic (Gast)


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Frank K. schrieb:
> Die Samplerate ist 312,5 ksps. Es werden nicht alle Messwerte zum PC
> übertragen, sondern nur wenn der PC die Daten benötigt. Dazu werden die
> Daten im einem FiFo gehalten (16kiB). Wenn dieser voll ist wird
> aufgehört zu samplen. So können kleinere Bus Pausen überbrückt werden.

Allerdings kann es so theoretisch auch passieren, dass deine Samples 
nicht äquidistant sind oder deine Messung nicht die volle Messdauer 
aufweist, um besonders tiefe Frequenzen abzubilden? Oder reichen die 
16kB FiFo gerade aus um das zu verhindern? Ist sicherlich auch stark von 
der PC-Hardware und der darauf aktuell laufenden Software abhängig oder?
Mein Ansatz zielt in Richtung Standalone-Gerät, dass man auch vom PC aus 
ansteuern und die Daten auslesen kann. Aber ich stehe zumindest mit dem 
µC-Geschichte noch ganz am Anfang.

branadic

von Raimund R. (corvuscorax)


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Frank K. schrieb:
> ...
>
> Es hat sich auch gezeigt das USB definitiv kein Echtzeitbus ist :-) Da
> kann es durchaus mal sein dass ein paar ms gar nichts passiert, je
> nachdem wie das Betriebssystem Lust und Laune hat.

FALSCH!

USB unterstützt mehrere Übertragungsarten, darunter auch den isochronen 
Datentransfer: "Der isochrone Transfer ist für Daten geeignet, die eine 
garantierte Datenrate benötigen.".
Guggst Du hier:
http://de.wikipedia.org/wiki/Universal_Serial_Bus#Isochroner_Transfer

Latürnich müssen die Full- bzw. High-Speed-Geräte/-Controller dies 
unterstützen.

Mögliche Datenraten wären dann:
"Full-Speed-Geräte können jede Millisekunde bis zu 1023 Bytes je 
isochronem Endpunkt übertragen (1023 kbyte/s), High-Speed-Geräte können 
bis zu drei Übertragungen je Micro-Frame (125 µs) mit bis zu 1024 kbytes 
ausführen (24 Mbyte/s)."

von branadic (Gast)


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Raimund Rabe schrieb:
> USB unterstützt mehrere Übertragungsarten, darunter auch den isochronen
> Datentransfer: "Der isochrone Transfer ist für Daten geeignet, die eine
> garantierte Datenrate benötigen.".
> Guggst Du hier:
> http://de.wikipedia.org/wiki/Universal_Serial_Bus#...

Richtig, aber man muss auch die ganze Wahrheit sagen und nicht durch 
Weglassen von Zitatteilen das Ergebnis schön reden:

"...Die Übertragung ist mit einer Prüfnummer (CRC16) gesichert, wird 
aber bei einem Übertragungsfehler durch die Hardware nicht 
wiederholt..."

Eine fehlerhafte Datenübertragung sorgt bei einer solchen Analyse dann 
dafür, dass die Abtastpunkte nicht mehr äquidistant sind, bzw. Artefakte 
im Spektrum auftauchen, die faktisch gar nicht vorhanden sind.
Weiterhin liest man in genannter Quelle:

"...Der Empfänger kann erkennen, ob die Daten korrekt übertragen wurden. 
Isochrone Übertragungen werden zum Beispiel von der USB-Audio-Class 
benutzt, die bei externen USB-Soundkarten Verwendung findet..."

Hier spielt eine fehlerhafte Datenübertragung eine untergeordnete Rolle, 
ein Knacken im Lied kann man eher verschmerzen als ein Delay.

Beim nächsten Mal also richtig zitieren und nicht durch zuguttenbergen 
die Kernaussage beschönigen ;)

branadic

von Frank K. (frank)


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An isochrone Transfers dachte ich auch zuerst, allerdings passt das 
nicht. Es werden vollständige Daten benötigt, daher Bulk. Wenn die Daten 
eine Latency von mehreren Millisekunden aufweisen ist das nicht so 
tragisch.

Im Moment habe ich 16 kiB FiFo. Das reicht etwa für 13ms (rein 
rechnerisch). Ich kann den FiFo noch etwas grösser machen. Mal darüber 
nachdenken ob ein Kernel Treiber das Timing verbessern könnte... 
wahrscheinlich aber nicht. Die LibUsb sollte auch alle Daten puffern.

Gruß,
Frank

von Raimund R. (corvuscorax)


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Es scheint hier wohl Unterschiede zu geben was Personen unter "Echtzeit" 
verstehen, weswegen 'branadic' gleich in die Bresche springt. ;-)
Der Begriff Echtzeit an sich, legt für einen Benutzer lediglich fest in 
welcher Zeit auf ein Ereignis reagiert wird. D.h. für den Einen ist es 
nur dann Echtzeit, wenn auf ein Ereignis binnen z.B. 1µs reagiert wird, 
für den Anderen langt eine Sekunde vollkommen aus.
Beim isochronen USB-Datenverkehr werden Reaktionszeiten garantiert, 
aber, und da bin ich ebenso 'branadic' seiner Meinung, die Gültigkeit 
der Daten ist eine ganz andere Sache.
Die Angabe der Wiki-Quelle sollte ja auch zum Nachlesen des gesamten 
Stoffes verleiten. Es obliegt letztendlich dem Anwender was für ihn 
wichtiger ist, ein kontinuierlicher Datenstrom mit möglichen Fehlern und 
evtl. damit entstandenen Datenlücken oder ein diskontinuierlicher 
fehlerfreier Datenstrom.
Mein Spruch dazu lautet eigentlich immer: Die Summe aller Übel ist stets 
konstant - es gibt keine Vorteile die man sich nicht mit anderen 
Nachteilen erkaufen muss.
Wenn nicht, muss man eben auf andere 'echtzeitfähigere'(?!?) 
Übertragungssysteme (z.B. "EtherCAT" - soll jetzt aber keine(!) 
Schleichwerbung sein) zurückgreifen.

von Frank K. (frank)


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So, habs hin bekommen :-)

Ich nutze immer noch Bulk Transfers und den 16kiB FiFo im FPGA. 
Allerdings werden die Daten nicht mehr kontinuierlich gestreamt sondern 
die FFT Applikation fordert einen zusammenhängenden Block an der dann 
gesampelt und übertragen wird. Z.B. meine Applikation macht eine FFT mit 
32768 Stützstellen. Somit wird ein Block mit 32768 Sampels angefordert. 
Diese bestehen je aus 24 Bit Daten und 8 Bit Status Informationen. Die 
Status Informationen sind das Status Wort des ADC, welches bei jedem 
Sample ausgegeben wird. Dort sind noch ein paar Bits unbenutzt, davon 
habe ich mir eins geborgt um anzuzeigen wenn im FiFo ein Überlauf 
aufgetreten ist. So ist es möglich die empfangen Daten einfach zu prüfen 
ob sie zusammenhängend (also ein Block) sind. Wenn da ein Fehler 
enthalten ist wird der Block verworfen. Das funktioniert recht gut, eine 
Rate von 10 FFTs pro Sekunde ist kein Problem.

Nun kann ich mich vermehrt um den Analogteil kümmern, das passt noch 
etwas nicht. Ich habe einen DC Offset, dieser bewirkt dass ab -14dbV 
Eingangspegel das Signal übersteuert.

Gruß,
Frank

von branadic (Gast)


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Hallo Frank,

schön zu hören. Ich bin noch damit beschäftigt mich in den STM32 
einzuarbeiten. Der Analogteil nimmt auch langsam Gestalt an.
Parallel dazu lese ich noch verschiedene Paper zur Thematik.

branadic

von Frank K. (frank)


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Wie sieht Dein Analog Teil aus? Ich muss hier und da noch etwas feilen. 
Es ist erwartungsgemäß die USB Frame Frequenz im Spektrum (800Hz, 
Lattenzaun im unteren Frequenzbereich), aber auch noch zusätzliche 
Frequenzen (~25,8kHz + Oberschwingenen, 67kHz und ein "Frequenzpaket" 
bei 87kHz). Da muss ich mal suchen wo die her kommen und wie die in die 
Schaltung einstreuen, bzw. wie ich die dämpfen kann.

Das grosse Signal ist mein Signalgenerator (60kHz @ -14dbV).

Gruß,
Frank

von branadic (Gast)


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Du hast dir die AN83 von Linear angeschaut? Ich habe noch eine zweite 
zuschaltbare 60dB-Stufe vorgesehen. Mit dem Aufbau will ich in die 
ersten Experimente gehen.

branadic

von Audiologe (Gast)


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Welchen Vorverstärker würde man benutzen, für besonders rauscharme 
Verstärkung und AD-Wandlung?

von Christian L. (cyan)


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Audiologe schrieb:
> Welchen Vorverstärker würde man benutzen, für besonders rauscharme
> Verstärkung und AD-Wandlung?

Das kommt auf die Quellimpedanz an. Da hier wohl in erster Linie 
Spannungsregler und andere niederohmige Quellen gemessen werden sollen 
bieten sich OPVs mit niedrigem Spannungsrauschen an - z.B. AD797 oder 
LT1028. Steigt die Quellimpedanz so kommt das Stromrauschen immer mehr 
hinzu. Bei sehr hohen Impedanzen ist in erster Linie dann wieder das 
Stromrauschen interessant.
Zumindest von Linear gibt es da eine gute Übersicht. Bei OPVs von 
anderen Herstellern müsste man das alles mal durchrechnen, ob man noch 
bessere in den jeweiligen Quellimpedanzbereichen findet.

http://cds.linear.com/docs/Design%20Note/DN355f.pdf
http://cds.linear.com/docs/Design%20Note/dn140.pdf

LG Christian

von branadic (Gast)


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Hallo Frank,

zum Vergleich mal eine Aufnahme mit dem TDS5104B mit kurzgeschlossenem 
Eingang und der kleinsten Vertikalablenkung (1mV/div).
Samplerate sind 250kSps, Aufnahmezeit 10s, dank des großen Speichers im 
Gerät möglich.
Die Aufzeichnung wurde exportiert und mit Octave/Matlab ausgewertet.

branadic

von branadic (Gast)


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Nabend,

es geht auch bei mir weiter und zugleich möchte ich den Thread auch 
wiederbeleben.
Zwei Verstärker nach AN83 sind aufgebaut und in Betrieb genommen worden, 
siehe auch:

Beitrag "Re: Einfacher Messverstärker 10 Hz - 100 KHz"

Beitrag "Re: Einfacher Messverstärker 10 Hz - 100 KHz"

Beitrag "Re: Einfacher Messverstärker 10 Hz - 100 KHz"

Beitrag "Re: Einfacher Messverstärker 10 Hz - 100 KHz"

Mein Kollege hat mir eine erste Version einer Firmware und PC-Software 
zur Verfügung gestellt, mit denen ich Messungen durchführen und die 
Messwerte abspeichern kann. Die PC-Software wächst sukzessive.
Der ADC-Eingang des STM32 ist mit einem Spannungsteiler 200R:200R 
versehen. Hintergrund ist, dass der Verstärker nach AN83 einen 100R 
Widerstand im Hochpass-Ausgang enthält. Dieser ist entfernt und als 
Spannungsteiler am ADC ersetzt worden, um den ADC möglichst gut 
aussteuern zu können, da eh nur das Rauschen im Bereich 10Hz - 100kHz 
interessiert. Der ADC ist also auf Mittenpegel.
Erste Messungen habe ich nun mit diesem Spannungsteiler vorgenommen, 
bevor ich den Verstärker nach AN83 anklemme.
Anbei das mit Octave ermittelte PSD einer einzelnen Messung und über 10 
Messungen gemittelt.
Einige markante Frequenzen sind deutlich zu erkennen. Ich hoffe, dass 
diese nach dem Verrechnen weitestgehend verschwinden.

branadic

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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23,4KHz und 77,5KHz sehen nach Sendern aus. Linear wäre besser. Alles in 
der Keksdose?

von branadic (Gast)


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Dass es sich um irgendwelche Sender handelt denke ich nicht (siehe 
Anhang).
Ich zähle mich nicht zur Keksdosen-Fraktion, soetwas gibt es in meinem 
Haushalt nicht, aber das Board befindet sich in einem 
Aluminium-Fischer-Gehäuse.

branadic

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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branadic schrieb:
> Dass es sich um irgendwelche Sender handelt denke ich nicht (siehe
> Anhang).

Ja, die vermuteten tauchen in der besseren Darstellung erstmal nicht 
auf. Heißt aber nicht, das da nichts ist. Du mußt nur lange genug 
messen.

Momentan sieht es nach Artefakten der Meßapparatur aus.
Aliasing ist oft ein gutes Indiz.


> Ich zähle mich nicht zur Keksdosen-Fraktion, soetwas gibt es in meinem
> Haushalt nicht, aber das Board befindet sich in einem
> Aluminium-Fischer-Gehäuse.
>

Für edle Kekse edle Gehäuse ;)

Alu schirmt den magnetischen Anteil kaum ab.


Wozu das Diagramm? Habe nicht verstanden was du uns damit sagen willst. 
Die Amplitudenskala ist nicht absolut. Der dich interessierende Bereich 
ist nicht zu sehen.

von branadic (Gast)


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Abdul K. schrieb:
> Alu schirmt den magnetischen Anteil kaum ab.

Das ist mir auch klar, allerdings habe ich auch keine Elektromotoren auf 
meinem Labortisch zu stehen.

Abdul K. schrieb:
> Die Amplitudenskala ist nicht absolut. Der dich interessierende Bereich
> ist nicht zu sehen.

Denk dir einfach noch ein "m" an das dB und betrachte die Werte für 
einen 100R-Widerstand, dann sind sie absolut.
Und wie kommst du darauf, dass der mich interessierende Bereich nicht zu 
sehen sein soll?

branadic

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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branadic schrieb:
> Abdul K. schrieb:
>> Alu schirmt den magnetischen Anteil kaum ab.
>
> Das ist mir auch klar, allerdings habe ich auch keine Elektromotoren auf
> meinem Labortisch zu stehen.

Ehrlich gesagt: Es wundert mich, daß man gar keine Langwellensender 
sieht.
Deine Abschwirmung muß ziemlich gut sein.
Aber ADC hat auch nur 12Bit, richtig?

Ich vergleiche es eben mit der EMU0202. Die hat ca. 20 echte Bits und 
ca. 90KHz Bandbreite. 50cm Draht am Eingang (1K Impedanz) und man kann 
alle gängigen Sender empfangen, inkl. Omega usw.


>
> Abdul K. schrieb:
>> Die Amplitudenskala ist nicht absolut. Der dich interessierende Bereich
>> ist nicht zu sehen.
>
> Denk dir einfach noch ein "m" an das dB und betrachte die Werte für
> einen 100R-Widerstand, dann sind sie absolut.

OK.


> Und wie kommst du darauf, dass der mich interessierende Bereich nicht zu
> sehen sein soll?

Ging es nicht um Rauschmessungen? Achso, das war ja der andere Thread. 
Hier willst du also ne breitbandige Messung basteln.

Würde mich auch interessieren, wenn ich eine Anbindung an die 
Windoof-Soundarchitektur schon fertig finden würde. Die Hardware ist ja 
nicht das Problem. 16Bit sollten eigentlich reichen und paßt gut ins 
Byte-Schema der Übertragung.

von branadic (Gast)


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Abdul K. schrieb:
> Deine Abschwirmung muß ziemlich gut sein.
> Aber ADC hat auch nur 12Bit, richtig?

So gut ist die Abschirmung eigentlich noch nicht, aber ja, der ADC hat 
"nur" 12bit.

Abdul K. schrieb:
> Ging es nicht um Rauschmessungen?

Ja, geht es nach wie vor. Wie kommst du auf Breitbandmessung? Die 
Frequenzachse zeigt 10Hz - 100kHz, dass ist in meinen Augen nicht 
sonderlich breitbandig.

Mittlerweile ist der Vorverstärker nach AN83 auf G=10.000 umgelötet, der 
Rauschpegel liegt nun etwa 20dB über dem Grundrauschen des ADC und kann 
nun weitestgehend vom Dreck des ADC separiert werden. Ich denke mit der 
Bestückung werde ich weitermachen.
Anbei eine neue Grafik, einmal nur mit kurgeschlossenem Hochpass am 
ADC-Eingang, einmal mit Verstärker nach AN83 und ~60dB Verstärkung und 
einmal mit 80dB Verstärkung.
Ich denke damit kann man arbeiten. Die Messreihe gestaltet sich demnach 
wie folgt:
- mehrere Messungen mit kurzgeschlossenem Verstärker durchführen
- jeweils das Leistungsdichtespektrum der einzelnen Messungen bilden
- über die Leistungsdichtespektren mitteln und als Kalibration speichern
- mehrere Messung mit dem DUT werden aufgezeichnet
- es wird jeweils das Leistungsdichtespektrum ermittelt und die 
Leistungsdichtespektren wiederum gemittelt
- das Kalibrationssignal wird abgezogen
- das Ergebnis wird durch den Verstärkungsfaktor geteilt
--> fertiges Leistungsdichtespektrum des DUT

branadic

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Dein Verstärker schafft also 100KHz bei V=10K.

Und was ist dein DUT?

von branadic (Gast)


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Nicht falsch verstehen, ich brauche die 10x höhere Verstärkung gegenüber 
der originalen AN83 einfach, weil der ADC sonst weitestgehend blind 
wäre.
Bei meinem Tek2465A mit kleinster Vertikalablenkung von 2mV/div würde 
eine Verstärkung von 1000 vollkommen ausreichen, um etwas sinnvolles auf 
der Mattscheibe anzuzeigen, allerdings ist das Scope analog und das 
Rauschen damit nicht weiter analysierbar.
Daher habe ich die Verstärkung in den beiden Stufen auf 100 gesetzt.
Der originale Verstärker mit 60dB rauscht bei kurzgeschlossenem Eingang 
etwa mit 4µVpp, entsprechend 4mVpp am Scope.
Am ADC entspräche dies mit nun 80dB Verstärkung dann 40mVpp und liegt 
somit deutlich überhalb der ADC-Auflösung, die ja bei etwa 805µV/Inkr. 
liegt.

Sicherlich hätte ich dem ADC auch einfach noch einen PGA/VGA vorschalten 
können, aber das möchte ich mir im Moment zumindest sparen, daher die 
einfache Lösung.

Untersucht werden sollen bspw. diverse FET-Schaltungen für die 
universelle Oszilloskope-Eingangsstufe, du erinnerst dich an den Thread? 
Für bspw. solche Untersuchungen wollte ich einen modernen 
Rauschmessplatz und der entsteht hier gerade.

branadic

von Frank K. (frank)


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Hallo,

nach etwas längerer Zeit habe ich wieder Zeit gefunden (toller Satz :-) 
an meinem USB-AD Wandler weiter zu basteln. Die Schaltung ist im Prinzip 
immer noch die selbe, es ist allerdings ein externer 40MHz Oszillator 
hinzu gekommen (der Takt kommt nicht mehr aus dem FPGA) und eine 
galvanische Trennung zwischen ADC und FPGA habe ich noch spendiert. Das 
funktioniert soweit ganz gut, die Störsignale aus dem Beitrag weiter 
oben 
(http://www.mikrocontroller.net/attachment/134270/Bildschirmfoto2.png) 
sind fast alle weg (print-wo-case.pdf).

Aaaaber. Wenn ich den Aufbau in einem schicken Metallgehäuse betreibe 
(Reichelt FR 80 42 120 ME), dann habe ich wieder ein paar neue Störer im 
Spektrum (print-w-case.pdf). Mein Aufbau ist in adc-1.jpg und adc-2.jpg 
zu sehen. Der Platinen-Sandwitch wird in den Gehäuse Tubus eingeschoben 
und die Kupferfläche (ADC Ground) hat dann knapp 1cm Abstand zum 
Gehäuse. Ich kann das Problem auch ohne Gehäuse, durch "oben drüber 
halten" einer Leitfähigen Fläche (Stück Alublech) reproduzieren. es 
scheint irgendwas kapazitiv einzukoppeln. Mir ist allerdings nicht klar 
was, ich kann mir auch keinen Reim aus den Frequenzen machen...

Hat da jemand einen Tipp oder Idee?

Gruß,
Frank

von Johannes E. (cpt_nemo)


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Frank K. schrieb:
> Hat da jemand einen Tipp oder Idee?

Hast du auf der Platinen irgendwelche getakteten Spannungsregler 
(Schaltregler)?

Es wäre möglich, dass Störungen, die von den Schaltreglern abgestrahlt 
werden, durch das Gehäuse zur Platine zurückreflektiert werden. Da die 
Taktfrequenz des Schaltregelers vermutlich höher als die Abtastfrequenz 
des A/D-Wandlers ist, erscheinen Alias-Frequenzen irgendwo im Spektrum.

Teste mal, ob sich die Stör-Frequenzen verschieben, wenn man die Platine 
warm macht (Heisluft-Fön) oder kühlt (Kälte-Spray). Falls man da einen 
Effekt sieht, könntest du durch geziehles erwärmen oder kühlen einzelner 
Bauteile herausfinden, wo die Störung erzeugt wird.

von branadic (Gast)


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Hallo Frank,

du hast das Gehäuse via Sternpunkt auf GND gelegt oder "floated" das 
Potential des Gehäuses?

branadic

von Frank K. (frank)


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Hallo,

ich habe mir mal Kältespray besorgt und damit Versuche gemacht. Die 
Frequenzen im Spektrum verschieben sich leicht (paar kHz höchstens) wenn 
ich die Schaltregler (galvanische Trennung +/- 5V) runter kühle. Im 
Moment bin ich damit beschäftigt ein paar Marker Funktionen in die 
Software einzubauen. Damit sollte es dann möglich sein die 
Frequenzabstände und -verschiebungen zu messen. Mal sehen, es könnte 
also der Schaltregler sein, nur die Frequenzen, bzw. Abstände sagen mir 
erst mal nichts. Die Samplerate ist 40Msps/s, nach dem 
Dezimierungsfilter kommen dann 312,5ksps/s aus dem ADC raus. Das 
Aliasfilter trennt bei etwa 120kHz. Die Schaltregler haben keine feste 
Frequenz, sollten aber über 100kHz liegen (laut Datenblatt).

Das Gehäuse ist gegenüber dem ADC GND galvanisch getrennt. Ich habe 
versucht es "floaten" zu lassen und an einem Zentralen Punkt (USB 
Stecker) mit dem USB GND zu verbinden. Die Pegel der Störsignale bleiben 
aber trotzdem gleich.

Gruß,
Frank

von Johannes E. (cpt_nemo)


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Frank K. schrieb:
> Die Frequenzen im Spektrum verschieben sich leicht (paar kHz höchstens)
> wenn ich die Schaltregler (galvanische Trennung +/- 5V) runter kühle.

Daran sieht man, dass die Störung von den Schaltreglern ausgeht. Wichtig 
wäre jetzt, herauszufinden, ob sich alle Linine verschieben oder ob es 
auch Linien gibt, die bei der gleichen Frequenz bleiben. Diese Linien 
haben dann nämlich eine andere Ursache.

von branadic (Gast)


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Frank K. schrieb:
> Das Gehäuse ist gegenüber dem ADC GND galvanisch getrennt. Ich habe
> versucht es "floaten" zu lassen und an einem Zentralen Punkt (USB
> Stecker) mit dem USB GND zu verbinden. Die Pegel der Störsignale bleiben
> aber trotzdem gleich.

Ich halte es für keine gute Idee das Gehäuse, das ja auch den 
Eingangsverstärker mit abschirmen soll, an dig. Ground zu hängen. Du 
verseuchst dir damit schon dein Analogsignal.
Vielleicht hast du mehr Erfolg, wenn du die Eingangsstufe für sich 
schirmst (Weissblechgehäuse auf AGND) und erst dann dein Gehäuse (auf 
DGND) drum herum baust.

branadic

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