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
Inwieweit reicht denn die Soundkarte nicht und wer soll das wofür brauchen?
-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?
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.
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.
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
Du kennst dich doch spitzenmäßig aus. Entwirf doch einfach die entsprechende Schaltung...
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.
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.
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
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.
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
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 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
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
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?
> 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
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...
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
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).
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
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 :-)
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
Da liegst Du sicherlich richtig, ist halt immer eine Frage des Budgets und was es können soll.
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.
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.
Ja klar und Software muss man auch noch extra kaufen so liegst du mindestens bei 2000-4000 Euronen, vergiss es, viel zu teuer...
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
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.
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.
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
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.
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
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
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
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
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
Keine Ahnung ob sich das mit dem realisieren lässt, aber ich habe bspw. diese hier: 200606118466 branadic
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.
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
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
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.
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
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
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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
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
das ist Fädeldraht, also so was hier: http://www.reichelt.de/Verdrahtungssysteme/FAeDELDRAHT/index.html?ACTION=3&GROUPID=3377&ARTICLE=55443&SHOW=1&START=0&OFFSET=16&;
Und Frank, gibt es schon erste Erfolge vom Aufbau? Ich nehme an du baust Huckepack auf dein FPGA-Board auf? branadic
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.
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
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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
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
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
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
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)."
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
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
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.
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
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
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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
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
Welchen Vorverstärker würde man benutzen, für besonders rauscharme Verstärkung und AD-Wandlung?
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
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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
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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
23,4KHz und 77,5KHz sehen nach Sendern aus. Linear wäre besser. Alles in der Keksdose?
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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
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.
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
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.
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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
Dein Verstärker schafft also 100KHz bei V=10K. Und was ist dein DUT?
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
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
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.
Hallo Frank, du hast das Gehäuse via Sternpunkt auf GND gelegt oder "floated" das Potential des Gehäuses? branadic
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
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.
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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