Design eines differentiellen Leitungstreibers

Mini Float schrieb:
> Woran liegt das denn? eventuell kann man da etwas "wegkürzen". Zeig doch
> mal her, das gute Stück. Was ist der begrenzende Faktor bei deinen
> genannten 200mW?
>
Das momentane Design verwendet einen THS 4141 als 
singleended/differentiell Wandler. Gefolgt ist dieser von einem THS3092, 
als Impedanzwandler (der 4141 kann nicht genug Strom Treiben, wenn man 
die Leitung wie angesprochen abschließt).
Versorgt wird das ganze Momentan mit +-10V. Auch mit +-5V erreicht man 
nicht das Ziel der 200mW.

Begrenzt wird die Verlustleistung durch die entstehende Wärme. Im Aufbau 
ist es nicht ganz einfach die Wärme abzuführen.

> Christian schrieb:
>
> Da schwebt mir eine Schaltung mit einem aus Doppel-Opamps gebautem
> Differenztreiber vor. Gibts da echt nichts?
Möglich. Vielleicht wird das der nächste Versuch. Bisher hatte ich das 
verworfen, da ein echt differentieller Opamp schon ein deutlich 
einfacheres design ergibt.
Ich denke aber, dass man mindestens drei Opamps braucht um das Signal 
ordentlich zu balancieren.

>
> Was definierst du als Ruheleistungsaufnahme? Wird "in Ruhe" ein
> nennenswerter Pegel übertragen(wegen deinen Störungen wahrscheinlich
> recht niederohmig abgeschlossen) oder heißt das einfach
> Differenzausgangssignal = 0, egal wie Hochohmig? Also muss "in Ruhe"
> schon eine Last getrieben werden oder nicht?
Wie gesagt, die Leitung ist mit 100Ohm Terminiert. Evtl könnte man dort 
noch einen Kondensator zwischenschalten um DC Ströme zu vermeiden.
Jedenfalls wird nur die Offsetspannung, die der Verstärker selbst 
hinzufügt übertragen.
>
> mfg mf
> PS: Der TL592 gefällt dir nicht? wieso?

Bei Absolute Maximum Ratings steht Output Current: 10 mA. Bei einer 
Terminierung von 100 Ohm und Signalen mit einer Amplitude von einigen V 
kommt das nicht hin...



Guido C. schrieb:
> schon einmal über Kunststofflichtwellenleiter (sog. POF) nachgedacht?

Ja und nein. Im Prinzip wäre das eine schöne Sache. Aus meinen 
bisherigen Erfahrungen mit Lichtwellenleitern kann ich sagen, dass die 
übetragene Amplitude sehr Empfindlich z.B. auf verbiegen des 
Lichtleiters ist. Die absolute Amplitude darf aber nicht driften.
Also müsste man das Signal vermutlich irgendwie aufmodulieren. Da habe 
ich keinerlei Erfahrung. Gibt es dafür fertige Lösungen?

Viele Grüße,
Christian

Mikro Oschi schrieb:
> Ein Analog Signal mit 14bit bis 10MHz ... Welcher Art sind denn die
> Stoerungen ? Elektrische Felder kriegt man mit einem Schirm weg,
> magnetische Felder mit Twisted pair. Die Stoerungen sind genau in diesem
> Frequenzband ?

Beide Störungen kommen vor. Das Frequenzspektrum ist leider sehr 
breitbandig.
100% bekannt sind die Störquellen nicht. Davon unabhänig könnten sie 
sich aber auch in den nächsten Jahren ändern.
Was auf jeden Fall vorhanden ist: Vakuum-Pumpen, HF-Sender, Magnete die 
schnell geschaltet werden (ich bin gerade nicht sicher ob einige 10 oder 
einige 100A).

Twistet Pair Kabel mit Abschirmung soll auf jeden Fall verwendet werden. 
Ich habe ein wenig die Sorge, dass diese Maßnahmen trotzdem nicht ganz 
reichen. Perfekt ist eine Abschirmung ja nie.

Könnte soetwas wie ein MAX4447 oder einer seiner Brüder passen?

MfG Klaus

Hi Klaus,

Danke für den Tipp!
Leider hat er einen Ruhestrom von 46mA. Bei +-5V sind das stolze 460mW. 
Das ist zwar schon mal besser als die momentane Lösung, aber immernoch 
ziemlich viel.
Die Möglichkeit den Gain über einen Widerstand einzustellen gefällt mir 
auch besonders gut.

Mal ne andere Frage:

Wie wichtig ist die Gernauigkeit des Balancings der Leitungen?

Aus dem Bauch heraus würde ich sagen, dass man einige Vorteile der 
differentiellen Übertragung verliert, wenn das Signal nicht perfekt 
balanciert ist, da man jetzt ja einen Anteil hat, der praktisch 
Single-Ended übertragen wird. Das Signal muss sich dann eine andere 
Rückleitung suchen.

Wenn ich mich richtig erinnere wird das Balancing bei einer Schaltung 
aus zwei normalen OPAMPS durch die Toleranz der Widerstände beschränkt.
Falls das balancing gar nicht so wichtig ist, wie ich dachte vereinfacht 
das die Sache natürlich.

Kann man da irgendwas berechnen? Ich habe gerade keine rechte Idee 
wie... Besonders, weil die Rückleitung nicht ganz einfach ist.

Christian schrieb:
> da man jetzt ja einen Anteil hat, der praktisch
> Single-Ended übertragen wird. Das Signal muss sich dann eine andere
> Rückleitung suchen.

Hallo,

so ist das nicht: bei Systemen wie RS485 sind die Signale nicht 
potentialfrei, sondern werden als Signal zwischen GND und 5V übertragen, 
nur eben im Gegentakt, und dazu sind 2 Signalleitungen UND GND 
notwendig.

Systeme wie Ethernet dagegen sind tatsächlich potentialfrei und 
funktionieren mit 2 Drähten, aber dafür werden auch Trafos eingesetzt. 
Wenn du auch nur mit 2 Drähten differentiell übertragen willst, müsstest 
du ebenfalls Trafos oder Kondensatoren zur Abtrennung des Gleichanteils 
verwenden, allein durch die Balance der Verstärker kriegt man den nicht 
weg.

Gruss Reinhard

Vielleicht kannst du die Leistung reduzieren indem du auf die negative 
Spannungsversorgung verzichtest. Wenn du eh differentiell übertragen 
willst, dann kannst du auch eine commom mode Spannung von 5V haben. Und 
als Versorgungsspannung nimmst du 0V und 10V. Spart Platz und Leistung.
Es klingt nach einer Batteriebetriebenen Anwendung? Welche Spannung hast 
du zur Verfügung?

@Reinhard:
Ok, man braucht noch eine Leitung die das Referenzpotential mitführt, 
aber über diese Leitung sollte im Idealfall doch kein Strom fließen, 
oder doch?

@aaa:
Nein, es ist keine batteriebetriebene Anwendung. Es ist die 
Frontendelektronik eines Teilchendetektors.
Die Spannungen die ich zur Verfügung habe kann ich im Prinzip noch 
aussuchen.
Momentan werden gebraucht: -2V, +5V, +8V, +-10V für den Linedriver.
Die -2V +8V könnte man natürlich auch für den Linedriver verwenden bei 
einem Common mode von +3V.
Da die Ausgangssignale praktisch unipolar sind, hatte ich noch die Idee 
die Ausgangssignale mit einem Kondensator abzukoppeln und einen 
Differential-Mode-Offset hinzuzufügen. So könnte man die Amplitude fast 
verdoppeln.
Knackpunkt ist, dass der OPAMP einiges an Strom treiben können muss. 
Einen echt differentiellen habe ich dafür noch nicht gefunden. Mit 
DSL-OMPAMPS ginge es. Ich denke das probiere ich einfach mal aus.

Christian schrieb:
> @Reinhard:
> Ok, man braucht noch eine Leitung die das Referenzpotential mitführt,
> aber über diese Leitung sollte im Idealfall doch kein Strom fließen,
> oder doch?

Schon, bloss gibt es keinen Idealfall. Wenn aber die Balance so ist, 
dass sich 95% ausgleichen und 5% über GND zurückfliessen, hat das 
praktisch keine Auswirkungen. 100% Balance ist einfach nicht machbar, 
aber in dem Fall eben auch nicht nötig. Was bisher noch unerwähnt war: 
das Gleiche gilt auch im Zeitbereich, denn wenn die Flanken nicht 
gleichzeitig sind, ist die Balance sowieso im Eimer. Das ist meiner 
Meinung nach beim Entwurf eines differentiellen Treibers das ernstere 
Problem.

Gruss Reinhard

Der LTC6409 geht etwas über das Designziel der Verlusleistung hinaus. Im 
Prinzip würde ich gerne so einen nehmen, allerdings habe ich bisher 
nichts passendes gefunden. Es gibt immer einen Spezifikation die nicht 
eingehalten wird, die den Chip ausschließt (siehe erster Post).
Am nähesten dran ist der LMH6553 allerdings zieht der auch schon wieder 
30 mA in Ruhe, haut also wieder nicht hin mit der geringen 
Verlustleistung.

Dass der Idealfall nicht existiert ist schon klar. Mich würde nur die 
Aussage "5% über GND hat praktisch keine Auswirkungen" in quantitativer 
Form interessieren. Ich denke es ist halt immer die Frage wie genau man 
misst. Wenn die Verzerrung, Störung oder was auch immer bei den 5% noch 
unter meinen 14 Bit des Signals liegt ist ja alles ok.
Um den Treiber im Zeitbereich symmetrisch zu halten würde ich die 
Schaltung möglichst symmetrisch halten.
Von der Idee einfach nur zwei OPAMPS zu nehmen die das Signal treiben 
UND die Umwandlung von single-ended nach differentiell machen bin ich 
nach einer Simulation in Spice wieder weg.

Momentan denke ich der beste Weg ist zuerst einen low-power echt 
differentiellen OPAMP zu nehmen (z.B. AD8137) und danach Buffer in der 
Schaltung, wie sie in den meisten DSL-Driver-Datenblättern zu finden 
ist. Da muss ich jetzt "nur" noch ein einigermaßen stromsparendes Modell 
finden.
Da der Aufbau auch schön symmetrisch ist denke ich, dass auch der 
Phasengang in beiden Kanälen gleich ist. Anständiges Layount 
vorausgesetzt.

Hallo nochmal,

Mit Transistoren als Analogbauelemente habe ich nicht so viel Erfahrung. 
Daher würde ich lieber bei OpAmps bleiben.
Mittlerweile habe ich mich auch für zwei Entschieden:
AD8137 für die Umwandlung SE/Diff und dahinter einen OPA2889 als 
Stromtreiber.

Vielen Dank nochmal für die Diskussion!