Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Rauscharme Schalter/Umschalter


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von branadic (Gast)


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N'abend, wie vielleicht dem ein oder anderen der hier regelmäßig 
mitliest bekannt ist baue ich gerade an einem Rauschmessplatz (10Hz - 
100kHz).
Das Eingangsfilter folgt im Prinzip der AN83 von Linear Technology.
Ein ADC (zunächst 12bit, die Rauschspannung wird auf ADC-Mitte gebracht) 
sampelt das Ausgangssignal, anschließend erfolgt die Signalauswertung, 
soweit der grobe Umriss.
Nun möchte ich gerne, da eh ein Controller zum Einsatz kommt, einen 
gewissen Automatismus vorsehen, sprich automatische Kalibrierung 
(Eingang kurzschließen und Rauschen des Messsystems bestimmen) oder auch 
Umschaltung zwischen fest voreingestellten Verstärkungen. Dafür benötigt 
es ansteuerbare Schalter/Umschalter, die selbst aber nach Möglichkeit 
nur einen geringen Rauschanteil beitragen dürfen.
Reed-Relais bauen zwar klein, sind aber ungeeignet (Kontaktrauschen). 
Selbiges gilt für normale Relais und dürften daher ebenfalls nicht die 
richtige Wahl sein. Wie schaut es mit Analogschaltern oder Photorelais 
aus?
Hat jemand Erfahrung, was sich als rauscharmer Schalter/Umschalter in 
der Praxis eignet? Es sollte nach Möglichkeit nichts exotisches sein.

branadic

von holger (Gast)


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>Reed-Relais bauen zwar klein, sind aber ungeeignet (Kontaktrauschen).

Dann wars das wohl. Halbleiter an sich rauschen da mit
Sicherheit um einige Größenordnungen mehr.

von Purzel H. (hacky)


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Was rauscht denn an einem Reedrelais ? In welcher Groessenordnung darf 
ich mir da das Rauschen vorstellen ?

von Kai Klaas (Gast)


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>Wie schaut es mit Analogschaltern oder Photorelais aus?

Motorola hat das Rauschen der Analogschalter vom Typ 4016/4066/4051/2/3 
mit 12nV/SQRT(Hz) angegeben...

Interessant ist auch das hier:

Beitrag "Re: PSRR von Analogschalter"

von 1f (Gast)


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branadic schrieb:
> ist baue ich gerade an einem Rauschmessplatz (10Hz - 100kHz).

Schön ;)
Hab ich auch schon ein paar mal hinter mich gebracht.


branadic schrieb:
> Reed-Relais bauen zwar klein, sind aber ungeeignet (Kontaktrauschen).

Wolltest Du innerhalb einer 1us kalibrieren?
Ich glaube Du meinst da einen anderen Begriff ;))


> Selbiges gilt für normale Relais und dürften daher ebenfalls nicht die
> richtige Wahl sein. Wie schaut es mit Analogschaltern oder Photorelais
> aus?
> Hat jemand Erfahrung, was sich als rauscharmer Schalter/Umschalter in
> der Praxis eignet? Es sollte nach Möglichkeit nichts exotisches sein.

Ein Reed Relais und nichts anderes (gibts auch thermospannungsarm).

von Anja (Gast)


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branadic schrieb:
> Wie schaut es mit Analogschaltern oder Photorelais
> aus?

In AN83 hast Du 100 Ohm Eingangswiderstand.
Die besten Analogschalter mit 2-5 Ohm bringen bereits 5% Meßfehler.
Normale Analogschalter wie der CD4051/66 mit 300-1000 Ohm braucht man da 
gar nicht erst zu probieren.

Ich würde ein bistabiles Signalrelais zum Umschalten verwenden.
z.B. ein gutes altes TQ2L / TQ2L2.

http://produkt.conrad.de/45973183/signalrelais-bistabil-2u-5v-1a-tq2.htm

Außerdem würde ich über eine Kontaktreinigungssequenz z.B. beim 
Einschalten nachdenken.

Je nach dem was du messen willst könnte auch noch eine Strombegrenzung 
(zusätzlicher Widerstand) für die Dauer der Aufladezeit des 
Eingangskondensators notwendig sein.

1f schrieb:
> Wolltest Du innerhalb einer 1us kalibrieren?
> Ich glaube Du meinst da einen anderen Begriff ;))

Wohl kaum bei 5 Hz Grenzfrequenz und entsprechender Einschwingzeit im 
Sekundenbereich.

Gruß Anja

von Anja (Gast)


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1f schrieb:
> Ein Reed Relais und nichts anderes (gibts auch thermospannungsarm).

Seit mit ROHS die guten quecksilberbenetzten Kontakte nicht mehr 
erhältlich sind immer noch?

Gruß Anja

von branadic (Gast)


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Pico Oschi schrieb:
> Was rauscht denn an einem Reedrelais ? In welcher Groessenordnung darf
> ich mir da das Rauschen vorstellen ?

"...The ferromagnetic materials from which reed relays are constructed 
cause them to have a higher thermal EMF than an equivalent 
electromechanical relay. Reed relays are thus not ideal for extremely 
low-voltage applications as their thermal EMF may introduce enough noise 
to cause errors in your measurements..." 
(http://zone.ni.com/devzone/cda/tut/p/id/2774)

Auf der anderen Seite finden sich aber auch Aussagen wie jene:
"...From an application standpoint, noise is important if the signal 
switched by the reed is to be used within a few milliseconds immediately 
following closure of the contacts..."

Die Größenordnung kann ich aber bisher auch noch nicht quantifizieren.

Kai Klaas schrieb:
> Motorola hat das Rauschen der Analogschalter vom Typ 4016/4066/4051/2/3
> mit 12nV/SQRT(Hz) angegeben...

Interessant, durchaus.

1f schrieb:
> Schön ;)
> Hab ich auch schon ein paar mal hinter mich gebracht.

Hast du zu deinem Aufbau im Netz veröffentlichte Unterlagen?

1f schrieb:
> Wolltest Du innerhalb einer 1us kalibrieren?
> Ich glaube Du meinst da einen anderen Begriff ;))

Selbstverständlich nicht und nein, ich meine keinen anderen Begriff. Wie 
man weiß, alles rauscht. Für einen Rauschmessplatz gilt es nun die 
rauschärmsten Komponenten auszuwählen. Schlecht ist aber natürlich, wenn 
Aussagen bzgl. Rauschen der Bauteile vom Hersteller ausbleiben.

1f schrieb:
> Ein Reed Relais und nichts anderes (gibts auch thermospannungsarm).

Ahja... hätte ich jetzt nicht unbedingt erwartet. Bei Meder hatte ich 
mich schon umgeschaut, kannst du einen anderen Hersteller empfehlen? An 
die Meder-Teile kommt man zumindest in der 3,3V-Variante schwerer heran.

Danke auch für die anderen Beiträge, auch wenn ich jetzt nicht auf jeden 
einzelnen eingehe.

branadic

von Christian L. (cyan)


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Coto bietet mit der 3500er und 3600er Reihe ebenfalls low EMF Relais an. 
Beide Reihen sind durch ein Metall Gehäuse magnetisch geschirmt. Die 
3600er und die Typen 3501 und 3540 sind sogar noch elektrostatisch 
geschirmt gegen kapazitive Kopplungen.
http://www.cotorelay.com/images/stories/3500/3500.pdf
http://www.cotorelay.com/images/stories/3600/3600.pdf

Das 3540 gibt es bei Farnell, aber nur aus USA, ansonsten habe die 
Serien nur bei Digikey und Mouser gefunden. Allerdings gibt es keine 
Versionen für 3,3V.

LG Christian

von Reli (Gast)


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>"...The ferromagnetic materials from which reed relays are constructed
>cause them to have a higher thermal EMF than an equivalent
>electromechanical relay. Reed relays are thus not ideal for extremely
>low-voltage applications as their thermal EMF may introduce enough noise
>to cause errors in your measurements..."

Ja, aber das ist doch nur niederfrequent gemeint, oder? Das thermische 
Gedöns hat doch recht große Zeitkonstanten, womit die Störungen auf sehr 
niedrige Frequenzen beschränkt bleiben.

>Für einen Rauschmessplatz gilt es nun die rauschärmsten Komponenten
>auszuwählen.

Es geht nicht nur um die rauschärmsten Komponenten, sondern vor allem um 
ein rauscharmes Konzept! Jedes Meßproblem hat seine eigene, clevere 
Lösung, die bestimmte Probleme durch geschickte Wahl des Verfahrens 
garnicht erst entstehen läßt. Manchmal ist der beste Weg der, ein Relais 
ganz zu vermeiden.

Wenn du rauscharme Schalter willst, dann nehme Relais mit massiver 
Goldauflage in inerter Schutzgasatmosphäre. Laß genug Strom fließen, daß 
"dry switching" nicht zum Problem wird. Aber sorge auch dafür, daß nicht 
zuviel Strom über die Kontakte fließt.

Auch Transistoren können rauscharm schalten. Aber sie eignen sich nur 
für bestimmte Schaltanwendungen.

>Normale Analogschalter wie der CD4051/66 mit 300-1000 Ohm braucht man da
>gar nicht erst zu probieren.

Naja, bei 15V hat der CD4051/2/3 typisch 100R. Das ist nicht ganz so 
schlecht. Unangenehmer ist aber das hohe Eigenrauschen, wie Kai schon 
sagte, und die schlechte PSRR.

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Wenn denn Analogschalter:
Für niederfrequentes Rauschen wäre ein JFET sicherlich besser geeignet 
als MOSFETs wie in CD4xxx.

Es gibt Analogdaten für den CD4007 in Analoganwendung. Ob da allerdings 
Rauschwerte waren, weiß ich nicht mehr. Prinzipiell läßt sich aber das 
Rauschverhalten von MOSFETs gut mathematisch beschreiben. Diese Formeln 
dürften fertig in LTspice vorhanden sein. Somit muß man sich nicht 
totrechnen. Man brauch also nur die MOSFET SPICE-Modelle.

Ist natürlich alles relativ. Was ist viel und was ist wenig. Ist wohl 
die wichtigere Frage wieviel man überhaupt brauch.

Extrem niederfrequentes Rauschen hängt mehr von der Qualität des 
Si-Rohmaterials ab. Da dürften sich selbst funktional ähnliche Chips je 
nach Hersteller recht stark unterscheiden.

von Ulrich (Gast)


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Der CD4066 ist ein eher alter und billiger Typ - nicht gerade das wenn 
man hohe Ansprüche hat. Auch bei Halbleitern hat man ggf. 
Thermospannungen, muss also auch da auf kleine Temperaturgradienten 
achten. Der Vorteil ist nur die geringe Eigenerwärmung gegenüber einem 
Relais.

von Reli (Gast)


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Der Hauptvorteil bei Analogschaltern dürfte wohl die Zuverlässigkeit der 
"Kontakte" sein...

von branadic (Gast)


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Danke für die Beiträge, ich werde es wohl mal auf einen Versuch ankommen 
lassen und Reed-Relais verwenden.

branadic

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