Schnelle und latenzarme Pegelwandlung f>1MHz

Mike Gast #3030813
Lesenswert?
• ▲
▼ 
Hallo,

mir wurde gestern bei einer Frage hier sehr gut geholfen.Daher möchte 
ich noch eine Frage loswerden.

Zum Bild:

Bei der Schaltung soll ein analoger Empfängerteil mit einem digitalen 
Kommunikationsteil verbunden werden. Dieses soll möglichst hochfrequent 
und mit möglichst verschwindender Latenz erfolgen. Mindestanforderung 
2MHz. Je mehr desto besser.

Der Analogteil wird über eine Spannungsreglung mit 
Spannungssymmetrierung versorgt. D.h. ich regele eine Eingangsspannung 
von 12V zunächst auf 10V und teile diese über eine geregelte 
Push-Pull-Stufe auf -5V, AGND und +5V auf. Die digitale 
Spannungsversorgung erfolgt duch einen 5V-Linearregler auch aus den 
vorhandenen 12V. Dabei sind der digitale GND und die analoge -5V 
elektrisch verbunden.

Aus Sicht des Digitalteils existieren folgende Potentiale bezüglich 
digitalem GND:

+5V analog = 10V
AGND analog = 5V
-5V analog = GND

Mein Problem:

Die Ausgangsstufe der Analogschaltung wird durch den Komparator AD8561 
gebildet, dessen Ausgang auf AGND bezogen ist. Ein Bezug auf GND 
quittierte er mit Arbeitsverweigerung. Somit schaltet dessen Ausgang nun 
zwischen AGND und +5V.

Der Ausgang des Komparators soll auf einen 74HC125 im Digitalteil 
geschaltet werden. Somit muss ich die analogen 5V und 10V auf digitale 
0V und 5V herunter bringen.

Bislang habe ich mir mit der im Bild gezeigten Schaltung geholfen. Die 
Flanken sind recht gut, aber die Latenz ist mit t>50ns zu hoch.

Als Alternative erwog ich einen entsprechend berechneten Spannungsteiler 
vom Komparatorausgang zu GND, der mich in den Bereich der TTL-Logik 
bringt. Aber das soll nur sehr träge laufen.

Habt ihr einen Vorschlag, wie ich das Problem mit hoher Frequenz und 
geringer Latenz lösen könnte?


Mit Gruß

Mike1
Angehängte Dateien:
Beitrag melden Bearbeiten Thread verschieben Thread sperren Anmeldepflicht aktivieren Anpinnen Thread löschen Thread mit anderem zusammenführen Markierten Text zitieren Antwort Antwort mit Zitat
Mike Gast #3031983
Lesenswert?
• ▲
▼ 
Hallo,

wie schätzt ihr die im Anhang befindliche Schaltung ein? Könnte diese 
die Pegeltransformation nach TTL (hier eingestellt auf l=1,1V/h=2,9V) 
mit hoher Geschwindigkeit schaffen? Ziel wäre ein Propagationsdelay 
t<=10ns und eine transferierbare Frequenz >10MHz.

Ich bin über jeden Tipp dankbar.

Mit Gruß und Dank im voraus

Mike
Angehängte Dateien:
Beitrag melden Bearbeiten Löschen Markierten Text zitieren Antwort Antwort mit Zitat
Falk B. #3032028
Lesenswert?
• ▲
▼ 
@  Mike (Gast)

>Bei der Schaltung soll ein analoger Empfängerteil mit einem digitalen
>Kommunikationsteil verbunden werden. Dieses soll möglichst hochfrequent
>und mit möglichst verschwindender Latenz erfolgen. Mindestanforderung
>2MHz. Je mehr desto besser.

Die LED Geschichte?

Beitrag "Schnelle TTL-Ansteuerung einer LED, f>1MHz"

>+5V analog = 10V
>AGND analog = 5V
>-5V analog = GND

Nennt man virtuelle Masse.

>Die Ausgangsstufe der Analogschaltung wird durch den Komparator AD8561
>gebildet, dessen Ausgang auf AGND bezogen ist. Ein Bezug auf GND
>quittierte er mit Arbeitsverweigerung. Somit schaltet dessen Ausgang nun
>zwischen AGND und +5V.

"The AD8561 is a single 7 ns comparator with separate input and
output sections. Separate supplies enable the input stage to be
operated from ±5 V dual supplies and +5 V single supplies."

Du denkst zu kompliziert. Das Alles kann man mit +5V Single supply 
machen. Virtuelle Masse auch 2,5V. Der Komparator kann die LED des 
Optokopplers direkt treiben, er hat genung Dampf. Damit entfällt U?A. 
Der Rest ist OK. Aber es bleibt die Frage, wozu die optische Trennung 
benötigt wird, wenn deine Übertragungsstrecke schon optisch ist? 
Wahrscheinlich ist das nur ein Angst-Optokoppler.

>Bislang habe ich mir mit der im Bild gezeigten Schaltung geholfen. Die
>Flanken sind recht gut, aber die Latenz ist mit t>50ns zu hoch.

Logisch, das addiert sich halt.
Beitrag melden Bearbeiten Löschen Markierten Text zitieren Antwort Antwort mit Zitat
Mike Gast #3032039
Lesenswert?
• ▲
▼ 
Hallo Falk,

genau die LED-Geschichte :) Sender und Empfänger müssen schneller 
reagieren. Es geht dabei um einen optischen Can-Bus-Aufbau als 
Studienprojekt. Der scheitert derzeit allein an der Latenz der 
Schaltung. Daher versuche ich an den schlimmsten Stellen die Laufzeiten 
zu optimieren.

Natürlich nennt man das virtuelle Masse, aber ich dachte ich mache es 
möglichst deutlich.

Ich brauche leider wegen einer Photodiodenvorspannung eine möglichst 
große symmetrische Spannung (+-5V und AGND auf virtueller Masse). Das 
Nutzsignal (Vsignal) nach dem TIA und direkt vor dem Komparator hängt 
dementsprechend zwischen 5,x und 6V (ca. 300-400mV Nutzsignal).

Damit ist es zu hoch, um bereits hier SingleSupply bezogen auf den 
Digitalteil zu fahren. Und im Analogteil kann ich leider nur die 
virtuelle Masse als Bezugspunkt für die Ausgangsstufe verwenden. 
Schließe ich den Referenzpin an -5V (also GND), so geht der Komparator 
in seine Aussteuergrenze mit etwa 9V. Egal welche Vergleichsspannung 
Vref (4V <= Vref <= 6V) ich ihm am Eingang anbiete.

Wenn du hier eine Lösung hast, so könnte ich hier schon schließen und 
ich wäre nach langer Grübelei glücklich:)


Der Optokoppler stellt nur eine saubere Trennung zwischen analogem und 
digitalen Bereich der Schaltung da und soll Einstreuungen in den 
Analogteil vermeiden. Der Analogteil ist in einem HF-Gehäuse gekapselt. 
Denn der Aufbau soll evtl mal an einer Werkzeugmaschine getestet werden.

Wenn ich den Komparator direkt auf mein Busgatter schalten kann, so wäre 
ich sehr glücklich. Ich weiss nur nicht wie ich ihm das beibringe.


Mit Gruß

Mike
Beitrag melden Bearbeiten Löschen Markierten Text zitieren Antwort Antwort mit Zitat
Quack & Salb Gast #3032224
Lesenswert?
• ▲
▼ 
Das schein mir alles Overkill zu sein. Einen Komparator, um einem 
Optokoppler anzutreiben ? Nebenbei zieht ein Optokoppler auf beiden 
Seiten pulsfoermeige Stroeme.
Besser einen ADuM13xx (bis 100MBit), ADuM14xx (bis 100MBit), ISO721 
(150MBit) einsetzten. Die sind alle stromsparend im Vergleich zu einem 
Optokoppler, zumindest bei kleinen Geschwindigkeiten.
Beitrag melden Bearbeiten Löschen Markierten Text zitieren Antwort Antwort mit Zitat
Falk B. #3032284
Lesenswert?
• ▲
▼ 
@  Mike (Gast)

>reagieren. Es geht dabei um einen optischen Can-Bus-Aufbau als
>Studienprojekt.

Nimm SFH756 und SFH551, fertig ;-)

>Nutzsignal (Vsignal) nach dem TIA und direkt vor dem Komparator hängt
>dementsprechend zwischen 5,x und 6V (ca. 300-400mV Nutzsignal).

Sicher, aber

>Schließe ich den Referenzpin an -5V (also GND), so geht der Komparator
>in seine Aussteuergrenze mit etwa 9V. Egal welche Vergleichsspannung
>Vref (4V <= Vref <= 6V) ich ihm am Eingang anbiete.

Logisch, der funktioniert nun mal so. Dann besorg dir echte -5V, dort 
braucht man ja nur ein paar uA.

>Der Optokoppler stellt nur eine saubere Trennung zwischen analogem und
>digitalen Bereich der Schaltung da und soll Einstreuungen in den
>Analogteil vermeiden.

Nicht sonderlich sinnvoll. Mit solidem Layout schafft man das auch ohne 
Optokoppler.

>Wenn ich den Komparator direkt auf mein Busgatter schalten kann, so wäre
>ich sehr glücklich. Ich weiss nur nicht wie ich ihm das beibringe.

Betreibe ihn mit 5V. Fertig. Und wenn du WIRKLICH sehr vie Vorspannung 
für die Photodiode brauchst, erzeuge sie per Ladungspumpe ala ICL7660. 
Zum schnellen Testen tut es ein 9V Block.
Beitrag melden Bearbeiten Löschen Markierten Text zitieren Antwort Antwort mit Zitat
Thread beobachten

Antwort schreiben

Bitte melde dich an, um einen Beitrag zu schreiben.

Bestehender Account

oder

Mit Google-Account einloggen

Noch kein Account?

Die Registrierung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.

Jetzt registrieren