Halbe Frequenz eines Signals erzeugen

Frank Petelka schrieb:
> Die Frequenzen liegen im Bereich von 50kHz - 100kHz und können mit einem
> AD-Wandler bis 10 MHz erfasst werden. Gedacht sind etwa 1 MHz, damit der
> Controller es noch verarbeiten kann.

Wenn du weißt das das Signal Sinusförmig ist kannst du die Frequenz 
messen und einen Sinus mit halber Frequenz neu erzeugen.

In Hardware geht das mit einem f/U Wandler, einem Spanungsteiler und 
einem U/f Wandler der Sinus macht bzw einem VCO oder mittels DDS

X4U schrieb:
> mit halber Frequenz neu erzeugen.

phasenstabil? Regelzeit=?

Wenn du das 50-100kHz Signal mit 1Msps sampelst, kannst du direkt eine 
Spannung ausgeben (D/A Wandler) die einen Sinus der halben Frequenz zu 
der Zeit entspricht.
Dazu brauchst du eine Tabelle, welche Eingangsspannung welche 
Ausgangsspannung erzeugt unter einer von 4 Voraussetzungen: Positive 
Halbwelle ergibt steigenden Flanke über 0V, negative Halbwelle ergibt 
fallende Flanke über 0V, nächste positive Halbwelle ergibt weiter 
fallende Flanke unter 0V und nächste negative Halbwelle ergibt steigende 
Flanke unter 0V.

Bei schwankender Eingangsspannung kann man Maxima und Minima der letzten 
Sinusschwingung als 100% Referenz für die nächste verwenden.

Allerdings hast du bei 1Msps nur 1us Zeit, das umzurechnen. Das 
erfordert einen schnellen uC, besser einen DSP. Da kein wesentlicher 
Speicher nötig ist, und du scheinbar sowieso A/D und D/A Wandler 
brauchst, könnte ein ADuC7019 eine angemessene Lösung sein (Auflösung 12 
bit).

Frank Petelka schrieb:
> Wie kann ich (z.B. mit einem uC) die halbe Frequenz eines
> sinusförmigen
> Eingangssignals erzeugen?
...
> Gibt es alternativ eine Analogschaltung, die das kann?
Ich würde vermuten, dass nicht. Analog kann man leicht Oberwellen 
erzeugen, aber nichts mit niedrigerer Frequenz.

oszi40 schrieb:
> X4U schrieb:
>> mit halber Frequenz neu erzeugen.
>
> phasenstabil? Regelzeit=?

IMHO beides 1 Halbwelle die dann invertiert werden kann. Aber ich kien 
Signaltheorieguru

Frank Petelka schrieb:

> Die doppelte Frequenz erhält man bekanntlich durch
> Mischen mit sich selbst, aber wie geht das beim
> Halbieren?

Genauso, aber "kopfstehend": PLL, Frequenzverdoppler
zwischen VCO und Phasencomparator --> VCO liefert genau
die halbe Frequenz.
Das Problem dieser Lösung besteht in dem VCO, der ja
Sinussignal liefern soll. Das geht, ist aber relativ
viel Aufwand. Es gibt (mindestens) zwei rein analoge
Lösungen für das Problem. Details auf Nachfrage.

> Bislang hätte ich nur die digitale Variante, nämlich
> das Signal per Schmitt-Trigger rechteckig zu machen
> und dann binär zu teilen mit FFs oder so und dann
> wieder einen Sinus zu machen. Das scheitert aber daran,
> dass ich die Frequenz nicht genau kenne.

Wenn der Bereich 50kHz - 100kHz mit Sicherheit eingehalten
wird, ist das kein Problem. Butzos Idee geht in die richtige
Richtung.
Der zentrale Trick besteht darin, dass ein Rechtecksignal
mit Tastgrad von genau 0.5 die zweite Harmonische nicht
enthält; die niedrigste Harmonische ist die dritte. Der
Bereich der Grundwelle, die Du ja haben willst, geht, wenn
das Originalsignal zwischen 50kHz und 100kHz liegt, im
geteilten Signal von 25kHz bis 50kHz. Die dritte Harmonische
(des geteilten, also rechteckförmigen Signals) liegt
logischerweise im Bereich 75kHz bis 150kHz. Der Tiefpass
muss also alles bis 50kHz durchlassen und ab 75kHz schon
kräftig sperren. Das sind zwar sportliche Anforderungen,
aber mit Filtern höherer Ordnung machbar. Halte ich für
realistisch.

> Das neu erzeugte Signal soll mit einer AC-Kopplung
> übertragen werden von daher muss es sinusfärmig
> und oberwellenfrei sein. Etwas Verzerrung und
> Phasenverschiebung wäre in Ordnung.

An Phasenverschiebung wird bei Filtern hoher Ordnung kein
Mangel sein ;-)
Die zulässigen Verzerrungen müsstest Du mal in Zahlen fassen.
Aus dem Bauch heraus: 5% Klirrfaktor sollte kein Probblem
sein, aber 0.1% Klirrfaktor wäre sehr... "ambitioniert"...

Hallo,

wenn sich das Signal nicht allzuschnell verändert:

Du sampelst den Original-Sinus mit n facher Frequenz (PLL) und gibst die 
erfassten Werte mit der halben Frequenz wieder aus. Das hat den 
Nachteil, dass du damit erst nach 2 Vollwellen des Originals fertig 
bist, machst du dann so weiter, wird praktisch jede 2 Vollwelle im neuen 
Signal abgebildet. Der Vorteil ist, das gilt auch für andere 
Kurvenformen als Sinus.

Mit enstprechendem Aufwand kann man noch weitergehen und immer 2 
Vollwellen erfassen, den Durchschnitt bilden und das als neue Vollwelle 
halber Frequenz ausgeben. Besser dürfte das nicht gehen; wenn die 
aufeinanderfolgenden Vollwellen völlig verschieden sind, gibt es keine 
Lösung diese Information zu erhalten (kann es nicht geben).

Das Ganze ist natürlich weit entfernt von analog.

Georg

das wär sowas:

http://www.epanorama.net/sff/Test_equipment/Generators/Function%20Generator%20Phase%20Locker.pdf

Das muss ich mir jetzt alles in Ruhe mal durchlesen. Vorab die Info:

Das Signal ändert sich eigentlich ständig ein wenig, z.B. bewegt es sich 
innerhalb einiger 10/tel von 60kHz auf 70kHz und schwingt auch. Sampeln 
und neu erzeugen wir daher schwierig. Eine PLL wäre wahrscheinlich zu 
langsam.

mse2 schrieb:
>> Gibt es alternativ eine Analogschaltung, die das kann?
> Ich würde vermuten, dass nicht. Analog kann man leicht Oberwellen
> erzeugen, aber nichts mit niedrigerer Frequenz.
Meine Antwort war wenig fundiert, wie ich zugeben muss. (War zu heiß 
gestern...).
Zwei Dinge, die das Gegenteil beweisen, wurde schon genannt:
PLL und Synchronisation.
Sorry!

Klaus Butzmann schrieb:
> Frank Petelka schrieb:
>
>> Die Frequenzen liegen im Bereich von 50kHz - 100kHz
>> muss es sinusfärmig und oberwellenfrei sein.
> Falls oberwellenarm reicht:
> Schmitt-Trigger, Teiler : 2, und hintendran ein steiles Tiefpassfilter
> mit ca. 100 kHz Grenzfrequenz.
> Butzo
Bzgl. Frequenztreue gibt es doch keine bessere Lösung. Und man braucht 
noch nicht mal eine MCU. Und die Verzerrungsfreiheit kann man komplett 
mit dem Tiefpaß so einrichten wie man es braucht. Ungerade 
Teilerverhältnisse kann man mit einem Zähler erreichen, nur gebrochene 
Teilerverhältnisse werden etwas schwieriger (Teiler + Zähler).

Ungerade Verhaeltniss macht man mit einem fraktionalen PLL

- Sinus zu Rechteck (div. Möglichkeiten)
- aufsteigende Flanke lädt Integrator (Operationsverstärker)
- nächste aufsteigende Flanke entlädt Integrator

Resultat: Oberwellenarme Dreieckschwingung mit halber Frequenz.
Vielleicht schon ausreichend.
Wenn nicht: mit ein paar Dioden einen Sinus-Shaper basteln.

Achtung: Amplitude sinkt mit zunehmender Frequenz. Könnte aber 
kompensiert werden.

Jürgen Schuhmacher schrieb:
> Grundsätzlich funktioniert die kontinuierliche Teilung der Frequenz
> durch 2 mit einer Wurzelbildung, aber man muss den Mittelwert der
> Eingangsfrequenz kennen und zuvor addieren.
Daran scheitert es bei mir. Der Mittelwert ist nicht bekannt und müsste 
erst erzeugt werden.

OPV übersteuern -> Rechteck mit Orginalfrequenz

Positive Flanke über Diode auf RC Glied mit entsprechender Auslegung.

Ergibt nicht direkt Sinus ohne Schwingkreis, aber um Frequenz abzutasten 
ausreichend.

hm, klingt gut, aber verstehen tue ich es nicht :-)

Höre ich richtig, Verfielfachen ist für dich kein Problem?

Bei Sinus ginge es dann (theoretisch) ganz einfach:

1) Frequenz mit dem Faktor N vervielfachen

2) Nach Rechteckformung damit einen D/A-Wandler
takten, der nacheinander den sin(360°/2N) ausgibt.

3) Danach ist noch ein Kompromiss aus Filterung
(Phasenverschiebung) und zulässigen Verzerrungen zu suchen.

thx

Paul B. schrieb:
> Das Signal ändert sich eigentlich ständig ein wenig, z.B. bewegt es sich
> innerhalb einiger 10/tel von 60kHz auf 70kHz und schwingt auch. Sampeln
> und neu erzeugen wir daher schwierig. Eine PLL wäre wahrscheinlich zu
> langsam.

Warum sollte hier ne PLL zu langsam sein?

nur so eine Idee:

Ein Rechteck aus dem Signal machen und durch zwei teilen. Zusätzlich mit 
einer PLL ein vielfaches der Signalfrequenz erzeugen und damit ein 
Switched Capacitor Filter ansteuern, das aus dem geteilten 
Eingangssignal wieder einen Sinus macht. Die Grenzfrequenz des Filters 
passt sich damit automatisch der Eingangsfrequenz an. Ich denke da an 
MAX296 oder ähnliches.

MfG Klaus

Wenn ich das richtig verstanden habe, ergibt sich dann aber kein 
kontinuierlicher Sinus wenn die Signalperiode des Eingangssignals 
schwankt.

Wenn das Eingangssignal in der Frequenz sinkt, bleibt die Spannung 
erstmal bei 0 bis die nächste Sync kommt.

Wenn das Eingangssignal in der Frequenz steigt...wird eine komplette 
Halbwelle ausgelassen? Bis zur nächsten Sync im Nulldurchgang? Bin mir 
dabei nicht sicher.

Das Samplen ist eh Overkill, weil man weiss ja dass es ein Sinus ist.


Für minimale Verzerrungen ist die f/U U/f Variante vermutlich die Beste. 
Aber nach über 2 Jahren ist vom T0 wohl auch keine Klärung mehr zu 
erwarten, was er denn nun getan hat.

Hallo

Es gab vor vielen Jahren mal ein Projekt, ich glaube bei Elektor, wo der 
Lautsprecherausgang des PCs (nicht der von der Soundkarte) mittels PLL 
einen XR-2206 angesteuert hat. Dadurch wurde ein relativ beliebeiger 
Rechteck in einen Sinus "gewandelt".
Wenn Du jetzt also deinen ursprünglichen Sinus per Komparator zum 
Rechteck machst, den dann per FF durch zwei teilst, das ganze dann per 
pll auf den VCO-Eingnga des XR-2206 gibst, müßte sich das realisieren 
lassen.

Das war damals als Meßgerät für Lautsprecherboxen gedacht. Ich muß mal 
schaun, ob ich da noch Unterlagen dazu finde.

Gruß Ulf

Ulf schrieb:
> Wenn Du jetzt also deinen ursprünglichen Sinus per Komparator zum
> Rechteck machst

Brauchst du nicht, der 2206 hat einen Rechteckausgang parallel zum 
Sinusausgang.
Das ist aber die klassische, schon genannte Variante mit einer PLL, 
einem Teiler und einem Sinus-VCO.

HildeK schrieb:
> Ulf schrieb:
>> Wenn Du jetzt also deinen ursprünglichen Sinus per Komparator zum
>> Rechteck machst
>
> Brauchst du nicht, der 2206 hat einen Rechteckausgang parallel zum
> Sinusausgang.
> Das ist aber die klassische, schon genannte Variante mit einer PLL,
> einem Teiler und einem Sinus-VCO.

Es muß seinen ursprüngliche Sinus zum Rechteck wandeln um den per FF 
durch 2 zu teilen. Der Rechteckausgang vom 2206 hilft in dem 
Zusammenhang erst mal nicht.

Gruß Ulf

Und das interessiert den TO nach ca. zweieinhalb Jahren noch?

Rolf S. schrieb:

> Possetitjel schrieb:
>
>> Es gibt (mindestens) zwei rein analoge
>> Lösungen für das Problem. Details auf Nachfrage.
>
> Ich frage hiermit mal förmlich an, falls Du noch
> mitliest!
>
> Wäre nett, wenn Du das erläutern könntest.

Es ging ja um einen VCO, der Sinus liefern und von
50kHz bis 100kHz abstimmbar sein soll.

Mir fallen zwei praktikable Lösungen ein:
1) Ein RC-Generator (Dreieck-Rechteck-Generator) mit
   Diodennetzwerk zur Sinusformung oder
2) das Prinzip "Schwebungssummer", d.h. ein hochwertiger
   Sinus-Festfrequenzoszillator (z.B. LC-Oszillator),
   ein C-Dioden-abgestimmter LC-Oszillator, ein Mischer
   und ein Filterverstärker.

Lösung 2) traue ich nahezu perfekte Signale zu; allerdings
ist sie auch sehr aufwendig.
Lösung 1) hat den Vorteil, dass sich aus dem Dreieck leicht
die verdoppelte Frequenz erzeugen lässt, die in der PLL
benötigt wird.

Oder wolltest Du noch etwas ganz anderes wissen?

Cyborg schrieb:
> Und das interessiert den TO nach ca. zweieinhalb Jahren noch?

Nee, aber vielleicht den, der nachgefragt hat:
Beitrag "Re: Halbe Frequenz eines Signals erzeugen"

Auch uuuuralte Threads werden später noch tausendfach "gefunden", und 
nützen unzähligen Bastlern, die nur lesen, und sich nicht über jede 
Kleinigkeit schriftlich echauffieren.