Analoge Schaltung, Peak alle 50µs

[Gerald M. (gerald_m17)]

Hallo,

in einem Teil einer größeren Schaltung mit Mikrocontroller, Display usw. 
wird ein Widerstand gemessen.
Der Schaltplan und das Layout sind angehängt.
Es funktioniert folgendermaßen:
ein ADA425 erzeugt 2,5V, welche auf einen Spannungsteiler mit Poti 
gehen.
Anschließend ist ein AD8672 (Dual OpAmp, Low Noise, Unity-Gain-Stable) 
als Impedanzwandler geschalten. Außerdem wird der zweite OPV als 
invertierer genutzt, um die gleiche Spannung invertiert zu erhalten.
Nachfolgend kommt ein Relais, mit welchem man zwischen positiver und 
negativer Spannung umschalten kann. Danach kommen zwei Wechslerrelais, 
bei denen die Polarität der Spannung am Widerstand geändert werden kann.
Anschließend folgt ein Transimpedanzwandler mit dem OPA637. Etwas älter 
der OpAmp, aber trotzdem gute Eigenschaften für einen 
Transimpedanzwandler und den hatten wir massenhaft da.

Nun zum Problem:
Alle 50µs bekomme ich einen Peak an der Spannung vom 
Transimpedanzwandler.
Ich habe also eine neue Platine gelötet, wobei ich diesmal nur den 
Analogteil bestückt habe. Also kein Display, kein Mikrocontroller, kein 
Oszillator usw.
geändert hat das allerdings nichts. Es war immernoch so wie in Bild1.
Dann habe ich den LD1117 ausgelötet. So waren die Relais zwar stromlos, 
doch ihre Grundeinstellung passt auch so.
Anschließend habe ich Bild2 erhalten. Wie man sieht, sind die 
"Ausschwinger" verschwunden. Was noch bleibt sind eben die Peaks.
Hat einer vielleicht eine Ahnung wo die herkommen? Sie sind leider so 
groß, dass sie die Messung Stören, und nicht schnell genug, um sie 
auszufiltern.
Mir ist das ein Rätsel wo solch ein Signal in einer Analogschaltung 
herkommen kann. Auch Singleshotaufnahmen zeigen das Verhalten wie in 
Bild2.

Edit: Nicht wundern dass der Peak auf einmal in die andere Richtung 
geht. Das kommt daher dass ohne die 5V am ersten Relais die negative 
Spannung genommen wird.
Edit2: Betrieben wird alles mit zwei Labornetzgeräten und +-13V. Das 
Signal am Oszi wurde direkt über BNC ausgegeben. (Überhaupt ist alles 
über BNC angeschlossen, Spannung, Messwiderstand...)

[thomas s (Gast)]

Wie sieht die Spannung aus dem Labornetzgerät aus? Ist das ein linear 
geregeltes oder ein Schaltnetzgerät?

[lrep (Gast)]

Gerald M. schrieb:
> Dann habe ich den LD1117 ausgelötet

Prima, dann verkauf sie doch, denn augenscheinlich wachsen sie auf 
deiner Platine ja von selbst.

Gerald M. schrieb:
> Überhaupt ist alles
> über BNC angeschlossen, Spannung, Messwiderstand...)

Dann hast du vermutlich eine Brummschleife. Musst halt mal sehen, wo 
sich  das 20kHz Schaltnetzteil befindet.

[Ulrich H. (lurchi)]

Soweit ich weiß ist der OPA637 nicht Unity Gain stabil, und damit nur 
eingeschränkt als TIA zu nutzen. Je nach Quelle, insbesondere offen, 
kann der anfangen zu Schwingen. Auch mit dem Ausgang eines schnellen OPs 
direkt auf einen Stecker mit womöglich kapazitivem Kabel ist keine gute 
Idee.

50 µs - d.h. 20 kHz könnten auch eine Einkopplung von z.B. einem 
Schaltnetzteil oder ESL sein.

Das Layout ist auch eher schlecht: die Masse ist mehr ein Auffüllen der 
Reste und sieht nicht logisch geführt aus. Darunter leidet z.B. die 
Entkopplung am OPA637: Wo die Masse für die Kondensatoren an den +15 V 
und +15 V zusammen kommen ist auf dem Ausschnitt kaum zu sehen.

[Possetitjel (Gast)]

Gerald M. schrieb:

> Alle 50µs bekomme ich einen Peak an der Spannung vom
> Transimpedanzwandler. [...] Mir ist das ein Rätsel wo
> solch ein Signal in einer Analogschaltung herkommen
> kann.

Mysterien der Analogtechnik... :)

Es stellen sich im Prinzip zwei Teilfragen:
a) Wer erzeugt den Peak?
b) Wie kommt er in Deine Schaltung?

Für a) kommen sämtliche Sorten getakteter Stromversorger in
Betracht, also große und kleine Schaltnetzteile, DC/DC-Wandler,
Dimmer, ggf. Umrichter. Verdächtig sind außerdem Monitore,
Energiesparlampen, geregelte Lötkolben usw.

Beliebter Ausbreitungsweg (Teil b) ist die Stromversorgung;
auch Einkopplung von der Stromversorung auf empfindliche
Eingänge ist möglich (hochohmiger Eingang --> kapazitiv;
niederohmiger Eingang --> magnetisch).
Idiotische, aber denkbare Varianten sind z.B. getaktete LEDs,
die auf einen geeigneten PN-Übergang einkoppeln.

Ich hatte jahrelang einen kleinen, aber hartnäckigen Störimpuls
im Labor. Nur durch Zufall habe ich die Ursache gefunden: Der
geregelte Lötkolben.

[(prx) A. K. (prx)]

Ich hatte mal einen sehr merkwürdigen Impuls alle paar Sekunden auf dem 
Oszi, wie ein Uhrwerk. War das Radar des nahe gelegenen Flughafens.

[Gerald M. (gerald_m17)]

Danke schonmal.

@Thomas
Die Spannung hatte ich mit dem Oszi vermessen und nichts auffälliges 
entdeckt, ich kann morgen die Schaltung auch mit zwei 9V Blöcken speisen 
und dann messen.
Was genau es für eines ist weiß ich leider nicht mehr aus dem Kopf.

@Irep
Irendwoher brauchte ich eben die 5V für die Relais. Dachte ein 
Linearregler passt da schon. Deswegen habe ich ihn auch als erstes 
ausgelötet.

@Ulrich
Im Bodeplott sah es zumindest passend aus was die Stabilität angeht. Es 
ist ja auch kein durchgängiges Schwingen, sondern eher ein Puls.
Und auch danke für die Kritik an dem Layout. Daran hatte ich nicht 
gedacht. Muss aber auch dazu sagen, dass ich nicht auf die Masse 
geachtet habe, da sie auf Ober- und Unterseite komplett zusammenhängt, 
und durch die ganzes SMT-Teile und gröszügig Massevias auch quasi 
überall verbunden ist. Dass die 15V Leitung die Kondensatoren von den 
anderen trennt habe ich so nicht bemerkt. Ab sofort wird drauf geachtet 
:)

@Possetitjel
Auch dir ein Danke für die beiden Grundüberlegungen. Ich hoffe dass die 
9V Blockbatterien mir etwas über den Ursprung des Signales verraten. Ich 
werde mich morgen noch einmal melden.

Im übrigen wurde die vorherige Schaltung (auf Lochrasterplatine) 
ebenfalls durch einen Monitor gestört.

[thomas s (Gast)]

Ich hoffe, die Schaltung ist vollständig dargestellt. Irgendwelche 
Dioden mit transparentem Gehäuse (1N 4148) verbaut? Schwarz anmalen!

Wie auch immer: Viel Erfolg!

[Uwe (Gast)]

Hi,
>Sie sind leider so groß, dass sie die Messung Stören,
ok,
>und nicht schnell genug, um sie auszufiltern.
hmm, 200KHz wie schnell misst du denn?
Du könntest den C-Anteil in der Gegenkopplung(C37) etwas erhöhen.
Was sind das eigentlich für komische Kringel an RE/GE BNC-Buchsen?
und irgendwie werde ich nicht ganz schlau aus dem Rel-gewirre
>bei denen die Polarität der Spannung am Widerstand geändert werden kann.
der - Eingang hängt irgendwie in der Luft???
Davon mal abgesehen
>(Überhaupt ist alles über BNC angeschlossen, Spannung, Messwiderstand
auch abgeschlossen so mit 50/75R?
Ein Serienwiderstand am OV-Ausgang von 50/75R hilft manchmal Wunder
Die AD8672 sind gut für V=1 geeignet?
Ansonsten sehr eigenartig.

Viel Erfolg, Uwe

[thomas s (Gast)]

Noch eine blöde Frage: Es ist definitiv ausgeschlossen, dass es aus der 
Quelle kommt? Über gnd?

[Gerald M. (gerald_m17)]

Danke nochmal

@ Thomas
An Dioden habe ich nur an der Spannungsversorgung SL110 Silizium Dioden 
als Vorpolungsschutz. Ansonsten ist alles so wie eingezeichnet (Die 
Platine hat natürlich mehr Leiterbahnen etc., doch da ist nichts 
aufgelötet)

@Uwe
Ich messe tatsächlich mit 200kHz (Eine NI Karte und Labview), doch der 
Peak kommt alle 20kHz.
C7 habe ich bereits Probeweise auf 3pF (hatte ich gerade da) erhöht, 
garkeine Änderung.
Ja, das mit den Relais ist blöd. Als Schalter war es noch halbwegs 
übersichtlich. Durch die Steuerleitungen sind noch mehr Leitungen 
hinzugekommen. Es gibt nur: beide Relais an und beide Relais aus. Im 
Endeffekt drehen beide nur den Widerstand herum.
Die Kringel an den BNC Buchsen sind aus der Standardbibliothek von Eagle 
so.
Der -Eingang wird (im eingezeichneten Zustand) über das rechte Relais 
auf den rechten BNC gelegt. Vom linken BNC kommt dann die Messspannung. 
Werden beide Relais eingeschalten hängt der linke BNC am -Eingang und 
der rechte an der Messspannung.
Die AD8672 sind laut Datenblatt Unity Gain stable.

@ Thomas (nochmal :D )
Ausschließen kann ich es erst morgen mit den Batterien. Aber die 
Netzteile sind auf jedenfall potentialgetrennt. Wenn über GND dann vom 
Oszi (bzw. beiden Oszis, da ich mit zwei verschiedenen gemessen habe)

[Uwe (Gast)]

Hi,
jetzt dämmerts, und an die Buchsen kommt dein zu messender R?
Wenn ja, haste einen drann?(laut Oszi könnte einer drann sein)
Wenn nicht ist "-" offen und V ist <1, kann der das?
Eine richtig gute Schirmung hilft nicht?
Kekse von Weinachten schnell aufessen, Dose benuzen.
Wenn nein holst du es von aussen über Ub oder sowas.
Wenn ja, PCB überarbeiten.
Ich überlege wo ich sowas ähnliches schonmal hatte, komme aber nicht 
drauf.
Allerdings waren bei mir so 47-100R vom + nach GND sehr hilfreich

Viel Erfolg, Uwe

[Uwe (Gast)]

ähmm
>Allerdings waren bei mir so 47-100R vom + nach GND sehr hilfreich
am Transipedanz meinte ich.

[Gerald M. (gerald_m17)]

So, zur Auflösung:
Als das Signal auch mit Batterien zu sehen war, habe ich angefangen noch 
eine Platine zu löten und Stück für Stück zu testen.
Also Referenzspannungsquelle und Transimpedanzwandler aufgelötet und den 
Widerstand extern gebrückt. Hat funktioniert. Also Spannungsteiler 
aufgelötet, wieder getestet usw.
Am Ende habe ich den Widerstand auf die Rückseite der fertigen Platine 
gelötet (an die Anschlüsse der BNC Buchse).
Hat immernoch funktioniert.
BNC Buchsen und Widerstand ran, auf einmal war es da.

Das Ende vom Lied: beim BNC Kabel war die Schirmung unterbrochen, und 
durch die Schleife (Von Platine zum Widerstand und zurück) hatte ich 
eine wunderbare Antenne...
BNC-Kabel gefixt --> läuft

Sachen gibts...