Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Mehrstufiges passives Filter vs. Sallen-Key-Filter als DAC


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von Third E. (third-eye)


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Hallo,

ich möchte mit dem PWM-Ausgang eines µCs eine analoge Spannung zwischen 
0 und Vcc generieren, mit möglichst wenig Restwelligkeit (in der 
Größenordnung 1-2 mV). Reaktionszeit sollte max. ca. 100 ms betragen.

In einer ähnlichen Anwenung hatte ich mal drei gekoppelte RC-Glieder an 
den µC-Pin gehängt. Dieses Billigfilter hat zwar alles andere als einen 
scharfen Übergang zwischen Durchlass- und Sperrbereich, bietet aber 
trotzdem 60 dB/Dekade Dämpfung im Sperrbereich und funktionierte für den 
Zweck hervorragend. Leider darf das Netzwerk nur hochohmig belastet 
werden, damit sich die Spannung nicht verfälscht.

Jetzt habe ich ähnliches vor, nur soll der Ausgang niederohmig sein.
Man könnte ja dem dreistufigen RC-Netzwerk einfach einen OP als 
Impedanzwandler nachschalten.
Meine Frage ist aber, ob z.B. ein Sallen-Key-Filter 3. Ordnung 
vielleicht besser geeignet wäre?

Spontan fällt mir nur ein, dass man durch Dimensionierung eine andere 
Charakteristik "einstellen" könnte. Aber das brauche ich ja eigentlich 
nicht.

Beste Grüße
Third Eye

: Bearbeitet durch User
von ArnoR (Gast)


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Third E. schrieb:
> In einer ähnlichen Anwenung hatte ich mal drei gekoppelte RC-Glieder an
> den µC-Pin gehängt. Dieses Billigfilter hat zwar alles andere als einen
> scharfen Übergang zwischen Durchlass- und Sperrbereich, bietet aber
> trotzdem 60 dB/Dekade Dämpfung im Sperrbereich und funktionierte für den
> Zweck hervorragend. Leider darf das Netzwerk nur hochohmig belastet
> werden, damit sich die Spannung nicht verfälscht.

Es ist sogar noch schlimmer. Die einzelnen RC-Teilfilter dürfen sich 
untereinander nicht belasten, wenn man schon in der Nähe der 
Grenzfrequenz eine brauchbare Steilheit haben will. Die 60dB/dec gibt's 
sonst erst ganz weit oben:

Beitrag "Re: Hilfe bei der Auswahl Rail to Rail OP"

> Jetzt habe ich ähnliches vor, nur soll der Ausgang niederohmig sein.
> Man könnte ja dem dreistufigen RC-Netzwerk einfach einen OP als
> Impedanzwandler nachschalten.
> Meine Frage ist aber, ob z.B. ein Sallen-Key-Filter 3. Ordnung
> vielleicht besser geeignet wäre?

In dem Link sieht man auch, dass das Nachschalten eines OPV nicht viel 
rettet und wohl schon ein Sallen/Key-Filter 2.Ordnung ausreicht, weil 
das bis 70dB-Dämpfung besser als der Primitiv-TP 3.Ordnung ist.

von Klaus R. (klara)


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Third E. schrieb:
> ich möchte mit dem PWM-Ausgang eines µCs eine analoge Spannung zwischen
> 0 und Vcc generieren, mit möglichst wenig Restwelligkeit (in der
> Größenordnung 1-2 mV). Reaktionszeit sollte max. ca. 100 ms betragen.

Ich habe das selber mit einem Sallen-Key-Filter 2. Ordnung realisiert. 
Um die Restwelligkeit klein zu bekommen musst Du die Grenzfrequenz des 
Filters möglichst weit von der PWM-Grundfrequenz ansetzen. Die 
Reaktionszeit verhält sich genau entgegen.

Ich habe zum Testen LTspice eingesetzt. Damit kannst Du dann Deinen 
optimalen Kompromiss herausfinden.
mfg klaus

von René H. (Gast)


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Klaus R. schrieb:
> Ich habe zum Testen LTspice eingesetzt. Damit kannst Du dann Deinen
> optimalen Kompromiss herausfinden.
> mfg klaus

Interssant. Hast Du das .asc File noch und würdest es hier anhängen?

Wäre super.

von Klaus R. (klara)


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Hallo,
die Simulation ist nichts besonderes. Ich habe Dir mal zwei Varianten 
hochgeladen. Das Filter habe ich mir von OKAWA Engineering Design 
Utilities berechnen lassen. Ist zwar simpel, aber für meine Zwecke 
völlig ausreichend.
http://sim.okawa-denshi.jp/en/
Ich habe zuerst ein reines Sallen-Key-Filter untersucht. Durch probieren 
kam ich dann dazu die Werte Richtung Bessel abzuändern. Es genügte 
hierbei C2 zu halbieren. Der Tiefpass R3/C3 verbesserte den Rippel noch 
etwas.
Also das Ganze hat keine reine Sallen-Key / Bessel Charakteristik, 
sondern ist denen nur angelehnt und mittels Simulation für meine Belange 
(Rippel/t-rise/fall) etwas optimiert.
mfg klaus

von René H. (Gast)


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Danke Dir Klaus, ich schaue mir das heute mal genauer an.

Grüsse,
René

von Ralph B. (rberres)


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Ich empfehle das Aktiv Filterkochbuch

https://www.amazon.de/Das-Aktiv-Kochbuch-Don-Lancaster/dp/3883220078

Das ist hervorragend geschrieben. Für jeden brauchbar. Sowohl für den 
der Wert auf mathematische Herleitung legt, als auch für den reinen 
Praktiker.

Es sind aktive Filter von 2-6 Ordnung beschrieben. Sowohl als 
Butterworth, Bessel Chebyshev und ich meine auch Cauer. Sowohl Tiefpass, 
Hochpass bandpass Bandsperre

Auch wurden die Anforderungen an Bauteile wie Transitfrequenz Toleranz 
usw. beleuchtet.

Ralph Berres

von René H. (Gast)


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Danke Ralph für den guten Tipp. Das werde ich bei meiner nächsten 
Bestellung dazu tun.

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