Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik OP Amp für 20 MHz Grenzfrequenz gesucht


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von Ashoka (Gast)


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Hallo,

habe hier ein DDS-System (AD9835) aufgebaut, welches Sinussignale bis 
ca. 20 MHz generieren kann. Um die Oberwellen zu unterdrücken soll ein 
Tiefpass 2. Ordnung mit Tschebyscheff-Charakteristik nachgeschaltet 
werden. Die Grenzfrequenz dieses Tiefpasses soll umschaltbar sein 
(verschiedene RC-Kombinationen). Jetzt habe ich ein Problem mit der 
Suche nach einem geeigneten OP Amp für den Tiefpass. Die Standard-OP 
Amps erlauben nur Grenzfrequenzen von einigen 100 kHz bis max. 1 MHz, 
danach bricht die Verstärkung ein.

Welcher OP Amp ist für diese Aufgabe geeignet ?

Vielen Dank, Ashoka

von Anal Ysator (Gast)


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Ashoka schrieb:
> Welcher OP Amp ist für diese Aufgabe geeignet ?

Welche Suchmöglichkeiten gibt es?

TI, LT, Analog Devices um nur drei wichtige (Hersteller) zu
nennen.

Allerding sind die alle sehr geizig mit Suchfunktionen und
Datenblättern ... wird alles nur unter der Hand gehandelt.

von Helmut S. (helmuts)


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> Um die Oberwellen zu unterdrücken soll ein Tiefpass 2. Ordnung mit 
Tschebyscheff-Charakteristik nachgeschaltet werden.

Dafür wird in jedem käuflichen Funktionsgenerator ein LC-Filter 
vewrwendet. Das sollte dir zu denken geben.

von Ashoka (Gast)


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Ja, aber kann das LC-Filter auch die Tschebyscheff-Charakteristik ?
Eine aktives Filter wäre mir lieber.

von Helmut S. (helmuts)


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Ashoka schrieb:
> Ja, aber kann das LC-Filter auch die Tschebyscheff-Charakteristik ?
> Eine aktives Filter wäre mir lieber.

Ja. Ein Klick und du hast es "designed". Nimm 3. Grades. C-L-C

http://www.wa4dsy.net/filter/filterdesign.html

Da du nicht exakt die Werte kaufen kannst, simulierst du das dann noch 
mit den tatsächlichen Bauteilewerten mit LTspice. Da kannst du dann auch 
gleich noch mit den Toleranzen experimentieren.

: Bearbeitet durch User
von Ashoka (Gast)


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Helmut S. schrieb:
> Ja. Ein Klick und du hast es "designed". Nimm 3. Grades. C-L-C

Verstehe ich das richtig ? 2 Kondensatoren und 1 Induktivität reichen 
für ein Filter 3. Grades ? Ich hätte jetzt mehr Bauteile erwartet.

von Olaf (Gast)


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> Ja, aber kann das LC-Filter auch die Tschebyscheff-Charakteristik ?
> Eine aktives Filter wäre mir lieber.

Wieso ausgerechnet Tschebycheff? Steht du auf dem Ripple im 
Durchlassbereich?


> Da du nicht exakt die Werte kaufen kannst, simulierst du das dann noch
> mit den tatsächlichen Bauteilewerten mit LTspice

TI hat auch ein kostenloses Filterdesignprogramm. (filterpro) Da kann 
man dann am Ende angeben aus welcher E-Reihe es die Bauteile nehmen soll 
und es werden dann gleich die Abweichungen berechnet. Ausserdem sagt es 
einem auch gleich wie schnell der OP sein soll. Aus dem Bauch raus 
wuerde ich sagen man brauchts so 50-100Mhz.

Olaf

von Achim S. (Gast)


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und hier zur Ergänzung noch der Filter Wizard von Analog Devices:

http://www.analog.com/designtools/en/filterwizard/

"Lustigerweise" setzen die bei > 20MHz ihre OPV auch nur als 
Spannungsfolger ein, und die Filtercharakteristik wird passiv 
realisiert.

von Achim S. (Gast)


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Ashoka schrieb:
> Verstehe ich das richtig ? 2 Kondensatoren und 1 Induktivität reichen
> für ein Filter 3. Grades ? Ich hätte jetzt mehr Bauteile erwartet.

die "zusätzlichen Bauteile" bestehen ggf. aus 50Ohm Widerständen, denn 
das Tool geht von "I/O impedcance = 50.0 ohms" aus.

von Helmut S. (helmuts)


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von Ashoka (Gast)


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Olaf schrieb:
> Wieso ausgerechnet Tschebycheff? Steht du auf dem Ripple im
> Durchlassbereich?

Hmm. Ich dachte, das Tschebyscheff die beste Wahl ist. Gibt es 
geeignerte Filtertypen für diese Aufgabe ?

von Anal Ysator (Gast)


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Olaf schrieb:
> Steht du auf dem Ripple im Durchlassbereich?

Du (be-)stehst offensichtlich auf der irrigen Ansicht man
könnte einen Tschebyscheff im Durchlassbereich nicht flach
designen.

von Ashoka (Gast)


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Helmut S. schrieb:
> Hier ein Beispiel.
> http://www.techome.de/manuals/53665_DDS_20_Board_V6_2_KM.pdf

Die ELV-Schaltung finde ich sehr interessant. Allerdings gibt mir das 
Ausgangsfilter mit einer Grenzfrequenz von 20 MHz zu denken.
Der DDS-Chip erzeugt ja "stufige Signale" mit vielen Oberwellen. Wenn 
ich z.B. 100 kHz einstelle habe ich doch Harmonische bei 300 kHz, 500 
kHz etc.

Wie soll das Filter diese unterdrücken, wenn es erst bei 20 MHz greift ?
Ich hätte hier einen umschaltbaren Filter mit verschiedenen 
Grenzfrequenzen erwartet.

Auf den Video OP Amp hätte ich auch kommen können, der kann auf jeden 
Fall die hohen Frequenzen.

Vielen Dank an Helmut S.

von Christian K. (Gast)


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Das DDS Signal sieht in der Nähe der Nyquistfrequenz schon sehr übel 
aus. Mit einem steilen Filter zwingst Du einen Sinus daraus. Nimm mal 
den ELV Bausatz für einen Hunderter, der ist sehr ähnlich zum ADI 
Referenz Design und mess den mit Scope und evt. Spectrum Analyser nach. 
Benötigst Du einen Sinus über ein paar MHz, würde ich etwas anderes 
nehmen. Da ist jeder PLL stabilisierte Oszilator evt. incl. Mischer 
besser geeignet und oberwellenärmer.

von Possetitjel (Gast)


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Anal Ysator schrieb:

> Olaf schrieb:
>> Steht du auf dem Ripple im Durchlassbereich?
>
> Du (be-)stehst offensichtlich auf der irrigen Ansicht
> man könnte einen Tschebyscheff im Durchlassbereich
> nicht flach designen.

"Tschebyscheff" sagt ja nur, dass man Welligkeit hat, nicht
aber, ob diese im Durchlass- oder im Sperrbereich liegt...

Auszerdem wird das Problem ueberschaetzt. Der DDS hat sowieso
einen sin(x)/x-Abfall am oberen Ende; den kann man mit einer
Beule im Durchlassbereich zumindest teilweise ausgleichen...

von Helmut S. (helmuts)


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> 100 kHz einstelle habe ich doch Harmonische bei 300 kHz, 500kHz

Nein. Du hast nur bei den Frequenzen n*Ftakt+/-100kHz weitere 
Signalanteile und genau die soll das Filter sperren. n=1,2,3,4, ...

Ftakt ist wahrscheinlich 50MHz.

: Bearbeitet durch User
von Anal Ysator (Gast)


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Ashoka schrieb:
> Der DDS-Chip erzeugt ja "stufige Signale" mit vielen Oberwellen.

Nein.

Die "Stufen" enthalten in der Grundwelle die Sysclock-Frequenz.
Daneben gibt es oft noch etwas stärkere Anteile bei Sysclock/2
und Sysclock/4.

Oberwellen der synthetisierten Frequenz existieren rein
theoritisch nicht (nur abhängig von der Sinus-Tabelle im
Chip), in der Praxis treten sie sehr untergeordnet auf.

Daher ist der 20Mhz schon richtig ....

von Possetitjel (Gast)


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Ashoka schrieb:

> Wenn ich z.B. 100 kHz einstelle habe ich doch Harmonische
> bei 300 kHz, 500 kHz etc.
>
> Wie soll das Filter diese unterdrücken, wenn es erst bei
> 20 MHz greift ?

Vielleicht rechnest Du erstmal die Amplitude dieser Oberwellen
nach.

Aber - ja: Fuer spektral reinen Sinus ist DDS nicht die
optimale Wahl, das geht besser.

> Ich hätte hier einen umschaltbaren Filter mit verschiedenen
> Grenzfrequenzen erwartet.

Nun ja, die Motivation, DDS zu verwenden, besteht ja gerade
darin, NICHT bereichsweise umschalten zu muessen.
Wenn man mehrere Bereiche verwenden kann oder will, kann man
sich den DDS-Chip schenken.

> Auf den Video OP Amp hätte ich auch kommen können, der kann
> auf jeden Fall die hohen Frequenzen.

Das ist offenbar die nachwachsende Generation: Wenn kein teurer
OPV vorkommt, MUSS es ja schlecht sein.

von Possetitjel (Gast)


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Anal Ysator schrieb:

> Ashoka schrieb:
>> Der DDS-Chip erzeugt ja "stufige Signale" mit vielen
>> Oberwellen.
>
> Nein.

Jein - der Begriff ist falsch: Es sind Nebenwellen.

Die Nebenwellen sind in der Tat keine Vielfachen der
Grundwelle, koennen aber irgendwo im Basisband liegen,
was ziemlich laestig ist, weil sie durch Filter nicht
abtrennbar sind.

von Ashoka (Gast)


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Possetitjel schrieb:
> Das ist offenbar die nachwachsende Generation: Wenn kein teurer
> OPV vorkommt, MUSS es ja schlecht sein.

Nachwachsende Generation ist gut ... bin aber schon 50 !!!

von Possetitjel (Gast)


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Ashoka schrieb:

> Possetitjel schrieb:
>> Das ist offenbar die nachwachsende Generation: Wenn kein
>> teurer OPV vorkommt, MUSS es ja schlecht sein.
>
> Nachwachsende Generation ist gut ... bin aber schon 50 !!!

Okay... nehme das zurueck :)

Trotzdem verstehe ich nicht, warum man unbedingt eine
Technik (aktive RC-Filter) in einem Bereich anwenden muss,
in dem sie keine technischen Vorteile hat (Frequenzen im
MHz-Bereich).

von Anal Ysator (Gast)


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Possetitjel schrieb:
> Jein - der Begriff ist falsch: Es sind Nebenwellen.

Nein. Die Stufen sind allein durch den Sysclock bedingt
und enthalten theoretisch keine Nebenwellen sondern
nur Harmonische.

Es ist das unvollkommene Prinzip der Synthese im Chip
(Übersprechen/Mischen und Timing-Probleme) das die
Nebenlinien erzeugt. Also der feine Unterschied zwischen
idealer und realer Physik.

von Helmut S. (helmuts)


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> sondern nur Harmonische.

Diese Aussage ist falsch.

Richig ist:
Bei der Erzeugung eines 100kHz Sinussignals gibt es prinzipbedingt 
weitere Signalanteile bei den Frequenzen n*Ftakt+/-100kHz.
n=1,2,3,4,...

Ftakt ist bei dem Baustein 50MHz.

Somit gibt es Signalanteile bei
100kHz, 49,9MHz, 50,1MHz, 99,9MHz, 100,1MHz, ...

von Anal Ysator (Gast)


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Helmut S. schrieb:
> Somit gibt es Signalanteile bei
> 100kHz, 49,9MHz, 50,1MHz, 99,9MHz, 100,1MHz, ...

... also sogenannte Mischprodukte.

von Helmut S. (helmuts)


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Anal Ysator schrieb:
> Helmut S. schrieb:
>> Somit gibt es Signalanteile bei
>> 100kHz, 49,9MHz, 50,1MHz, 99,9MHz, 100,1MHz, ...
>
> ... also sogenannte Mischprodukte.

Hier ein Beispiel.
http://www.analog.com/media/en/training-seminars/tutorials/MT-085.pdf
Man beachte die Linie f0 und die zwei Linien genannt "Image".

von Possetitjel (Gast)


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Anal Ysator schrieb:

> Possetitjel schrieb:
>> Jein - der Begriff ist falsch: Es sind Nebenwellen.
>
> Nein.

Doch - natuerlich :)

Der Begriff "Harmonische" bzw. "Oberwellen" IST falsch,
denn es sind KEINE ganzzahligen Vielfachen des Signals.

> Die Stufen sind allein durch den Sysclock bedingt

Nein.

Weder die zeitliche Laenge noch die Hoehe der Stufen sind
ALLEIN vom Takt abhaengig; die gewuenschte Frequenz und
die Aufloesung des ADC gehen auch noch ein.

Ganz so einfach ist die Sache dann doch nicht.

> und enthalten theoretisch keine Nebenwellen sondern
> nur Harmonische.

Ich denke, das fuehrt vom Kernpunkt weg: Die Meinung,
ein DDS benoetige ein umschaltbares Filter, ist im
groszen und ganzen unsinnig.

> Es ist das unvollkommene Prinzip der Synthese im Chip
> (Übersprechen/Mischen und Timing-Probleme) das die
> Nebenlinien erzeugt.

Ich bin in der Theorie nicht sattelfest, aber das erscheint
mir falsch.

von W.S. (Gast)


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Ashoka schrieb:
> habe hier ein DDS-System (AD9835) aufgebaut, welches Sinussignale bis
> ca. 20 MHz generieren kann.

Schreibe du zuerst mal lieber, wofür du das denn überhaupt gebrauchen 
willst. Der AD9835 ist mit 50 MHz Takt und nur 10 Bit Auflösung nicht 
gerade ein Musterbeispiel für einen universellen DDS.

Natürlich kannst du sowas für eine Ausgangsfrequenz von 20 MHz 
designen, indem du ein ordentliches 20 MHz Bandfilter dranhängst. 
Solltest du aber beabsichtigen, dieses Teil für Meßzwecke bis in den NF 
Bereich zu benutzen, dann bau dir nen Tiefpaß für eine dramatisch 
niedrigere Grenzfrequenz.

Das Ausschlaggebende ist hier die 10 Bit Auflösung. Dein Sinus kann ja 
von 0 bis 2Pi gesehen von -1 bis +1 gehen. Das entspricht dann 10 Bit, 
also 1024 Stufen. Nun nehmen wir mal Pi als so etwa 3 an und sagen uns, 
daß eine Kurve ohne missing codes nur dann dargestellt werden kann, wenn 
pro Zeitschritt höchstens ein Amplitudenschritt stattfindet. Also für 
Amplitude von 1 (0 .. +1.0), was rund 500 Amplitudenschritte wären, hat 
man dann mindestens Pi also rund 3*500 Zeitschritte. Dein Tiefpaß sollte 
deswegen so etwa bei 50 MHz / 500 --> 100 kHz dicht machen. Das reicht 
aus für NF.

Und nochwas: Bau dir lieber einen mindestens 7 poligen passiven 
LC-Tiefpaß. Ein OpV für ein Sallen-Filter sollte nämlich schneller sein 
als deine 50 MHz, damit er gut genug auf die Stufigkeit reagieren kann, 
sonst kriegst du bloß Spikes in dein Ausgangssignal. Beim passiven TP 
hast du diese Sorgen nicht.

Und wenn du was Besseres willst, dann greife zu einem DDS mit 14 Bit 
DAC.

W.S.

von Harald W. (wilhelms)


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W.S. schrieb:

> Nun nehmen wir mal Pi als so etwa 3 an

Besser 3,2  siehe hier:
https://de.wikipedia.org/wiki/Indiana_Pi_Bill
:-)

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