Demodulation mit Mosfets

[Karl (Gast)]

Hallo Forum,

ich bin gerade dabei eine Schaltung zu testen, die ähnlich einem 
Lock-In-Amplifier funktionieren soll.
Ich habe zwei sinusförmige Eingangssignale (blau und gelb), die aus 
einem Tiefpass kommen.
Außerdem habe ich ein PWM-Signal, dessen Phase ich einstellen kann 
(lila).

Mit einem TS5A3159 versuche ich nun aus der schwankenden 
Amplitudendifferenz (zu messende Größe) ein Ausgangssignal (grün) zu 
produzieren, dessen Mittelwert proportional zur Amplitudendifferenz ist. 
Nach einem Tiefpass soll dann eine Gleichspannung entstehen, die ich am 
ADC messen kann. Die Eingänge habe ich an NC und NO angeschlossen und 
den Ausgang an COM. Das PWM liegt an IN an.

Einfach gesagt: Der Gleichanteil von dem grünen Ausgangssignal 
entspricht der Amplitudendifferenz der Eingangssignale (blau und gelb).

Das funktioniert soweit auch ganz gut. Allerdings könnte das SNR und die 
Linearität am Ausgang noch verbessert werden.

Frage:
Ist es möglich, dass die Verzerrungen vom Sinus am Eingang (300kHz) 
durch das Schalten hervorgerufen werden und kann ich das irgendwie 
vermeiden? Gibt es eine Beschaltung dieses TS5A3159, die meine Messung 
begünstigt?

Gruß und Dank, Karl

[Achim S. (Gast)]

Karl schrieb:
> Das funktioniert soweit auch ganz gut.

Wobei "in den meisten Anwendungen" die Phaseneinstellung so sein dürfte, 
dass beim Nulldurchgang der Sinussignale geschaltet wird, nicht bei 
deren Maximum. Ist das bei dir absichtlich anders?

Karl schrieb:
> Ist es möglich, dass die Verzerrungen vom Sinus am Eingang (300kHz)
> durch das Schalten hervorgerufen werden

Sieht starkt danach aus.

Karl schrieb:
> ann ich das irgendwie
> vermeiden?

Die Charge-Injection deines Schalters geht auf deine Sinussignale und 
scheint den OPV nicht zu behagen, die die Sinussignale treiben. (Was 
sind das denn für welche, bzw. wie sieht die Schaltung vor dem TSA3159 
aus?)

Du könntest versuchen, einen Schalter mit geringerer Chargeinjection zu 
finden (die wird tendentiell geringer, wenn der Schalterwiderstand höher 
ist und wenn die Versorgung symmetrisch zum geschalteten Signal liegt). 
Solange der Schaltwiderstand vernachlässigbar gegenüber dem Widerstand 
der Folgestufe ist, stört ein höherer Schalterwiderstand nicht.

Da hinter dem Schalterausgang ohnehin ein Tiefpass kommen soll, könntest 
du die Widerstände des TP "aufdoppeln" und vor den Schalter ziehen: dann 
sehen die OPV die Chargeinjection nur noch über die Widerstände, und die 
injizierte Ladung kann sich direkt im Kondensator des TP austoben - was 
sie dämpfen sollte. Die Chargeinjection bewirkt dann immer noch eine 
gewisse Verfälschung des Signals, aber zumindest springen die 
Spannungsverläufe vielleicht nicht mehr so wild hin und her.

[Karl (Gast)]

Achim S. schrieb:
> Was
> sind das denn für welche, bzw. wie sieht die Schaltung vor dem TSA3159
> aus?

Hallo,

das sind Sinus-Signale aus einer Sensorschaltung. Der OP ist ein 
OPA4209.

Vielen Dank für die vielen hilfreichen Tipps, damit kann ich auf jeden 
Fall schon mal was anfangen. Ich werde direkt mal schauen, ob ich das so 
umgesetzt bekomme :)

Gruß,
Karl

[nachtmix (Gast)]

Karl schrieb:
> ein Ausgangssignal (grün) zu
> produzieren, dessen Mittelwert proportional zur Amplitudendifferenz ist.

Was es nicht wird.
Dazu müssten die Abtastzeiten kurz sein und an den Extrema liegen.
Du aber bekommst nach dem TP so etwas wie den Mittelwert der 
Mittelwerte, also unabhängig von den Amplituden annähernd Null.

Warum verwendest du auch einen derartig niederohmigen Schalter?
Das bringt hohe Kapazitäten und viel Übersprechen mit sich.
Schon die billigen CMOS-Analogschalter 74HC4051 bis 74HC4053 oder 
74HC4066 dürften sich besser verhalten.
Auch Linear Technology hat hervorragende Analogschalter, wenngleich zu 
deutlich höheren Preisen.

[Karl (Gast)]

nachtmix schrieb:
> Was es nicht wird.
> Dazu müssten die Abtastzeiten kurz sein und an den Extrema liegen.
> Du aber bekommst nach dem TP so etwas wie den Mittelwert der
> Mittelwerte, also unabhängig von den Amplituden annähernd Null.

Das stimmt natürlich. Ich bekomme nicht den Spitz-Spitze-Wert als 
Gleichspannung raus sondern etwas anderes. Aktuell nehme ich von beiden 
Signalen immer jeweils die fallende Flanke und bilde daraus den 
Mittelwert. Das gibt mir ein Signal mit Gleichanteil, also zumindest von 
Null verschieden aber nicht optimal.
Dein Ansatz, nur die Spitzen zu verwenden klingt auch interessant, da so 
die Eingangsdynamik viel besser im Messsignal abgebildet werden könnte. 
Wie ich das schaltungstechnisch umsetzen kann, weiß ich allerdings noch 
nicht. Vermutlich bräuchte ich dann mehr als einen Schaltereingang und 
am Ausgang eine Kapazität.


nachtmix schrieb:
> Warum verwendest du auch einen derartig niederohmigen Schalter?
> Das bringt hohe Kapazitäten und viel Übersprechen mit sich.

Richtig, das habe ich nicht bedacht, im nächsten Optimierungsschritt 
kommt da was anderes rein :)