Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Sense-Leitung Spannungsreferenz


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von Burkhard K. (buks)


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In einem Vorverstärker (Mikrofon, FG-23629) soll eine Spannungsreferenz 
mit Sense-Pin (OUTS) gleich mehrere "Verbraucher" bedienen, darunter das 
Mikro (als untere Versorgungsspannung) sowie 4 OpAmp-Eingänge. Die 
jeweilige Strombelastung liegt zwischen (simulierten) 1 uA bis max. 50 
uA (Datenblatt Mikro). Im Datenblatt zur MAX6070 
(https://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/MAX6070-MAX6071.pdf)findet 
sich folgende Weisheit: "When using the Kelvin connection made possible 
by the independent force and sense outputs, connect OUTF to the load and 
connect OUTS to OUTF at the point where the voltage accuracy is needed."

Aber wo ist dieser Punkt bei verteilter Last/mehreren Verbrauchen?
 * An der Last mit dem höchsten Strom (Mikrophon oder C3, s. 
Zusatzfrage)
 * An dem OpAmp mit der längsten Vref-Leitung
 * An einen Punkt, der sternförmig alle Verbraucher bedient 
("Referenz-Mekka")
 * oder ist das bei einer max. Strombelastkeit der Referenz von 10 mA 
und tatsächlichen Lasten von 60 uA bzw. 400 uA sowie wurscht, also 
gleich am IC zusammenlegen?

Das Bild zeigt einen möglichen, vierlagigen Aufbau der Platine mit Vref 
und +3.3V auf einer inneren Lage. OUTS ist Pin5, OUTF ist Pin6 an U1. 
Bei vierlagiger Ausführung wäre grundsätzlich auch eine sternförmige 
Versorgung möglich.

Und als Zusatzfrage: Sollten die Kondensatoren C3 und C20 aus dem 
Simulationsmodell ebenfalls auf Vref (statt GNDA) gelegt werden? Über C3 
fliessen Ströme bis zu 300 uA PP, die bei Signalfrequenzen bis zu 150 
kHz die Last an der Referenz entsprechend erhöhen würde.

von ths (Gast)


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Sag mal, wozu brauchst du Vref überhaupt? Es wäre doch viel einfacher, 
die OPs symmetrisch zu versorgen, ich bin sicher, das würde vieles 
einfacher machen.

von Burkhard K. (buks)


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ths schrieb:
> Es wäre doch viel einfacher, die OPs symmetrisch zu versorgen ..

Hatte ich auch gedacht, hab diese Idee aber ganz schnell verworfen:
* Ripple-Specs entsprechender Inverter (-3.3V aus +3.3V): Größenordung 
Ripple = Signalamplitude des Mikros - in schlecht separierbaren 
Frequenzbereichen
* Eine Referenz brauche ich in jedem Fall um das Signal auf den 
Eingangsbereich eines angeschlossenen ADC abzubilden.

Das Mikro liefert 100 mV pp bei max. Schalldruck  - wohlgemerkt im 
hörbaren Bereich; in dem mich interessierenden Bereich ab 12.5 kHz 
aufwärts (Ultraschall) fällt die Amplitude mit 12 dB/Octave ab. Der hier 
vorgesehene State-Variable HP mit Servo-Feedback deckt gleich mehrere 
Punkte ab, darunter den Arbeitspunkt für Single-Supply Betrieb. Unschön 
ist, dass ich keine Referenz-IC mit 1.65 V finde. (MAX6070 gibt es mit 
1.8V - schränkt den verfügbaren Dynamikbereich halt etwas ein.).

Egal, nach dem Steckbrett will ich einen Prototyp jetzt auf die Platine 
bringen - und dabei stellt sich die Frage nach der Sense-Leitung der 
Referenz.

von ths (Gast)


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Nimm doch einen Spannungsinverter, der bei höheren Freqenzen arbeitet, 
z. B LT 1931. Das kann man gut auf eine nicht mehr störende Amplitude 
abfiltern.

von Burkhard K. (buks)


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ths schrieb:
> Spannungsinverter, der bei höheren Freqenzen arbeitet, z. B LT 1931.

Bei gleicher Filtertopologie wären das mind. 10 zusätzliche Bauteile (s. 
http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/1931fa.pdf: 
IC, 4 Kondensatoren, 2 Spulen, 2 Widerstände, eine Diode) sowie 6 bis 8 
mA höhere Stromaufnahme + zusätzlichen Hochfrequenzmüll - ohne 
Verbesserung der Signalqualität (THD). Um den zusätzlichen Aufwand für 
den Inverter zu rechtfertigen, müsste ich mindestens zwei OpAmps 
einsparen (Bitte auch Rser des Mikros beachten), zudem erfordert ein 
SK-oder MFB-Hochpass einen OP mit erheblich höherem Bandbreitenprodukt 
(und höherem Rauschen). Die Referenz wird immer noch gebraucht. Auch 
wenn der Ansatz Dual-Supply naheliegt - für meine Anwendung bringt er 
keinen Gewinn.

Antworten auf meine Eingangsfrage (Sense-Leitung der Referenz) wären 
schön.

von georg (Gast)


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Burkhard K. schrieb:
> Antworten auf meine Eingangsfrage (Sense-Leitung der Referenz) wären
> schön.

Sense-Leitungen dienen dazu, den Spannungsabfall von 
Stromversorgungsleitungen zu kompensieren - hast du mal nachgerechnet, 
ob der Spannungsabfall an deinen Leiterbahnen bei Strömen von ein paar 
µA überheupt in irgendeiner Weise relevant ist?

Die Widerstände dürften nach meiner Schätzung unter 0,1 Ohm liegen, also 
ergibt sich bei 50 µA ein Spannungsabfall von 5 µV.

Wofür man bei so einer Schaltung 4 Lagen braucht ist mir auch nicht 
klar, das liegt aber sicher an mir.

Georg

von Sternpunktverschiebung (Gast)


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georg schrieb:
> Wofür man bei so einer Schaltung 4 Lagen braucht ist mir auch nicht
> klar, das liegt aber sicher an mir.

[Allgemein gesagt steigert die Anzahl der Lagen die Anzahl der 
Möglichkeiten, wie man die Leiterbahn führen kann. Allerdings scheint 
dies nur bei relativ komplexen und umfangreichen Schaltungen überhaupt 
nötig. (Das alles weißt Du natürlich, und wirst daher nicht 
widersprechen - höchstens was ergänzen.)]

Nein, liegt nur an der Sichtweise. In diesem ganz speziellen Falle 
(siehe bisherige Beiträge, also ist das natürlich nicht im spontan zu 
vermutenden Sinne gemeint) sehe ich das so:

4 Lagen für "Fünf (*****) Sterne Referenz Leiterbahnführung". :)

(SCNR)

@buks: georgs Vorschlag ist gut. Multipliziere mal die jew. Ströme mit 
den jew. ungefähr möglichen Widerständen. Schon weißt Du, ob Dich die 
Größenordnung der Spannungsfälle überhaupt tangieren sollte.

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