Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik 50-MHz-Oszi misst 83-MHz!


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von Christoph M. (chrito)


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Hallo Leute!

Spiele gerade mit meinem neuen Picoscope 2206B herum...

jetzt bin ich verwirrt:
Es hat eine Bandbreite von 50 MHz, ich kann aber Schwingungen mit 83 MHz 
messen. Mehr noch, das Ding nimmt jede Nanosekdunde einen Datenpunkt 
auf. Dann hätte es doch nach Abtasttheorem 500 MHz?!

Die Messung mach ich an einem Schaltwandler mit Trafo und habe 
festgestellt, dass zwischen den beiden Massen (Primär/Sekundärseite) 
hochfrequente Störungen von mit ca. 150mV Amplitude und 83 MHz 
auftreten, was ein bisschen mistig ist... Hat jemand ne Idee wie man das 
wegbekommt?

VG
Christoph

von Luca E. (derlucae98)


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Der Frequenzgang verläuft wie ein Tiefpass 1. Ordnung.  Bei 50MHz zeigt 
dein Oszi nur noch ca. 71% der "wahren" Amplitude an (-3dB).

von Stefan S. (chiefeinherjar)


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Christoph M. schrieb:
> jetzt bin ich verwirrt:
> Es hat eine Bandbreite von 50 MHz, ich kann aber Schwingungen mit 83 MHz
> messen. Mehr noch, das Ding nimmt jede Nanosekdunde einen Datenpunkt
> auf. Dann hätte es doch nach Abtasttheorem 500 MHz?!

Naja, es hat halt eine analoge Bandbreite von 50 MHz, das heißt aber 
nicht, dass es wie ein idealer Tiefpass wirkt und alles darüber 
abschneidet. Es werden lediglich die Signale über 50 MHz gedämpft.

Und das Abtasttheorem wird zwar bis 500 MHz (Bei 1 GS/s) eingehalten; 
dann hätte man aber nur zwei Punkte. Daraus ließe sich zwar mit etwas 
Mathematik und Magie ein SINUS rekonstruieren; bei Signalen, die von 
einem idealen Sinus abweichen (sprich, Oberwellen enthalten) wirst du 
aber Probleme mit einer Unterabtastung bekommen.

Wenn du Signale über 50 MHz messen willst, dann musst du den 
Frequenzgang noch mit berücksichtigen (den man meist selbst aufnehmen 
müsste, weil nicht bekannt).

Auch müssen deine Störungen nicht zwangsweise vorhanden sein; sie können 
auch ein Messfehler sein - eben weil dein "ideales" Rechteck durch den 
Tiefpass gedämpft bzw. verändert wird.

von Michael K. (Gast)


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Messe an den gleichen Punkten mal mit kurzgeschlossenem Tastkopf, also 
GND Kroko an der Messspitze.
Möglich das Dein Messergebniss fast das gleiche ist.

Ansonsten helfen nur kurze Verbindungen mit großer Oberfläche.
Durch den Skin Effekt helfen massive Leiter nicht.
HF Litze oder breite Kupferflächen.

Bei Messungen an Schaltnetzteilen muß man versuchen zu interepretieren 
ob das was man misst wirklich da ist und was von dem was da ist garnicht 
mehr gemessen wird.

von -------------- (Gast)


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500 MS/s real-time sampling and 5 GS/s repetitive sampling.

von Harald W. (wilhelms)


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Stefan S. schrieb:

> Und das Abtasttheorem wird zwar bis 500 MHz (Bei 1 GS/s) eingehalten;
> dann hätte man aber nur zwei Punkte.

Bei zwei Kanälen gilt sowieso nur noch die halbe Abtastrate.

10 Abtastungen pro Wellenzug gilt normalerweise als aureichend.
Werden es weniger Abtastpunkte bei z.B. 83MHz sind die Abwei-
chungen zwischen "echter" und angezeigter Kurvenform zunehmend
grösser. Diese Abweichungen werden Aliasing genannt.

von Christoph M. (chrito)


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Michael K. schrieb:
> Messe an den gleichen Punkten mal mit kurzgeschlossenem Tastkopf, also
> GND Kroko an der Messspitze.
> Möglich das Dein Messergebniss fast das gleiche ist.

Ja du hast Recht... wenn ich GND Kroko und Messpitze auf die Masse der 
Sekundärseite klemme, dann sehe ich auch die Störungen. Die Masse des 
Oszis ist allerdings auch mit Laptop und Labornetzteil verbunden, sodass 
die Sekudäre Seite dann denke ich einen hochfrequenten Strom in die 
Tastspitze einspeisen wird.

Auf der Primärseite ist die Störung ca. um den Faktor 10 kleiner.

von Wolfgang (Gast)


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Harald W. schrieb:
> 10 Abtastungen pro Wellenzug gilt normalerweise als aureichend.
> Werden es weniger Abtastpunkte bei z.B. 83MHz sind die Abwei-
> chungen zwischen "echter" und angezeigter Kurvenform zunehmend
> grösser. Diese Abweichungen werden Aliasing genannt.

Nein. Aliasing im Sinne der Abtastung bei digitalen Systemen hat mit den 
angestrebten 10 Abtastungen pro Wellenzu nichts zu tun.

Von Aliasing spricht man, wenn durch Unterabtastung, also bei einer 
Abtastfrequenz unterhalb vom Doppelten der höchsten Signalfrequenz, im 
abgetasteten Signal plötzlich falsche Frequenzen auftreten. Ein 
Extremfall wäre bspw., dass ein Sinus mit einer Frequenz minimal 
unterhalb der Abtastfrequenz als ganz langsamer Sinus erscheint, nämlich 
mit der Differenzfrequenz zur Abtastfrequenz.
https://de.wikipedia.org/wiki/Alias-Effekt

von M. K. (sylaina)


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Christoph M. schrieb:
> Es hat eine Bandbreite von 50 MHz, ich kann aber Schwingungen mit 83 MHz
> messen. Mehr noch, das Ding nimmt jede Nanosekdunde einen Datenpunkt
> auf. Dann hätte es doch nach Abtasttheorem 500 MHz?!

Ist normal. Bandbreite von 50 MHz bedeutet eben nicht, dass dein Oszi 
"nur" mit 50 MHz abtastet, im groben bedeutet das idR immer nur, dass 
der Eingangsfilter eine Grenzfrequenz von mindestens 50 MHz hat (er darf 
aber auch 100 MHz haben) ;)

Wolfgang schrieb:
> Ein
> Extremfall wäre bspw., dass ein Sinus mit einer Frequenz minimal
> unterhalb der Abtastfrequenz als ganz langsamer Sinus erscheint

Geht extremer: Sinus mit der Abtastfrequenz und man tastet immer im 
Nulldurchgang ab. Dann siehts so aus als wäre da nichts. Oder wie mein 
alter Meister immer meinte: Die Phase ist nicht gefährlich sofern man 
sie zur rechten Zeit los lässt ;)

von Harald W. (wilhelms)


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Wolfgang schrieb:

>> Diese Abweichungen werden Aliasing genannt.
>
> Nein. Aliasing im Sinne der Abtastung bei digitalen Systemen hat mit den
> angestrebten 10 Abtastungen pro Wellenzu nichts zu tun.
>
> Von Aliasing spricht man, wenn durch Unterabtastung, also bei einer
> Abtastfrequenz unterhalb vom Doppelten der höchsten Signalfrequenz, im
> abgetasteten Signal plötzlich falsche Frequenzen auftreten.

Ich würde sagen, Abweichungen der Kurvenform sind auch schon
bei zehnfach statt zweifach Abtastung sichtbar. In Oszillos-
kopen werden aber oft irgendwelche Glättungsalgorithmen ver-
wendet. Manchmal machen diese das Ergebnis aber eher schlimmer
als besser.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Schau her: 
http://ueba.elkonet.de/static/ueba/kundenauftraege/elkonet.de/upload/bildungscommunity/kernauftrag_02/fachtheorie/bfe_fourieranalyse.jpg

Die fette blaue Linie zeigt ein Rechtecksignal, wenn man es mit 
17-facher Frequenz abtastet. Ich denke, das liegt schon hart an der 
Schmerzgrenze. Bei geringerer Abtastrate wird es noch stärker verzerrt 
und ist dann nicht mehr wirklich als Rechteck-Signal erkennbar.

Hier werden schlechte Beispiele von einem Sinus Signal mit zu niedriger 
Abtastrate gezeigt: 
https://encrypted-tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcRYmh1363kDEW9fC6NtrG_3tsMJMh7aPuJTowNCnZdYNID9zFK_7Q

Auch dort wird das Signal bei 10-Facher Abtastrate (und weniger) bis zur 
Unkenntlichkeit verzerrt.

: Bearbeitet durch User
von Sven B. (scummos)


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Harald W. schrieb:
> 10 Abtastungen pro Wellenzug gilt normalerweise als aureichend.
> Werden es weniger Abtastpunkte bei z.B. 83MHz sind die Abwei-
> chungen zwischen "echter" und angezeigter Kurvenform zunehmend
> grösser. Diese Abweichungen werden Aliasing genannt.

Nein, das stimmt nicht. Ein halbwegs vernünftiges Oszi macht 
sin(x)/x-Rekonstruktion bei hohen Sampleraten, und die ist bis >2 
Samplepunkte pro Wellenlänge exakt korrekt. Es gibt hier nur die 
Verzerrung durch den Tiefpass.

Aliasing gibt es erst, wenn du <= 2 Samplepunkte pro Wellenlänge hast.

von schlubbidu (Gast)


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Mein altes Philips Combiscope PM3350A* schafft es, bei einer
angegebenen Bandbreite Flanken mit 2 ns (10%/90%) darzustellen!

Ganz klar eine Verletzung jeder Fuesik.


*) verwendeter Tastkopf: Hantek PP200

von Wolfgang (Gast)


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Harald W. schrieb:
> Ich würde sagen, Abweichungen der Kurvenform sind auch schon
> bei zehnfach statt zweifach Abtastung sichtbar.

Wenn du an die Grenzen des Abtasttheorems gehst, gibt es keine 
unterschiedlichen Kurvenformen mehr. Die Aussage "höchste Signalfrequenz 
echt kleiner als die halbe Abtastfrequenz" bezieht sich genau auch auf 
die vorhandenen Oberwellen. Und die Oberwellen bestimmen die Form, 
sofern sie von einem reinen Sinus abweicht.

von Marcus H. (Firma: www.harerod.de) (lungfish) Benutzerseite


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Die kürzestmögliche Antwort habe ich wohl überlesen:
Abtastfrequenz (ADC-Frequenz) ist nicht Analogbandbreite (3dB 
Eingangsdämpfung bei dieser Frequenz).

Mein TPS2024B hat 200MHz Analogbandbreite bei 2GS/s Abtastrate.

von oszi40 (Gast)


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Wenn ich das so lese, hast Du 2 Fragen

1.Warum ein Oszi noch 83 MHz anzeigt, ist normal.
2.Wie diese 83MHz in Deine Schaltung kommen. Da könnte am Aufbau liegen. 
3.Steile Impulse erzeugen schöne Oberwellen

von Christoph M. (chrito)


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oszi40 schrieb:
> Wenn ich das so lese, hast Du 2 Fragen
>
> 1.Warum ein Oszi noch 83 MHz anzeigt, ist normal.
> 2.Wie diese 83MHz in Deine Schaltung kommen. Da könnte am Aufbau liegen.
> 3.Steile Impulse erzeugen schöne Oberwellen

Ja, genau. Gerade an den Punkten 2. und 3. grübel ich noch. Habe einen 
1nF-Kondi von Masse primär zu Masse sekundär gelötet und die Störungen 
werden circa um Faktor 4 kleiner. Habe den Effekt auch simuliert, mit 
30pF parasitären Kapazitäten von Primär- zu Sekundärwicklung und bekomme 
diesselben Effekte.

Eigentlich will ich keinen Kondi zwischen Primär- und Sekundärteil 
haben. Vielleicht bringt ein besserer Trafo mit weniger als 30pF 
parasiätrer Kapazität etwas.

Die Flankensteilheit bekomme ich mit der aktuellen Schaltung nicht weg, 
hab schon gegrübelt und versucht die Flanke zu "verschleifen", aber das 
mag der IC nicht (Stromabschaltung) und am Ende sinkt der Wirkungsgrad.

Also nicht so einfach wie ich finde...

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