Hi
Ich gedenke eine abgesetzte Spannungsmessung zu bauen, welche aus 2
Teilen besteht. Einem Gerät mit dem AD und eins mit dem DA, dazwischen
sollte eine FO (downlink only) verbindung sein.
Bie tiefer performance ist die angelegenheit eigentlich relativ simpel:
AVR mit uart über FO.
Leider sollte die Performance ca 50 MSPS bei 16 bit betragen. Was ist
hier der richtige Lösungsansatz? Insbesondere bez FO. habe über ein FPGA
mit integrierter CPU für netzwerkstack und FO netzwerk nachgedacht. Bin
mir nicht sicher ob dies die Performance bringt oder nicht gar etwas
overkill ist.
Wie würdet ihr dieses Problem angehen? Existieren evtl bereits fertige
Lösungen?
Spannung schrieb:> Leider sollte die Performance ca 50 MSPS bei 16 bit betragen.
Also musst du deinen AVR mit mindestens 100MHz betreiben. Oh, wait ;-)
Spannung schrieb:>> Ich gedenke eine abgesetzte Spannungsmessung zu bauen, welche aus 2> Teilen besteht. Einem Gerät mit dem AD und eins mit dem DA, dazwischen> sollte eine FO (downlink only) verbindung sein.
Bahnhof. Was ist "FO"? "fiber optic"? Also Signalübertragung mit Licht?
Das ist ein weites Feld. Aber wenn es um eine Spannungs messung geht,
wozu dann der DA?
> Leider sollte die Performance ca 50 MSPS bei 16 bit betragen. Was ist> hier der richtige Lösungsansatz?
Du rechnest die Datenrate aus und suchst dir dann ein Übertragungssystem
aus, das die schafft? Grob über den Daumen reicht die Technik für
optisches Gigabit-Ethernet. Die Komponenten sind weit verbreitet und
deswegen preiswert.
Dann suchst du noch den ADC aus und schaust dir an, welche Interfaces
die jeweiligen Komponenten haben und wie du die am besten verknüpperst.
Aber wer weiß. Vielleicht hast du ja noch Vorgaben, von denen wir nichts
wissen.
Ja eine LWL verbindung. Das Problem ist, dass ich ein Signal messen
möchte, welches auf einigen kV Potiential liegt. Dieses Signal soll auf
dem GND Potential rekonstruiert werden.
Der Ansatz ist der, dass das Signal auf der HV Seite AD gewandelt wird,
anschliessend digital über LWL übertragen und dann DAC zur
rekonstruktion.
Hotlink ist ein heisser kandidat da der Standart relativ einfach ist.
Jedoch sind die Kosten der Transmitter/Empfänger von Cypress exorbitant
teuer. Eine andere Idee die ich habe, ist FO Netzwerk.
Noch eine idee ist einfach Kunstoff LWL TX/RX welche lediglich über
wenige MHZ bandbreite Verfügen, mit OFDM etc. dazu zu bringen, dass sie
die benötigte Datenrate von 100MBaud+ schaffen.
Und wie wäre es mit normalen Digitalisolatoren?
Ich verwende die Si86xx Serie.
https://www.silabs.com/products/isolation/digital-isolators/si86xx-digital-isolators
Die können maximal 150 MBit, ich übertrage 100 MBit je IO und das
funktioniert prima.
Also ...auf einer Seite die Hochspannung und den ADC mit parallelem
Ausgang, auf der anderen Seite den DAC mit parallelem Eingang.
Vielleicht geht das sogar direkt ohne FPGA oder so. Als ADC kann ich den
AD9650 empfehlen, aber der hat zwei Eingänge. Wenn du nur einen Eingang
brauchst dann nimm einen anderen Stein.
Spannung schrieb:> Der Ansatz ist der, dass das Signal auf der HV Seite AD gewandelt wird,> anschliessend digital über LWL übertragen und dann DAC zur> rekonstruktion.
Keine Frage, dass eine Digitalübertragung robuster ist, als es eine
analoge wäre.
Trotzdem (aus reinem Interesse) folgende Frage:
Wird das Signal jemals in digitaler Form benötigt oder brauchst Du nur
die analoge Rekonstruktion auf niederigem Potential?
PS: Wieviele Kilovolt sind eigentlich 'einige'?
M.A. S. schrieb:> Wird das Signal jemals in digitaler Form benötigt oder brauchst Du nur> die analoge Rekonstruktion auf niederigem Potential?
Gute Frage! Wenn dann auch noch nur AC genügt, dann reicht vielleicht
ein Kondensator.
Gustl B. schrieb:> Und wie wäre es mit normalen Digitalisolatoren?
Die Spannungen sind leider etwas zu hoch
M.A. S. schrieb:> Wird das Signal jemals in digitaler Form benötigt oder brauchst Du nur> die analoge Rekonstruktion auf niederigem Potential?
lediglich analoge Rekonstruktion ist von Bedarf, ein optionaler
digitaler Datenzugriff ist nice to have als option aber kein muss und
lediglich von begrenztem Nutzen.
Gustl B. schrieb:> Also ...auf einer Seite die Hochspannung und den ADC mit parallelem> Ausgang, auf der anderen Seite den DAC mit parallelem Eingang.> Vielleicht geht das sogar direkt ohne FPGA oder so. Als ADC kann ich den> AD9650 empfehlen, aber der hat zwei Eingänge. Wenn du nur einen Eingang> brauchst dann nimm einen anderen Stein.
Hmm der ADC würde gut passen. Das es ohne FPGA/DSP etc. geht wäre super,
sehe ich aber aktuell als etwas schwirig. Auch von grossem Vorteil ist
eine begrenzte Anzahl von benötigten LWLs (am besten 1).
> PS: Wieviele Kilovolt sind eigentlich 'einige'?
aktuell ca. 12RMS 40 peak
Da gab es in der Vergangenheit eine Schaltung zur analogen Übertragung
über LWL. LED & Phototransistor, sogar mit einem Trick zur
Linearisierung. Würde sowas denn reichen?
Moin,
Spannung schrieb:> Leider sollte die Performance ca 50 MSPS bei 16 bit betragen. Was ist> hier der richtige Lösungsansatz?
Vor der Uebertragung die Datenrate reduzieren. Macht man bei
Videouebertragungen auch mit grossem Erfolg.
> Insbesondere bez FO. habe über ein FPGA> mit integrierter CPU für netzwerkstack und FO netzwerk nachgedacht.
Dann denk' mal weiter drueber nach...
> Bin> mir nicht sicher ob dies die Performance bringt oder nicht gar etwas> overkill ist.
Musst halt den Nachdenkprozess weiter in die richtige Richtung
betreiben. Wenn man einen GBit Ethernetlink mit grossen UDP-Paketen
vollstopft, koennte man grad' so mit Ach und Krach bei 800MBit/sec
Nettodatenrate rauskommen. Aber viel Luft waer' da nicht. Also koennte
man ggf. ueber 2 Links nachdenken und die aggregieren. Oder 3 - dann
kann man einen Zopf aus LWL flechten...
Gruss
WK
Dieter schrieb:> Da gab es in der Vergangenheit eine Schaltung zur analogen Übertragung> über LWL. LED & Phototransistor, sogar mit einem Trick zur> Linearisierung. Würde sowas denn reichen?
Gute Frage. Vom Bauchgefühl her eher nicht, da auch langzeitstablität,
temperatursabilität etc von relevanz sind. Dennoch kann ich mir
vorstellen, dass Analog diesbezüglich gute Resultate erreicht werden
können. Sehr störend ist die initiale Kalibration weleche Analog
vermutlich ausgeführt werden müsste. Ich denke der digitale Ansatz ist
der way to go.
Antoni Stolenkov schrieb:> Gleichspannung?>> 1-Bit-Wandlung, 1 LWL.
?
Ja dann lediglich ein Komperator, und der Ausgang direkt an den FO TX.
Einfach, bietet jedoch probleme beim erfüllen der Anforderungen :P
Zu einer möglichen Idee: Ich kann mich daran erinnern, das Xilinx gross
ihren Zynq angepriesen hat. Das der ARM die volle performance bringen
soll bez Netzwerkstacks. Nun bin ich diesbezüglich auf expertise
angewiesen. Hat jemand erfahrung mit FPGA zu Netzwerk Anbindung? Wie
wird der LWL treiber mit dem Zync ARM verbunden (welcher PHY?)? Wie
werden FPGA intern die daten an den ARM übergeben (DMA controller?)?
Kriegt der ARM die 800mbit gebacken?
Nun die benötigte analoge Bandbreite ist ca 20MHz. Wenn ich ein AA
Filter höherer Ordnung einsetze könnten auch etwas weniger als
50MHz/800mbit genügen. Ich denke jedoch, dass wir vorerst mit dem Ziel
der 800mbit bleiben sollten, und diese Sicherheitsmarge für später zu
halten.
Dergute W. schrieb:> Musst halt den Nachdenkprozess weiter in die richtige Richtung> betreiben.
Bedeutung? Welches ist der Richtige Ansatz?
Dergute W. schrieb:> Wenn man einen GBit Ethernetlink mit grossen UDP-Paketen> vollstopft, koennte man grad' so mit Ach und Krach bei 800MBit/sec> Nettodatenrate rauskommen.
Wie vorher bereits beschrieben besteht eine geringfügige
sicherheitsmarge, da lediglich 20MHz Bandbreite benötigt werden. Mit TCP
habe ich bereits 950 in meinem Heimnetzwerk, UDP wäre wohl noch höher.
Ob der Zynq zu gebrauchen ist, kann ich nicht sagen.
Moin,
UDP sollte mit einem kleinen Spartan6 oder sowas gehen. In Tateinheit
mit einem Ethernetphy, der halt dann deine olle Faser ansteuern muss.
Da brauchts keine CPU: deine ollen Samples in einem FIFO von der ADC
Clockdomaine auf die Ethernetclk bringen, dann per Statemaschin'
Takteinlauf, SFD, Ethernetheader, IP-Header, UDP-(vielleicht auch noch
RTP-)Header richtung PHY rauskotzen, ein Quaentchen Samples aus dem Fifo
hinterher, dann die EthernetCRC drangepappt, 12byte Interpacketgap und
der Zirkus geht von vorne los.
Irgendwelche Zynqs mit Armen kann man natuerlich hernehmen, dann wird's
vielleicht bequemer. Aber auch teurer.
Auf jeden Fall muss halt auf der anderen Seite der Faser auch sowas
aehnliches dranhaengen. Nur rueckwaerts...
Gruss
WK
Hast Du Dir schon Gedanken gemacht, wieviele Millisekunden das Signal
verzögert über den DAC ausgegeben werden darf?
(Das trifft am stärksten zu bei Komprimierung)
>> Ich gedenke eine abgesetzte Spannungsmessung zu bauen, welche aus 2> Teilen besteht. Einem Gerät mit dem AD und eins mit dem DA, dazwischen> sollte eine FO (downlink only) verbindung sein.>> Bie tiefer performance ist die angelegenheit eigentlich relativ simpel:> AVR mit uart über FO.>> Leider sollte die Performance ca 50 MSPS bei 16 bit betragen. Was ist> hier der richtige Lösungsansatz? Insbesondere bez FO. habe über ein FPGA> mit integrierter CPU für netzwerkstack und FO netzwerk nachgedacht. Bin> mir nicht sicher ob dies die Performance bringt oder nicht gar etwas> overkill ist.> Wie würdet ihr dieses Problem angehen? Existieren evtl bereits fertige> Lösungen?
ein LTC2272 mit einem lokalen uc der die Konfiguration übernimmt liefert
Dir die Daten. Einen entsprechenden LWL-Treiber drannpappen und am
anderen Ende einen der DACs, die dieses Protokoll sprechen zur
Datenausgabe. Klingt nicht unmöglich aber durchaus sportlich wenn die
16bit auch nur annähernd nutzbar sein sollten.
Ich hoffe Du hast lokal eine ausreichende Stromversorgung zur Hand, das
ist kein Ultralowpowerdings.
Wenn Geld keine Rolle spielt wäre ein optischer Modulator (Mach-Zehnder)
eine Option. Wäre eine interessante Forschungsarbeit, Tek hat mit dem
Konzept höchst erstaunliche Tastköpfe gebaut (14k€ aufwärts, sofort
erhältlich und so wie Du es haben willst mit Analogausgang)
Bist Du derjenige, der schon vor einigen Tagen mit ziemlich genau
derselben Anforderung (16 Bit, 50 MS/s, Isolationsstrecke) hier ankam?
Bei so hohen Spannungen von etlichen Kilovolt muss man bei vielen
handelsüblichen LWL auch beachten, dass einige dort für den Mantel bzw.
die Zugentlastung verwendeten Materialien etwas leitfähig sind, z.B.
Aramidgarne (Markenname Kevlar). Ein Kunde von mir verwendete solche
eigentlich hinreichend langen LWL-Kabel für die Überbrückung von 50 kV
bzw. 400 kV und wunderte sich dann über Instabilitäten bei der
Hochspannungsversorgung. Nach längerer Suche bemerkte dann einer der
Entwickler ein leichtes Britzeln am LWL-Steckverbinder.
Bei den 40 kV des TE dürften also auch schon - je nach Kabeltyp -
entsprechende Effekte auftreten.
Dergute W. schrieb:> Wenn man einen GBit Ethernetlink mit grossen UDP-Paketen> vollstopft, koennte man grad' so mit Ach und Krach bei 800MBit/sec> Nettodatenrate rauskommen
Wenn das eine dedizierte Übertragungsstrecke ist, warum sollte man da
UDP oder auch nur IP drüber fahren? Das bräuchte man doch nur, wenn man
damit über vorhandene Technik rutschen wöllte. Wovon der TE aber auch
auf Nachfrage
> Vielleicht hast du ja noch Vorgaben, von denen wir nichts wissen.
nichts gesagt hat. Seine 800 MBit/s würde er mit der Technik von GbE
jedenfalls übertragen bekommen. Ganz im Gegensatz zu den ebenfalls
genannten, lächerlichen TOTX/TORX mit ihren maximal 13 MBit/s.
Aber wahrscheinlich sind sowohl die 16 Bit als auch die 50MSPS mal
wieder maßlos übertrieben. Allein daß er das Signal auf der anderen
Seite wieder DA-wandeln will, spricht doch Bände. Jede Wette, daß das
komplett in sich zusammenfällt, wenn man mal reale Anforderungen an
Auflösung und Bandbreite zugrunde legt.
Ich fände ja einen analogen Ansatz cool. Sowas wie Spannung wandeln in
Lichthelligkeit oder Farbe und das dann übertragen und zurückwandeln.
Ist auch die Frage ob das 16 Bits ENOB sind oder wieviele davon rauschen
dürfen.
Digitalisolatoren kann man in Serie schalten, dann wird die
Isolationsspannung höher.
Moin,
Axel S. schrieb:> Wenn das eine dedizierte Übertragungsstrecke ist, warum sollte man da> UDP oder auch nur IP drüber fahren? Das bräuchte man doch nur, wenn man> damit über vorhandene Technik rutschen wöllte.Ich wuerde es so machen. Weil man sich dann keinen Kopf mehr ueber
jeden Kleinscheiss machen muss. Weil man weiss, dass Billigequipment
damit zurechtkommt. Weil man mit Wireshark reindebuggen kann. Weil kein
Klugscheisser ankommt und meint, ja warum haste dich denn nicht an
Standards gehalten...
Axel S. schrieb:> Allein daß er das Signal auf der anderen> Seite wieder DA-wandeln will, spricht doch Bände. Jede Wette, daß das> komplett in sich zusammenfällt, wenn man mal reale Anforderungen an> Auflösung und Bandbreite zugrunde legt.
Da bin ich mir auch ziemlich sicher. Ist mir aber auch egal ;-). Von mir
aus auch gerne mit was groesserem als einem Zynq, vielleicht so ein
Uldra-brontal-Scale-plusplusgeteiltdurchmalminus der dicksten Kajuete,
wo ein Chip ein VorstandsBruttoMonatseinkommen kostet. Ich musses ja
nicht zahlen.
Gruss
WK
Axel S. schrieb:> Allein daß er das Signal auf der anderen Seite wieder DA-wandeln will,> spricht doch Bände.
Mir gibt's eher Rätsel auf. Was passiert mit dem Signal?
Das wird doch in den seltensten Fällen noch in der Bandbreite analog
weiter verarbeitet.
Wieso kann die Auswertung nicht auf der HV Seite passieren und man
schickt nur das Ergebnis runter?
Wenn da genug Strom & Platz für irgendwelche Gigabit Ethernet
Geschichten ist, sollte das doch machbar sein.
Andre schrieb:> Axel S. schrieb:>> Allein daß er das Signal auf der anderen Seite wieder DA-wandeln will,>> spricht doch Bände.>> Mir gibt's eher Rätsel auf. Was passiert mit dem Signal?> Das wird doch in den seltensten Fällen noch in der Bandbreite analog> weiter verarbeitet.
Genau das meine ich doch. Was macht man anschließend mit einem analogen
Signal, das 25MHz Bandbreite und 96dB S/N hat? Warum macht man eben das
nicht gleich mit dem digitalen Signal, wenn man es doch sowieso schon
hat? Das ergibt alles Null Sinn.
Dergute W. schrieb:> Axel S. schrieb:>> Wenn das eine dedizierte Übertragungsstrecke ist, warum sollte man da>> UDP oder auch nur IP drüber fahren? Das bräuchte man doch nur, wenn man>> damit über vorhandene Technik rutschen wöllte.>> Ich wuerde es so machen. Weil man sich dann keinen Kopf mehr ueber> jeden Kleinscheiss machen muss. Weil man weiss, dass Billigequipment> damit zurechtkommt. Weil man mit Wireshark reindebuggen kann. Weil kein> Klugscheisser ankommt und meint, ja warum haste dich denn nicht an> Standards gehalten...
Du meinst einfach einen PC oder ein sehr dickes SoC auf die HV-Seite,
das mit dem ADC über eine noch zu diskutierende Schnittstelle spricht
und die Daten dann auf einer GbE Schnittstelle rausspuckt? Damit in
einen Medienconverter (oder Switch) und auf Glas umsetzen? Kann man
machen. Ist aber langweilig. Und in etwa so fordernd wie Lego. Oder
Malen nach Zahlen.
> Ich gedenke eine abgesetzte Spannungsmessung zu bauen, welche aus> Teilen besteht. Einem Gerät mit dem AD und eins mit dem DA,> dazwischen sollte eine FO (downlink only) verbindung sein.> Bie tiefer performance ist die angelegenheit eigentlich relativ> simpel: AVR mit uart über FO.
Wenig klar - leider habe ich nur ein Elektrotechnik-Studium.
Daraus folgt zwingend: "Wir" brauchen NOCH mehr neue 'Fachkräfte'!
(Musste sein.)
Statt dem ganzen hin und her mit numerischer Übertragung - wie wäre es,
einfach eine der Spannung proportionale Frequenz zu senden? VCOs mit
weitem Bereich sind bereits erfunden und am Ende steht ein
Frequenzzähler.
Moin,
Axel S. schrieb:> Du meinst einfach einen PC oder ein sehr dickes SoC auf die HV-Seite,> das mit dem ADC über eine noch zu diskutierende Schnittstelle spricht> und die Daten dann auf einer GbE Schnittstelle rausspuckt?
Ja, PC koennt' man natuerlich auch machen. Nee, eigentlich gehts mir
eher darum, dass man - abgesehen davon, dass ich auch nicht glaube, dass
da tatsaechlich ein Informationsgehalt von 800MBit/s rueberkommt - das
eben auch unter Verwendung von standardisierten Protokollen mit einem
kleinen FPGA und enstprechendem PHY hinkriegen kann. Und sich nicht
irgendwelche wahnsinnigen Protokolle selber ausdenken muss, sondern
waehrend der Entwicklung (und vielleicht spaeter auch noch) von
Allerweltsequipment (SFP, Wireshark, ...) profitieren kann.
Gruss
WK
Matthias S. schrieb:> Statt dem ganzen hin und her mit numerischer Übertragung - wie wäre es,> einfach eine der Spannung proportionale Frequenz zu senden? VCOs mit> weitem Bereich sind bereits erfunden und am Ende steht ein> Frequenzzähler.
Bei welcher Frequenz möchtest du den VCO denn betreiben, und mit welcher
Referenzfrequenz soll der Frequenzzähler denn arbeiten, um am Ende 50
Millionen Meßwerte pro Sekunde bei 16 Bit Auflösung auszuspucken?
Mal so zum Vergleich: ein Reziprokzähler mit 10MHz Referenzfrequenz
liefert bei den angefragten 5 Dezimalstellen schon mal 100 Messungen pro
Sekunde. Sofern das Meßsignal mindestens 100Hz hat. Betreibe ihn mit
100MHz, dann bist du bei 1000 Messungen pro Sekunde. Dann bleibt "nur"
noch ein Faktor von fünfzigtausend bis zum Wunsch. Wie weit glaubst du
die Megaherzen hochskillen zu können?
-gb- schrieb:> Digitalisolatoren kann man in Serie schalten, dann wird die> Isolationsspannung höher.
Das ist absurder und höchst gefährlicher Unsinn.
Georg
Axel S. schrieb:> Bei welcher Frequenz möchtest du den VCO denn betreiben, und mit welcher> Referenzfrequenz soll der Frequenzzähler denn arbeiten, um am Ende 50> Millionen Meßwerte pro Sekunde bei 16 Bit Auflösung auszuspucken?
Ganz einfach, 3.2768 THz :-)
Axel S. schrieb:> Du meinst einfach einen PC oder ein sehr dickes SoC auf die HV-Seite,> das mit dem ADC über eine noch zu diskutierende Schnittstelle spricht> und die Daten dann auf einer GbE Schnittstelle rausspuckt? Damit in> einen Medienconverter (oder Switch) und auf Glas umsetzen? Kann man> machen. Ist aber langweilig. Und in etwa so fordernd wie Lego. Oder> Malen nach Zahlen.
Oder überhaupt gleich auf WLAN. Braucht halt eine passende Antenne so
dass das bei 50kV nicht zu viel "leuchtet".
rµ schrieb:> Oder überhaupt gleich auf WLAN. Braucht halt eine passende Antenne so> dass das bei 50kV nicht zu viel "leuchtet".
Das würde eng bei 50MSPS, wenn denn wirklich soviel gebraucht wird.
Der TO möchte anscheinend Transiente bis zu maximal 20...25MHz (Shannon
Theorem) im hohen kV Bereich digital erfassen und auch wieder analog
ausgeben.
Fertige Lösungen, Jein wäre die richtige Antwort. Die Module zum
Zusammenstellen gibt es, aber das war es auch schon.
Du benötigst eine Steuerung für 8 bis 16 sample & hold Bausteine. Diese
werden nacheinander (Ringoszillator) durchgeschaltet. (Diese gibt es bis
in Bereiche von mehreren GSPS.). An jedem dieser Ausgänge hängt ein
AD-Wandler. Die geforderte Geschwindigkeit beträgt dann 1/n (n: Anzahl
s&h Bausteine) und n Übertragungsleitungen LWL. Umgekehrtes System ist
dann wieder einfacher zu realisieren.
Axel S. schrieb:> Bei welcher Frequenz möchtest du den VCO denn betreiben, und mit welcher> Referenzfrequenz soll der Frequenzzähler denn arbeiten, um am Ende 50> Millionen Meßwerte pro Sekunde bei 16 Bit Auflösung auszuspucken?
800 MHz. Analog.
