Hallo zusammen,
die Frage ist eher theoretisch, gibt es so etwas wie umgekehrte
Ladderfilter, also Filter aus mehreren gleichen Schwingquarzen, die
einen bestimmten kleinen Frequenzabschnitt stark und steilflankig
dämpfen können?
Es müsste ja vom Prinzip möglich sein, wenn man Quarze und Kondensatoren
tauscht.
in O---||---+---||---+---||---o out
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XTAL XTAL
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Ground Ground
Chris schrieb:> die Frage ist eher theoretisch, gibt es so etwas wie umgekehrte> Ladderfilter
Notchfilter findet man in der Literatur kaum.
Freund Horst hat aber ein schönes paper dazu geschrieben, dass ich hier
mit Euch teile
Eric
Hallo Chris,
ich möchte dem von Eric gezeigten Kram noch etwas hinzufügen:
Die obige einfache Schaltung führt zwar zu einem Notch, aber sie erzeugt
dummerweise immer noch auch ein schmales Bandfilter mit wenigen kHz BBr,
wie im Prinzipbild (Upper Sideband Filter) gezeigt.
Um einen breiten Durchlassbereich ober- und unterhalb des Sperrbereichs
zu bekommen, müssen Induktivitäten eingesetzt werden, wie in Ref.(7) von
W7ZOI gezeigt. Siehe Bild "W7ZOI-Notch" aus seinem Artikel. Der
Sperrbereich wird sehr schmalbandig (<200Hz @-70db).
MfG, Horst
Chris schrieb:> die Frage ist eher theoretisch, gibt es so etwas> wie umgekehrte Ladderfilter, [...]
"Kettenleiter" (="Ladderfilter") bezeichnen eine
bestimmte Struktur, keine bestimmte Übertragungs-
funktion.
eric schrieb:> Notchfilter findet man in der Literatur kaum.
Auch im Internet findet man nicht besonders viel.
eric schrieb:> Freund Horst hat aber ein schönes paper dazu geschrieben, dass ich hier> mit Euch teile
Gute Idee, Danke!
HST schrieb:> Um einen breiten Durchlassbereich ober- und unterhalb des Sperrbereichs> zu bekommen, müssen Induktivitäten eingesetzt werden, wie in Ref.(7) von> W7ZOI gezeigt. Siehe Bild "W7ZOI-Notch" aus seinem Artikel. Der> Sperrbereich wird sehr schmalbandig (<200Hz @-70db).
Sehr interessant! Gibt es dazu auch eine Art normierte Bauteilwerte, die
man dan auf die eigene Frequenz umrechnen kann?
Egon D. schrieb:> "Kettenleiter" (="Ladderfilter") bezeichnen eine> bestimmte Struktur, keine bestimmte Übertragungs-> funktion.
Danke für die Information!
Der Aufwand für ein quarzgestütztes Notchfilter scheint viel höher zu
sein als für einen Bandpass.
HST schrieb:> Um einen breiten Durchlassbereich ober- und unterhalb des Sperrbereichs> zu bekommen, müssen Induktivitäten eingesetzt werden, wie in Ref.(7) von> W7ZOI gezeigt. Siehe Bild "W7ZOI-Notch" aus seinem Artikel. Der> Sperrbereich wird sehr schmalbandig (<200Hz @-70db).
Meintest du dieses Werk ab S. 33 ('12. Crystal Notch Filters')?
http://w7zoi.net/genfil.pdf
Hallo Chris,
Eine Referenz [6] hast du ja schon gefunden:
https://www.highfrequencyelectronics.com/Mar09/HFE0309_Mell-Lurie.pdf
Den W7ZOI-Artikel, den ich meine (Ref.[7]) kann ich hier nicht komplett
zeigen (Copyright):
[7] "Oscillator Noise Evaluation with a Crystal Notch Filter"
Wes Hayward W7ZOI
QEX, July/August 2008
Aber hier ein Auszug zur Dimensionierung der Werte:
"Recall that a symmetrical pi network operating at one frequency with Q
= 1 (XL= XC= R0) exhibits a 90° phase shift and most other properties of
a quarter wave line. Finally, a deeper null is possible with a given
crystal if we transform upward from 50 Ohm".
Ansonsten kann man am schnellsten solche Filter mit einem Simulator
konzipieren, wie es im von Eric geposteten Papier gezeigt ist. Ich habe
dies noch einmal zum einfacheren Lesen als PDF angehängt.
Vielen Dank übrigens für deinen letzten W7ZOI-Link, der mir noch nicht
bekannt war. Zumindest für Quarz-Ladder Bandfilter (Butterworth,
Tchebychev, Cohn, QER) muss man sich nicht mit den ganzen Formeln
herumschlagen - dafür gibt es schon zumindest ein Programm. Aber das war
ja hier nicht die Frage.
MfG, Horst
HST schrieb:> Zumindest für Quarz-Ladder Bandfilter (Butterworth,> Tchebychev, Cohn, QER) muss man sich nicht mit den ganzen Formeln> herumschlagen - dafür gibt es schon zumindest ein Programm. Aber das war> ja hier nicht die Frage.
Vielen Dank für die Abhandlung im PDF-Format! Mit welchem Programm
lassen sich denn Quarz-Notchfilter berechnen (danach hatte ich
tatsächlich schon gesucht, aber nichts gefunden)?
> Mit welchem Programm lassen sich denn Quarz-Notchfilter berechnen
Ein spezielles Programm für Notchfilter wird es nicht geben. Man kann es
aber z.B. mit LTspice simulieren, muss dazu jedoch zuerst die
Quarzparameter ermitteln.
HST schrieb:> Zumindest für Quarz-Ladder Bandfilter (Butterworth,> Tchebychev, Cohn, QER) muss man sich nicht mit den ganzen Formeln> herumschlagen - dafür gibt es schon zumindest ein Programm. Aber das war> ja hier nicht die Frage.
Ich glaube Horst meint hier das Paket Ladpac von Wes Hayward in der
Version 2008
Aber wie schon angemerkt ist das nicht für Notch-Filter
Eric
Sorry, wie die letzten Posts es schon aufzeigen, ist das ein
Missverständnis - das/die von mir erwähnten Programm(e) berechnen keine
Notch- sondern Bandpass-Filter.
Die oben beschriebenen Quarz-Notchfilter hatte ich schrittweise mit dem
Simulator entwickelt. Deine Links zu la3pna und sm5bsz zeigen den Weg
noch am besten (neben dem W7ZOI-Artikel).
MfG, Horst
Ein fertiges Berechnungsprogramm wäre auch zu schön gewesen.
B e r n d W. schrieb:>> Mit welchem Programm lassen sich denn Quarz-Notchfilter berechnen>> Ein spezielles Programm für Notchfilter wird es nicht geben. Man kann es> aber z.B. mit LTspice simulieren, muss dazu jedoch zuerst die> Quarzparameter ermitteln.
Kann man mit diesen Parametern, die ich für ein 20MHz-Grundtonquarz
habe, eine Simulation machen?
Cs: 13,603 fF
Ls: 4,647 mH
Cp: 3,68pF
Rs: unbekannt (~15 Ohm?)
Hallo zusammen, hallo Chris.
Kann man mit diesen Parametern,..., eine Simulation machen?
Warum nicht...? Ändern kannst du ja immer noch.
Mit welchem Programm du auch immer rechnest, nimm dir viel Zeit und
bedenke
alles, was rechts und links des Weges liegt.
73
Wilhelm
Na ja, eigenlich hast du ja alle Daten für eine Simulation.
Als prinzipielles Beispiel für die Schaltung kannst du das Bild auf
Seite 2 des PDFs nehmen (Quarze ohne die Serien Cs und Ls). Ohne
Quarzverstimmungen bekommst du natürlich einen tiefen, aber sehr
schmalen Notch.
Für den Anfang nimmst du parallel zu jedem der Quarze einen
LC-Schwingkreis mit möglichst hohem L/C-Verhältnis (das Quarz Cp und die
Koppel-Cs auf jeder Seite addieren sich jeweils dazu!). Der
Resonanzwiderstand sollte so hoch wie möglich sein, um das Filter mit
relativ niedrigen Abschluss-R für einen breiten Durchlassbereich zu
bedämpfen.
Bei 20MHz schlage ich 3,5 bis 4µH + 10pF-Trimmer vor. Cp der Quarze
musst du messen oder einfach mal mit ca. 5pF ansetzen. Ein Rs von 8 Ohm
entspricht einer Quarzgüte von ca. 73000.
Die Abschlusswiderstände sind immer ein Kompromiss zwischen
Sperrdämpfung des Notches (Quarz-Rs) und der Durchlassbandbreite.
Ausprobieren (1000-2000 Ohm). Die Koppel-Cs musst du so wählen, dass
eine möglichst breite und flache Durclasskurve entsteht. Das hängt ja
von deiner Anwendung ab und
sollte für eine erste Simulation reichen.
Ich will es mit LTSPICE probieren.
Jedes Quarz muss dort nach diesem Ersatzschaltbild gezeichnet werden,
oder?
https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Schwingquarz-Ersatzschaltbild.png
Noch eine andere Frage. Hin und wieder sieht man vor Filtern
Dämpfungsglieder 50 Ohm auf 50 Ohm mit 6dB. Welche Aufgabe haben sie,
sollen sie die Filter entkoppeln und muss ich so etwas auch bei der
Simulation verwenden?
Danke HST! Habe deine Antwort erst gelesen, nachdem ich mein Posting
gesendet habe.
Gute Anleitung!
Generator o----R-----Filter-----R
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GND GND
R = Abschlusswiderstände, ca. 1000-2000 Ohm
Die Abschlusswiderstände R werden so in die Schaltung eingesetzt wie in
der Skizze, oder?
Im Prinzip, hängt von deinem Simulator ab.
Anbei die Screenshots meiner Simulation mit deinen Quarzen (2-polige
Ausführung). Kannst du als Ausgangspunkt nehmen und evtl. noch mehr Pole
hinzufügen.
Huch, hatte deine Frage erst jetzt gesehen.
Ja, so etwas dient zur Entkopplung von Filtern oder allgemein von
Modulen mit reaktiven Eigenschaften.
Ist für diese simulation nicht notwendig.
HST schrieb:> Ja, so etwas dient zur Entkopplung von Filtern oder allgemein von> Modulen mit reaktiven Eigenschaften.
Gut zu wissen, Danke - auch für die Simulation!
Ich habe es gestern als Simu nachgebaut, leider ist ein völlig anderes
Ergebnis ausgegeben worden, ohne schmalen Notch und linearen
Frequenzgang oberhalb des Notches.
Wahrscheinlich habe ich von hier Werte falsch übernommen
https://www.mikrocontroller.net/attachment/434862/2pol_xtalNotch_20MHz_1a.png
Z1 = Z2 = 1100 Ohm
Ck1 = 9pF
Ck2 = 6pF
Quarz:
Cs: 13,603 fF
Ls: 4,647 mH
Cp: 3,7pF
Rs: 10
Parallelschwingkreis:
Spule: L = 3,9uH; R = 2,4 Ohm (?); was ist c = 1000F (?)
Kondensator: c = 1,5p
Dass die Spule eine parasitäte Kapazität besitzt, ist mir klar. 1000F
werden es vermutlich nicht sein, was für ein Wert ist das (ein gedachter
Koppelkondensator von fast unendlicher Größe)?
Ich sehe keinen Fehler in den übernommenen Werten.
Da hätte ich u.a. erklären sollen, dass im ARRL-Designer das Bauteil
"SRX" eine Serienschaltung von R, L und C darstellt. Da hier bei der
Induktivität nur R (Verlustwiderstand) und L interessant ist, habe ich
mit C=1000F praktisch eine Durchverbindung erzeugt. Bei deinem Modell
als Parallelkreis einfach weglassen.
Ein weiterer Fehler (das Modell war ursprünglich für andere Parameter
gemacht worden) ist die Größe von R. Der sollte für eine Spulengüte von
Q=50 so um 9,8 Ohm statt 2,4 betragen. Das ändert aber an der Kurve
praktisch nichts.
Zeige doch mal das Schaltbild deiner Simulation, und die resultierende
Kurve.
Stimmen die Abschlussimpedanzen (1100 statt den Standard 50 ohm)?
Ich benutze immer ideale Trafos an den Enden ("trf"), um die Impedanzen
leicht an 50 ohm anzupassen.
Nachtrag:
Ich hab's auch noch mal in LTSpice als Netlist eingegeben (ziehe ich der
Graphikbastelei vor). Die Ergbnisse sind identisch mit oben. Hätte mich
auch gewundert.
Danke! Ich konnte es heute mit LTspice simulieren und es funktioniert
auch, der Notch ist da, wo er sein soll :-)
HST schrieb:> Für den Anfang nimmst du parallel zu jedem der Quarze einen> LC-Schwingkreis mit möglichst hohem L/C-Verhältnis (das Quarz Cp und die> Koppel-Cs auf jeder Seite addieren sich jeweils dazu!).
Das Zuaddieren der Koppel-Cs auf jeder Seite begreife ich noch nicht
richtig.
Bei 3,9uH und 20MHz muss theoretisch Cp(gesamt) = 16,2pF für den
LC-Parallelschwingkreis sein.
In der Schaltung haben wir pro Zweig:
1,5p + 3,7p + 9p + 6p = 20,2p
1,5p: C direkt parallel zu L
3,7p: Cp vom Quarz
9p: Ck1
6p: Ck2
https://www.mikrocontroller.net/attachment/434862/2pol_xtalNotch_20MHz_1a.png
Das kommt ja nicht ganz hin, weil bei meiner Rechnung 4p zuviel sind. Wo
liegt der Denkfehler?
Prima, dass es geklappt hat. Ich weiß niccht, ob du die Graphik als
Eingabe beibehalten oder die Netlist verwendet hast.
Da ist kein Denkfehler - die reine LC-Resonanz liegt sicher etwas
tiefer. Aber bei dieser Schaltung sollte es m.E. auf eine möglichst
breite und flache Durchlasskurve ankommen. Die fres des LC-Kreises
stellt nur einen Startwert für die Simulation dar, damit überhaupt ein
sinnvolles Ergebnis etsteht. Ich gehe davon aus, dass die Parallelquarze
neben deren Cp auch noch einen Einfluss auf die Resonanzen haben. Ich
vermute auch, dass LC-fres deutlich unter 20MHz liegen muss, um die
Kurve unterhalb der Notchfrequenz zu verbreitern.
Ich habe dabei immer wieder feststellen können, dass der Simulator dein
Freund zur Optimierung darstellt. Bei so einer Netlist kann man alle
Parameter sehr einfach und schnell verändern. Du kannst mit allen Werten
spielen, von L über (L)Cp und Ck bis Z.
Du kannst dir mal die Kurve ansehen, wenn Ck1&Ck3 =11pF und Z =700 Ohm
betragen. Es hängt eben davon ab, was du erreichen willst.
Du kannst auch Ck1&Ck3 überbrücken und dafür Ck2 z.B. auf 9 oder 10pF
setzen (Z wieder 1100 Ohm).
Viel Spaß, Horst
Ich habe mit dem Grafikmodus in LTspice gearbeitet.
Wirklich faszinierend, wie sich die Kurven ändern, wenn man Bauteilwerte
verändert.
HST schrieb:> Bei so einer Netlist kann man alle> Parameter sehr einfach und schnell verändern. Du kannst mit allen Werten> spielen, von L über (L)Cp und Ck bis Z.
Benutzt du die Netlist anstelle vom Grafikmodus, weil sich dann die
Bauteilwerte schneller und bequemer ändern lassen?
Das ist eben die Macht der Gewohnheit. Jeder hat seine Vorlieben - der
betagte ARRL-Designer (den ich seit 20 Jahren benutze) besitzt nur die
Texteingabe. Mit der Text-(Netlist-) Eingabe bin ich einfach schneller.
Anbei noch ein Screenshot vom Filter, das ich einfach mal auf 3 Pole
erweiterte, wobei ich zum Spaß auch noch einen Frequenzversatz der
Quarze zur Verbreiterung der Notchspitze hineingebastelt habe (Cs1 &
Cs2).
Ich weiß ja nicht, wozu du so ein Filter brauchst. Die Alternative dazu
ist ja die W7ZOI-Schaltung, die PI-Filterkopplung statt Parallelkreise
verwendet (TP-Verhalten).
