Hochpass Problem

Passi schrieb:
> ich habe eine Problem mit einem Hochpass von mir.

Und ich habe ein Problem mit Schaltplänen in Prosa.

Die hier allgemein übliche Sprache zur klaren Verständigung
ist ein Schaltplan in Form einer klar lesbaren *.png Datei.

Hier der Schaltplan. Die Größen für den Kondensator und den Wiederstadn 
vom Hochpass sind noch alte größen. Aktuell besteht er wie oben 
beschireben aus 10uf Kerko + 100kOhm

Helmut S. schrieb:
> Laut Datenblatt beträgt die Offsetspannung typisch +/-15mV bei +/-5V
> Versorgungsspannung. Ein maximaler Wert für +/-5V Versorgungsspannung
> ist nicht spezifiziert.
Ja diesen verscuhe ich ja über den Hochpass zu kompensieren. Allerdings 
komme ich aus dem HP nicht mit 0V sondern mit ~6mV

Aaaach das erklärt einiges

Gustl B. schrieb:
> Der PGA hat maximal 50 nA Input Bias Current
>
> 50 nA * 100 kOhm = 5 mV


svedisk ficklampa schrieb im Beitrag #6077545:
> Warum tust du nicht einfach den Offset statisch wegkompensieren?
>
> Ist das zu einfach?

Wie genau ?

ne ich möchte ggf anschließend über den PGA verstärken.

Helmut S. schrieb:
> Nach dem Filter kommt doch sowieso ein AC-gekoppelter PGA. Da ist doch
> der DC-Offset des Filters dann komplett weg.

Ne eingangsseitig ist der PGA mit GND (IN-)und dem Ausgang (+IN) von dem 
Filter verbunden.

Gustl B. schrieb:
> Und ich vermute die kommen von den maximal 50 nA Input Bias Current.

Ja der Fehler kommt daher. Mit 10k bzw 1k ist der Offset weg. Das 
Problem dabei ist alleridngs dass die Zeitkonstante ebenfalls kleiner 
wird. Hättet ihr dafür eine Lösung? Die Variante mit dem OpAmp zur 
Kompensation kommt leider in Frage, da ich dafür Platztechnisch keine 
Lösung finde.

Na weil der Filter mir den Offset von -30mV erzeugt. Er handelt sich um 
Induktionsspannungen. Die Frequenzen liegen zwischen 50 Hz und können 
Peaks von bis zu 300 kHz enthalten.

Ja nach Amplitude möchte ich das Signal durch den PGA verstärken, mit 
den -30mV Offset wird das ganze aber stark verzerrt.

Was würde denn gegen einen 100uF Kondensator unds 10 kOhm widerstand 
sprechen? Zur zeit habe ich einen 10uf und 10 kOhm drin. Der Offset ist 
okay, allerdings würde ich gerne von 100ms auf 1000ms mit der 
Zeitkonstante. Der Trafo ist leider keine Option.

Gustl B. schrieb:
> Der PGA hat maximal 50 nA Input Bias Current
>
> 50 nA * 100 kOhm = 5 mV

Als Erklärung mir das zuwenig differenziert. Weil man darob weitere 
Quellen übersehen könnte. Dass genau das verwendete Exemplar derart 
stark vom typischen Wert von 5nA abweicht, ist eher unwahrscheinlich. Es 
müssten mehrere Exemplare verglichen werden.

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In die Grenzwertbetrachtung muss natürlich der max. Wert einfliessen:
Ursachen               typ  max     Offset am Eingang
------------------------------------------------------
Input Bias Current     5nA  60nA    6            mV
Input Offset Current   5nA  40nA    4            mV
Offset Voltage                      ±210 + 900/G uV

Offset am Ausgang unkompensiert:
----------------------------------
G=1     10.21*  1 +0.9 =   11 mV
G=10    10.21* 10 +0.9 =  103 mV
G=100   10.21*100 +0.9 = 1022 mV

Offset am Ausgang: Den "Input Bias Current" kann mit einem Widerstand ( 
R=HP_I_R1) zwischen In- und GND kompensiert werden.
--------------------------------
G=100    4.21*100 +0.9 =  422 mV

Offset am Ausgang HP_I_R1 = 10 kOhm
--------------------------------
G=100    0.61*100 +0.9 =  62 mV

Weitere Reduktion gemäss "Figure 57. Driving the Reference Pin" 
Selbstverständlich ist für den verbleibenden Fehler, der 
Temperaturkoeffizient der einzelnen Fehler zu berücksichtigen.

Gibt es Einwände?

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Passi schrieb:
> Ja diesen verscuhe ich ja über den Hochpass zu kompensieren. Allerdings
> komme ich aus dem HP nicht mit 0V sondern mit ~6mV

Wie ist der Ref-Pin beschalten? Offen oder an GND gelegt?

Harlekin schrieb:
> Wie ist der Ref-Pin beschalten? Offen oder an GND gelegt?

Der Ref-Pin vom PGA liegt auf 2,048V

Passi schrieb:
> Der Ref-Pin vom PGA liegt auf 2,048V

Welchen Innenwiderstand hat die 2.048V-Quelle?

Je kleiner um so besser, da sonst Differenzverstärker A3 verfälscht 
wird. Figure 51. Simplified Schematic

Das ist ein ref5020 mit Beschaltung wie im Datenblatt

Ich kann leider nicht editieren, da ich nicht angemeldet bin. Da fehlte 
noch der Zusatz, dass vom ref5020 auf ein OPA197 gegangen wird, welcher 
als Spannungsfolger beschaltet ist.

Passi schrieb:
> vom ref5020 auf ein OPA197 gegangen wird, welcher
> als Spannungsfolger beschaltet ist.

Für mich im grünen Bereich. Bringt einen Ausgangsoffset von max. +-100uV
Sowie die Verstärkung des A3 bleibt erhalten. Allerdings würde ich den 
PU_C1 reduzieren. Dadurch wird der OPA197 kapazitiv belastet. Seine 
Phasenreserve wird dadurch verringert. Ein Riso (OPA197 Figure 47,48 und 
49) kann, wegen dem Differenzverstärker nicht verwendet werden. 
Zusätzlich auf kurze Leiterbahn und störarmes Umfeld achten.

Ich würde gerne noch einmal auf eine Frage von mir eingehen. Was würde 
denn gegen einen passiven Hochpass aus einem 100uF Kondensator und 10 
kOhm widerstand sprechen? Ich hätte eine Zeitkonstante von 1Sek und dazu 
wäre 10 komm ausreichend gering um den Offset zu begrenzen.

Passi schrieb:
> Was würde
> denn gegen einen passiven Hochpass aus einem 100uF Kondensator und 10
> kOhm widerstand sprechen?

Wegen dem Biasoffsetstrom sollte man nicht grösser als 10kOhm gehen. Den 
100uF gibts wahrscheinlich nicht in NPO. Ob die anderen Materialien die 
Schaltungsanforderungen erfüllen, muss geprüft werden. (Stichworte: 
Spannungs- und temperaturabhängige Kapazitätswerte) Spannungsabhängige 
Kapazitäten im Signalpfad bewirken nicht lineares Verhalten.


Mich würde interessieren, ob das Entfernen des PU_C1 den Offset 
reduziert?

Harlekin schrieb:
> Mich würde interessieren, ob das Entfernen des PU_C1 den Offset
> reduziert?

Ich habe den Hochpass als auch den PU_C1 entfernt. Am Ausgang liegen 
aber immernoch die knapp -30 mV an :/

Ich muss dazu sagen, dass auf der Platine der exakt gleiche Aufbau 
nocheinmal existiert. Sollte da der PU_C1 entfernt werden? Ich bin mir 
aber nicht wirklich sicher, ob das notwendig ist...

Passi schrieb:
> Harlekin schrieb:
>> Mich würde interessieren, ob das Entfernen des PU_C1 den Offset
>> reduziert?
>
> Ich habe den Hochpass als auch den PU_C1 entfernt. Am Ausgang liegen
> aber immernoch die knapp -30 mV an :/


An welchem Ausgang liegen die -30 mV an? Filter oder PGA?

Harlekin schrieb:
> Passi schrieb:
>> Harlekin schrieb:
>>> Mich würde interessieren, ob das Entfernen des PU_C1 den Offset
>>> reduziert?
>>
>> Ich habe den Hochpass als auch den PU_C1 entfernt. Am Ausgang liegen
>> aber immernoch die knapp -30 mV an :/
>
> An welchem Ausgang liegen die -30 mV an? Filter oder PGA?

Am Ausgang des aktiven Filters. Der PGA setzt das Signal um 2,048 V 
hoch, durch den Offset somit natürlich nur auf 2,018 V.

Das es hier um Spannungsmessungen (und nicht um Audiosignale) geht, 
greift der HP natürlich schon ziemlich in die Genauigkeit ein, vor allem 
wenn die Induktionsspannungen einen DC Anteil besitzen. Ich bin mit der 
Lösung des HP nicht wirklich zufrieden und habe gestern einmal einen OPV 
als Summierer beschaltet 
(https://masteringelectronicsdesign.com/summing-amplifier-calculator-java/) 
das hochsetzen um 30 mV hat soweit ich das beurteilen sehr gut 
funktioniert, ich denke dass ich das Problem so lösen werde. Auch wenn 
ich zunächst einen zusätzlichen OPV ausgeschlossen habe, letztendlich 
scheint es allerdings de einzig vernünftige Lösung zu sein.

Das  Problem ist nur, wenn meine Versorgungsspannung schwankt, dann geht 
mein Signal ebenfalls hoch und runter. Ich habe für den Addierer die 
2,048 V als Referenz verwendet, die sind ja recht stabil .

Passi schrieb:
> vom ref5020 auf ein OPA197 gegangen wird, welcher
> als Spannungsfolger beschaltet ist.

Passi schrieb:
> Ich muss dazu sagen, dass auf der Platine der exakt gleiche Aufbau
> nocheinmal existiert. Sollte da der PU_C1 entfernt werden? Ich bin mir
> aber nicht wirklich sicher, ob das notwendig ist...

Folgende Frage bezieht sich auf den Spannungsfolger OPA197 am 
Referenzeingang des PGA. Welche Gesamtkapazität hängt an dessen Ausgang?

Insgesamt 3 x 100 nF (ADC,PGA(1),PGA(2))

Passi schrieb:
> Insgesamt 3 x 100 nF (ADC,PGA(1),PGA(2))

Als Spannungsfolger sind gemäss Datenblatt max. 1nF zulässig. Kapitel 
"7.3.5 Capacitive Load and Stability"

Ich würde mal prüfen, ob der Ausgang des OPV schwingt.
Falls ja würde ich folgendes versuchen: Die beiden PGA direkt mit max. 
je 100pF und den ADC über einen R_iso mit notwendiger Kapazität 
anschliessen.
Figure 49, wobei beim ADC müsste man den Effekt des R_iso noch genauer 
untersuchen.

Harlekin schrieb:
> und den ADC über einen R_iso mit notwendiger Kapazität
> anschliessen.

Alles klar ich werde das ganze mir mal später anschauen. Der Ausgang des 
OPA197 schwingt auf dem Oszi allerdings nicht wirklich. Was meinst du 
denn aber genau mit dem R_iso?

Und eine Verständnisfrage hätte ich noch. Warum meinst du, dass der 
Fehler durch die Referenzspannung hervorgerufen wird? Im Grunde genommen 
funktioniert der Aufbau ja, einzig der aktive Filter provoziert einen 
negativen Offset, den ich mit einem inv. Summierer aber ganz gut in den 
Griff bekomme habe.

Passi schrieb:
> Was meinst du
> denn aber genau mit dem R_iso?

das erklärt sich von selbst, wenn du mal die Abbildung anschaust, auf 
die dich Harlekin hingewiesen hat:

Harlekin schrieb:
> Figure 49, wobei beim ADC müsste man den Effekt des R_iso noch genauer
> untersuchen.

Achim S. schrieb:
> das erklärt sich von selbst, wenn du mal die Abbildung anschaust, auf
> die dich Harlekin hingewiesen hat:

Ach habs gesehen., war bei dem ADC und PGA gedanklich. Er meinte das 
Datenblatt des OPA197.

Wäre trotzdem noch dankebar zu wissen, warum du genau dort den Grund für 
den Offset vermutest.

Passi schrieb:
> Wäre trotzdem noch dankebar zu wissen, warum du genau dort den Grund für
> den Offset vermutest.

Harlekin hat dich einfach darauf hingewiesen, das du den OPA in einem 
undefinierten Modus betreibst. Er darf nur 1nF Last treiben, du hast 
aber 300nF drangehängt. Da können seltsame Effekte auftreten. Üblich ist 
Schwingen.

Das heißt nicht, dass dein Offset-Problem daher kommen muss. Aber du 
solltest zunächst den OPV korrekt betreiben, damit sich die Suche nach 
weiteren möglichen Fehlerquellen lohnt.

Passi schrieb:
> Wäre trotzdem noch dankbar zu wissen, warum du genau dort den Grund für
> den Offset vermutest.

Hauptsächlich ging es mir darum auf ein Dimensionierungsproblem 
hinzuweisen. Den Filterausgang wird es eher nicht beeinflussen, 
allenfalls indirekt über die gemeinsame Speisung. Hingegen könnte es die 
Ausgänge der PGAs und des ADC verfälschen.

Harlekin schrieb:
> Passi schrieb:
>> Wäre trotzdem noch dankbar zu wissen, warum du genau dort den Grund für
>> den Offset vermutest.
>
> Hauptsächlich ging es mir darum auf ein Dimensionierungsproblem
> hinzuweisen. Den Filterausgang wird es eher nicht beeinflussen,
> allenfalls indirekt über die gemeinsame Speisung. Hingegen könnte es die
> Ausgänge der PGAs und des ADC verfälschen.

Also die 100nF Abblockkondensatoren habe ich gemäß deinem Vorschlag 
entfernt. das Ref-Signal hat sich nicht merklich verbessert, trotzdem 
danke dir Harlekin, dass du mich auf die Fehlauslegung hingewiesen hast.

Über einen inv. Summierer mit und einem 50kOhm Trimm- Poti habe ich den 
Offset nun korriert bekommen. Am Ausgang des Summierers gibt es 
allerdings das Problem, dass dieser bei 0,7 V einen kleinen 
Spannungseinbruch erzeugt (s. Abbildung). Meint ihr, dass das vielleicht 
durch die internen Schutzdioden her kommt? Ich habe die Beschaltung des 
Summierers ebenfalls einmal als Schaltplan angehängt.

Es war wohl ein zu hoher Strom, ich habe die Widerstände um Faktor 10 
erhöht, nun funktioniert alles wie gewünscht.

Ist der Offset des Filters garantiert immer negativ?

In meinem Fall, ja