Buffer-OPV für Kabel nötig?

[DiffOut (Gast)]

Moinmoin,

ich möchte gerne das Ausgangssignal eines AD8253 differentiell auf die 
Reise schicken. Das Signal hat +-10V und 100kHz Bandbreite und soll mit 
möglichst wenig Verzerrung im Zeitbereich verarbeitet werden. Um das 
unterschiedliche Propagation Delay eines invertierenden Ausgangs zu 
vermeiden dachte ich an einen TPH210 in Unity Gain. Zusätzlich soll ein 
schaltbarer Lowpassfilter mit full BW, 10kHz, 1kHz und 10Hz dazu kommen. 
Den wollte ich über Kondensatoren und einen 2x4 Mux parallel zu den 
Feedbackwiderständen des TPHs realisieren.

Kann ich dessen Ausgang direkt zum Treiben von maximal 5m Kabel 
hernehmen oder muss ich mit einem Ausgangswiderstand oder gar 
zusätzlichen Buffern arbeiten? Die Abschlussimpedanz ist größer 10kOhm.

Viele Grüße,

DiffOut

[Der Zahn der Zeit (Gast)]

DiffOut schrieb:
> mit möglichst wenig Verzerrung im Zeitbereich
Da rollen sich mir immer ein bisschen die Fingernägel hoch. "Möglichst 
wenig" - was man bei der PTB in High-Speed-Labors mit Kryo-Technik 
erreichen kann? Picosekunden? Es geht bestimmt noch weniger - man muss 
nur ein paar Millionen (oder Milliarden oder...) in die Forschung 
investieren.

Was ich damit sagen will ist hoffentlich klar. Die Frage ist, wie viel 
Aufwand du für welches Ergebnis zu betreiben bereit bist. Wenn du keine 
Ahnung hast, wie viel Fehler welche Verzerrung (was immer damit gemeint 
ist) verursacht, dann ist das nicht gut. Es ist ein Unterschied, ob du 
am anderen Ende z. B. mit 8, 16 oder 24 Bit digitalisierst. Der 
Unterschied ist ungefähr ein Faktor 1 : 10000. Oder ob ein Audiosignal 
in Tonstudioqualität oder nur ein Ultraschall-Beschleunigungsaufnehmer 
an einer Werkzeugmaschine für eine grobe FFT übermittelt werden soll.

Welche "Verzerrung im Zeitbereich" meinst du: Phasengang, Amplitudengang 
- die wären beide im Frequenzbereich, also Überschwingen, 
Flankensteilheit?

Einen TPH210 habe ich nicht gefunden (Schreibfehler?). 100 kHz sind bei 
5 m reine NF. Differentielle Übertragung ist sicherlich keine schlechte 
Idee. Wieso würde die Verzögerung eines einfacher Inverters schädlich 
sein? Das solltest du mit Zahlen belegen, aber bitte nicht mit 
Bauchgefühl. Oder mit den gesamten Hintergrundinformationen. Wie sieht 
denn dein differentieller Eingang aus, was leistet den der?

Wie sieht es denn mit der erforderlichen CMRR aus? Sollte die nicht auch 
"möglichst hoch" sein?

Fazit: Ja, differentielle Übertragung ist in deinem Fall wahrscheinlich 
sinnvoll. Aber wie viel Aufwand man treiben muss, damit das Signal am 
Ende nicht unnötig(!) verschlechtert wird, erfordert sehr viel mehr 
Spezifikation.

[DiffOut (Gast)]

Die Bandbreite hatte ich ja bereits angegeben, im schlimmsten Fall 
handelt es sich um einen Impuls mit 100kHz Bandbreite, was ich durch R3 
und C5 versucht habe anzunähern. Entscheidend sind Fehler im 
Zeitbereich, sprich V/t. Es wird keinerlei FFT oä mit den Daten 
angestellt.

Um das Rauschen am Ausgang zumindest ein bisschen zu unterdrücken, habe 
ich auch bei voller Bandbreite C1 und C6 eingefügt. Das führt aber zu 
einem propagation delay von 135ns zwischen positivem und negativem 
Ausgang, welches ich gerne vermeiden würde. CMRR ist in der Anwendung 
nicht entscheidend, da der AD8253 nur singleended ausgibt und sich der 
zweite Eingang des THP210 (das war in der Tat ein Tippfehler) auf GND 
bezieht um singleended zu differentiell umzusetzen.

Viele Grüße,

DiffOut

[Thomas B. (thombde)]

So wie ich das verstehe, willst Du nur Daten über ein 5M Kabel möglichst
störungsfrei, rauscharm und unverzerrt übertragen.
Man kann es auch kompliziert machen.

DiffOut schrieb:
> Die Abschlussimpedanz ist größer 10kOhm.

Finde ich zu hochohmig
Da fängt man sich auch mit nur 5m Kabel eine Menge Müll ein.
Dann lieber niederohmig mit ZB. LT1010 treiben.
Bandbreite von 100khz ist ja nichts.

[A. S. (Gast)]

DiffOut schrieb:
> Das führt aber zu einem propagation delay von 135ns zwischen positivem
> und negativem Ausgang, welches ich gerne vermeiden würde.

Ich weiß ja nicht, warum du differentiell übertragen willst, aber gegen 
den delay kannst Du die gleiche Stufe ja nichtinvertierend für den 
positiven Ausgang spendieren.

[Der Zahn der Zeit (Gast)]

Der THP210 hat symmetrische Ausgänge. Wieso taucht das in deiner 
Simulation nicht auf? Dein ganzer Thread wird dadurch ad Absurdum 
geführt. ????

Nur nebenbei:
Thomas B. schrieb:
> Finde ich zu hochohmig
> Da fängt man sich auch mit nur 5m Kabel eine Menge Müll ein.
Wieso das? Welche Art Müll meinst du? Elektrostatisch oder 
elektromagnetisch? Im 1. Fall spielt die Parallelschaltung von Quell- 
und Zielimpedanz eine Rolle, hier also nur die sehr geringe 
Quellimpedanz. Die 10 kOhm spielen keine Rolle, das dürfen auch 10 GOhm 
sein, ohne dass mehr Störungen entstehen. Den 2. Fall meinst du 
wahrscheinlich gar nicht, und dann kommt noch die Symmetrie hinzu, die 
Probleme durch Ausgleichsströme sehr stark reduziert.

[DiffOut (Gast)]

Mit Abschlussimpedanz meinte ich den Eingang des sich nach den 5m Kabel 
anschließendem Messgeräts. Da kann ich auch nichts dran drehen.

Die Simulation sollte nur das Propagation-Delay zeigen wenn man es 
klassisch mich einem zusätzlichen invertierenden OPV löst. Mittlerweile 
habe ich Spice-Modelle für den THP210 und den AD8253 gefunden. Ohne 
Ausgangswiderstände schwingt er ohne Ende, mit R7 und R8 von 50 Ohm ist 
er stabil, was aber zu einem Fehler in Kombination mit der recht 
geringen Eingangsimpedanz des Messgeräts führt. Fügt man noch C6 und C7 
hinzu und erhöht den Widerstand auf 220 Ohm, wird er zwar stabil. C3 und 
C4 sollen dann auf 10pF, 1.5nF, 15nF und 1.5uF umgeschaltet werden. Das 
sorgt allerdings ab 15n für komische Peaks an der Flanke. Ändere ich 
hingegen C6 und C7, sieht bis auf die komischen Spikes bei 1.5uF alles 
gut aus. Der Tiefpass scheint auch weiterhin zu funktionieren Da ich das 
noch nirgends sonst so gesehen habe, handele ich mir dadurch andere 
Probleme ein?

Viele Grüße,

DiffOut

[argos (Gast)]

DiffOut schrieb:
> Mittlerweile
> habe ich Spice-Modelle für den THP210 und den AD8253 gefunden. Ohne
> Ausgangswiderstände schwingt er ohne Ende, mit R7 und R8 von 50 Ohm ist
> er stabil, was aber zu einem Fehler in Kombination mit der recht
> geringen Eingangsimpedanz des Messgeräts führt. Fügt man noch C6 und C7
> hinzu und erhöht den Widerstand auf 220 Ohm, wird er zwar stabil. C3 und
> C4 sollen dann auf 10pF, 1.5nF, 15nF und 1.5uF umgeschaltet werden. Das
> sorgt allerdings ab 15n für komische Peaks an der Flanke. Ändere ich
> hingegen C6 und C7, sieht bis auf die komischen Spikes bei 1.5uF alles
> gut aus. Der Tiefpass scheint auch weiterhin zu funktionieren Da ich das
> noch nirgends sonst so gesehen habe, handele ich mir dadurch andere
> Probleme ein?

C3 und C4 sind entberlich. Der eigentliche Filterkondensator ist C5. C6 
und C7 haben nur ein Bruchteil der Kapazität von C5 und sind abhängig 
von R4, R5, C5. Das korrekte Verhältnis von C5 zu C6 bzw. C7 lässt sich 
über einen AC-Sweep (ebener Amplitudengang) oder durch Ansteuerung mit 
einer Rechteckspannung (auf minimale bis gar keine Überschwinger 
abgleichen) ermitteln.

[DiffOut (Gast)]

C5 soll die Kabelkapazität darstellen.

Allerdings ist mir gerade aufgefallen das zwar das Delay zwischen den 
einzelnen Ausgängen beim THP210 geringer ist, das zum Ausgang des PGAs 
allerdings deutlich größer. Dazu kommt noch, das der negative Ausgang zu 
wenig Pegel hat. Dann kann ich mir das ganze auch direkt sparen. Liegt 
das am THP210? Gibt es bessere differentielle OPVs für +-15V?

Viele Grüße,

DiffOut

[Peter D. (peda)]

Sag doch ganz einfach mal, welche Auflösung der ADC dahinter hat.

Am besten ist natürlich, den ADC gleich mit drauf zu setzen und die 5m 
digital zu übertragen.

[Achim S. (Gast)]

DiffOut schrieb:
> Dazu kommt noch, das der negative Ausgang zu
> wenig Pegel hat.

Wie stark unterscheiden sich denn OUT+ und OUT- tatsächlich? Das ist in 
deinen Plots nicht so ohne weiteres zu erkennen. Die hohe Genauigkeit 
des TWP210 bezieht sich auf die Differenzspannung zwischen Out+ und 
OUT-. Wenn OUT+ etwas höher liegt als PGA udn OUT- etwas niedriger, kann 
das korrekt sein (solange die Differenz stimmt).

Der Mittelwert beider Spannung darf schon mal um ein paar mV von VOCM 
abweichen - was sich dann in unterschiedlich hohen Signalen für OUT+ und 
-OUT- bemerkbar macht.

[Der Zahn der Zeit (Gast)]

DiffOut schrieb:
> Allerdings ist mir gerade aufgefallen das zwar das Delay zwischen den
> einzelnen Ausgängen beim THP210 geringer ist
Das Delay ist nicht nur kleiner, es ist so klein, dass du es weder 
simulieren noch messen kannst.

> das zum Ausgang des PGAs allerdings deutlich größer.
Was spielt das denn für eine Rolle???

> Dazu kommt noch, das der negative Ausgang zu
> wenig Pegel hat. Dann kann ich mir das ganze auch direkt sparen. Liegt
> das am THP210?
Das hast du den THP210 nicht verstanden. Der hat einen 
Pseudo-Floating-Ausgang. Ähnlich wie bei einem Trafo: Es gibt keine 
feste Beziehung zu einer Masse, nur du Differenz der Ausgangsspannungen 
sind relevant. Wenn du beide Ausgänge über gleiche Widerstände auf Masse 
legst, sind beide Ausgangsspannungen gleich groß. Wenn du einen Ausgang 
auf Masse legst, liefert der andere die doppelte Spannung. Wie beim 
Trafo. Das ist der Sinn eines guten differentiellen Ausgangs, nur zwei 
Masse-bezogene, zueinander inverse Ausgänge sind "zweitklassig".

> Gibt es bessere differentielle OPVs für +-15V?
1. Du hast noch nicht verstanden, dass der THP210 viel besser ist, als 
das, was du brauchst.
2. Es gibt andere, z. B. den OPA1632, die haben andere Stärken, sind 
aber nicht in allen Beziehungen besser.

[Klaus R. (klara)]

DiffOut schrieb:
> Kann ich dessen Ausgang direkt zum Treiben von maximal 5m Kabel
> hernehmen oder muss ich mit einem Ausgangswiderstand oder gar
> zusätzlichen Buffern arbeiten? Die Abschlussimpedanz ist größer 10kOhm.

Bei 10 K Abschlussimpedanz kannst Du das 5 m Kabel direkt benutzen. Wenn 
es symmetrisch ist, um so besser. Die beiden Leiter sollten aber 
verdrillt sein.

Wenn die Übertragung wirklich gut sein soll, dann schau Dich mal bei 
THAT um. Die gleichen die beiden Kanäle mit Laser ab um die Symmetrie zu 
erhöhen.

http://www.thatcorp.com/datashts/THAT_1200-Series_Datasheet.pdf
http://www.thatcorp.com/datashts/THAT_1606-1646_Datasheet.pdf

mfg klaus

[argos (Gast)]

DiffOut schrieb:
> C5 soll die Kabelkapazität darstellen.

Mag sein, allerdings wenn umschaltbare Grenzfrequenzen realisiert werden 
sollen, muss an C5 angesetzt werden.

> Dazu kommt noch, das der negative Ausgang zu wenig Pegel hat.
> Dann kann ich mir das ganze auch direkt sparen.

Die Differenzspannung ist hier von Interesse. Stimmt die?

[DiffOut (Gast)]

Der DAC wechselt je nach Anwendung und reicht von 50kSps mit >20Bit bis 
10MSps mit 8Bit. Das Signal wird mit anderen Größen im Zeitbereich 
korreliert. Deshalb ist es absolut entscheidend das ich mir in den 
Stufen so wenig Delay wie nur irgend möglich einfange.

Dementsprechend ist der THP210 für die Anwendung nicht geeignet, denn 
bei 10MSps sind das immerhin 5 Sample die das Signal zu spät kommt. Das 
mit der Differenz hingegen passt, die ist zwischen den beiden Kanälen 
genau so groß wie erwartet.

Naja, ich werde wohl einen aktiven Tiefpass zwischen AD8253 und 
Diffout-Stufe setzen, das ist einfacher zu handhaben und gibt bei voller 
Bandbreite nur 100ns Delay. Der OPA1632 sieht zwar von der 
Geschwindigkeit deutlich besser aus, hat aber einen viel zu großen 
Offset.

Beste Grüße,

DiffOut

[Bernd (Gast)]

DiffOut schrieb:
> denn
> bei 10MSps sind das immerhin 5 Sample die das Signal zu spät kommt.
Ähm, wenn du verschiedene Wandler hinten dran hast, wirst du evtl. auch 
feststellen, das du - je nach Wandler - auch dort unterschiedliche 
Latenzen bekommen wirst.

Im Zweifelsfall gibst du auf alle Kanäle das gleiche Signal und 
ermittelst so die jeweilige Latenz. Da spielen dann die Delays im 
Leitungstreiber keine Rolle mehr.