Schaltung mit OPV und ADC

[Haidar H. (haidar)]

Hallo zusammen,

Meine Schaltung sieht folgendermaßen aus:

[...]Mischer(80kHz Ausgangfrequenz, 245 Ohm Ausgangswiderstand) --> VGA 
(100 Ohm Eingangswiderstand, 0.5 Ohm Ausgangswiderstand) --> OPV (siehe 
Fragen unten) -->ADC (3kOhm Eingangswiderstand)

Durch den relativ hohen Ausganswiderstand am Mischer verliert man durch 
den Spannungsteiler etwas Spannung und 1/3 fällt am VGA (Lmh6881) ab. 
Der VGA verstärkt individuell das Signal.

Um den ADC (PCM4220) zu treiben und als Filter folgt ein OPV.
Im Datenblatt des ADCs (PCM4220) auf Seite 25 ist folgende Schaltung als 
Input Puffer zu finden: [Bild1]

Meine Fragen Hierzu wären:
1. Berechnet sich die Verstärkung aus -270/560 = -0,4821 (invertierender 
Verstärker)?
2. Wofür ist der Kondensator mit 1nF im Rückkoppelzweig? Kann man den 
weglassen?

3. Am Ende befindet sich ein RC Tiefpass. Die Grenzfrequenz berechnet 
sich aus fg=1/(2*pi*R*C) = 1/(2*pi*80,4*2,7n)=733kHz. Stimmt das?
Ich würde nämlich gern die Werte für meinen Fall anpassen.

Ich würde gern den OPV verwenden: LTC6362.
Meine Fragen hierzu wären:

4. Wie groß ist der Eingangswiderstand? Eigentlich sollte der 
Eingangswiderstand bei einem idealen OPV so groß wie möglich sein. Auf 
Seite 11 ist eine Formel:[Bild2]
Hier das zugehörige Bild zur Formel:[Bild3]
Kann ich diese verwenden, um den Eingangswiderstand auszurechnen? Das 
wären im Fall der oben verwendeten Schaltung 668,8 Ohm. Stimmt das?

5. Wenn am VGA 1Vpp als Ausgangssignal herauskommt dann würden durch den 
niedrigen Ausgangswiderstand des VGAs und den  Eingangswiderstand des 
OPVs quasi fast die vollen 1Vpp am OPV Eingang anliegen und entsprechend 
verstärkt werden. Kommt das hin?

6. Wie hoch ist der Ausgangswiderstand? Auf Seite 7 oben rechts im 
Diagramm wird 1 Ohm für 100k angegeben. Dann würde ich damit 
weiterrechnen. Passt das? [Bild4}

7. Ich bin an keinen DC-Anteil des Nutzsignals interessiert. Sollte ich 
daher vor und/oder nach dem OPV Koppelkondensatoren schalten oder 
kompensiert sich das wenn ich den VOCM Ausgang des OPV mit einem Buffer 
mit dem common-mode voltage Eingang (Pin 48 des ADCs) verbinde?

8. Ich würde gern den niedrigsten detektierbaren Spannungspegel 
ausrechnen: also das LSB. Weil ich nicht mit idealen 24 Bit des ADC 
rechnen kann würde ich das über den Dynamik Range machen. Dafür hätte 
ich auf Datenblatt Seite 3 ganze unten den Dynamic range, no weighting 
von 112 dB gewählt. Ist das der richtige Dynamik Range für ein Signal 
von 80khz und einer Abtastrate von 200kHz?
Rechnung: 5,6Vpp*10^(-112/20) = 14 uV (5,6Vpp sind die maximale 
Eingangsspannug des ADCs). Kommt das hin?

Ich würde mich freuen, wenn ihr mir helfen könntet!

[Pandur S. (jetztnicht)]

Der Ausgnagswiderstand is 40 Ohm.
Der niedrigste Level wird wahrscheinlich durch das Rauschen bestimmt.

[haidar (Gast)]

Wie kommst du auf die 40 Ohm Ausgangswiderstand?

[argos (Gast)]

Haidar H. schrieb:
> Durch den relativ hohen Ausganswiderstand am Mischer verliert man durch
> den Spannungsteiler etwas Spannung und 1/3 fällt am VGA (Lmh6881) ab.
> Der VGA verstärkt individuell das Signal.

Warum überhaupt ein VGA? Der Dynamikbereich des ADC ist sicher deutlich 
größer als der des Empfangszuges davor. Konstante, rauscharme 
Vorverstärkung, Antialiasing-Filter und dann der ADC. Wenn der 
Dynamikbereich für sehr starke Signale unbedingt verschoben werden muss, 
dann besser weiter vorne im Empfänger. Am einfachsten sind schaltbare 
Dämpfungsglieder am RX-Eingang, davon profitiert der ganze Empfänger.

Haidar H. schrieb:
> 1. Berechnet sich die Verstärkung aus -270/560 = -0,4821 (invertierender
> Verstärker)?

Ja.

Haidar H. schrieb:
> 2. Wofür ist der Kondensator mit 1nF im Rückkoppelzweig? Kann man den
> weglassen?

Kompensation der Lastkapazität am Ausgang. Wenn dieser wegfallen soll, 
muss der OPV anders gegengekoppelt werden und du musst auf die 
Stabilität des OPV achten.

Haidar H. schrieb:
> 3. Am Ende befindet sich ein RC Tiefpass. Die Grenzfrequenz berechnet
> sich aus fg=1/(2*pi*R*C) = 1/(2*pi*80,4*2,7n)=733kHz. Stimmt das?

Nicht ganz. Um die Grenzfrequenz zu berechnen wäre der genaue Open-Loop 
Ausgangswiderstand des OPV notwendig.
Die Grenzfrequenz lässt sich aber über den arithmetischen Mittelwert aus 
1/(2 x PI x 270 Ohm x 1nF)  und 1/(2 x PI x (40,2 Ohm + 40,2 Ohm) x 2,7 
nF) recht gut abschätzen.

Haidar H. schrieb:
> 4. Wie groß ist der Eingangswiderstand? Eigentlich sollte der
> Eingangswiderstand bei einem idealen OPV so groß wie möglich sein. Auf
> Seite 11 ist eine Formel:[Bild2]
> Hier das zugehörige Bild zur Formel:[Bild3]
> Kann ich diese verwenden, um den Eingangswiderstand auszurechnen? Das
> wären im Fall der oben verwendeten Schaltung 668,8 Ohm. Stimmt das?

2 x 560 Ohm.

Haidar H. schrieb:
> 5. Wenn am VGA 1Vpp als Ausgangssignal herauskommt dann würden durch den
> niedrigen Ausgangswiderstand des VGAs und den  Eingangswiderstand des
> OPVs quasi fast die vollen 1Vpp am OPV Eingang anliegen und entsprechend
> verstärkt werden. Kommt das hin?

Ja. Es besteht Spannungsanpassung.

Haidar H. schrieb:
> 6. Wie hoch ist der Ausgangswiderstand? Auf Seite 7 oben rechts im
> Diagramm wird 1 Ohm für 100k angegeben. Dann würde ich damit
> weiterrechnen. Passt das? [Bild4}

Spielt das eine Rolle bei dem hochohmigen Eingangswiderstand des ADC?

Haidar H. schrieb:
> 7. Ich bin an keinen DC-Anteil des Nutzsignals interessiert. Sollte ich
> daher vor und/oder nach dem OPV Koppelkondensatoren schalten oder
> kompensiert sich das wenn ich den VOCM Ausgang des OPV mit einem Buffer
> mit dem common-mode voltage Eingang (Pin 48 des ADCs) verbinde?

Der ADC hat einen VOCM Ausgang und der differentielle OPV den 
entsprechenden Eingang dafür.

Haidar H. schrieb:
> 8. Dafür hätte
> ich auf Datenblatt Seite 3 ganze unten den Dynamic range, no weighting
> von 112 dB gewählt. Ist das der richtige Dynamik Range für ein Signal
> von 80khz und einer Abtastrate von 200kHz?

 Da nichts besseres angegeben ist, könnte man den THD+N verwenden. Bis 
-20dB/FS ist das recht genau der von dir gewählte Dynamikbereich ohne 
Gewichtung.