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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Schneller Steilflankiger Bandpass-Filter


Autor: Martin (Gast)
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Hallo,

ich soll für ein Praktkum eine Schaltung aufbauen, ich bekomme von einer 
Spule eine Spannung von 45µVss ... 900µVss je nach Feldstärke und 
Ausrichtung der Spule im Feld. Es handelt sich um eine Sinus Spannung 
mit 20kHz bzw. bei einer Weiteren Version mit 125kHz

Ich soll ein Ausgangssignal von 100mV ... 2000mV DC erzeugen.

Problem an der Geschichte ist nun, das Sinussignal kommt von einem LF 
Sender, welcher mit 4kBaud Arbeitet. Folglich muss die Ausgangsspannung 
innerhalb von 3...4 Perioden stabil stehen, und 3...4 Perioden nach 
Übertragungsende wieder abfallen.

Einen Präzisionsgleichrichter habe ich inzwischen hinbkommen, welcher 
nach 1...2 Halbwellen ein mehr oder weinger sauberes DC Signal ausgibt.

Es soll allerdings ein Filter rein, der möglichst steilflankig ist, mir 
wurde gesagt mindestens 24dB, eine Bandbreite von max. 3kHz bei 125kHz 
und 1,2kHz bei 20kHz.
Hier habe ich jetzt meine Proleme. Meines wissens war es doch so, dass 
die Einschwingzeit direkt mit der Filterordnung/Verstärkung im 
Zusammenhang steht.
Wenn ich jemanden frage, haben die a keine Zeit, oder kennen sich b nur 
mit Digitaltechnik aus, von hier bekomme ich also keine Hilfe. 
Allerdings wurde mir gesagt, man kann sowas schon bauen.

Ich habe bisher einen Sallen Key Bandpass mit Q=5 simuliert, der 
Schwingt nach 5 Perioden ein, hat aber ca. 30kHz Bandbreite (-3dB). 
Soblad ich Q vergrössere steigt die Einschwingzeit extrem an, selbiges 
geschieht auch mit einem 2.Filter hinter dem ersten.

Als eingangsverstärker verwende ich einen Instrumentenverstärker 
(INA128/INA129) welchem ich einen passiven RC-Tiefpass vorgeschaltet 
habe. Das hat zwar die Flankensteilheit verbessert, jedoch nicht die 
Bandbreite.

Hat hier jemand rat für mich? Oder Erfahrung mit Analogtechnik?

Danke schonmal...

Autor: KlaRaw (Gast)
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Hallo,

http://www.linear.com/designtools/filtercad.jsp

Linear Technology bietet ein Filter-Cad Programm, natürlich kostenlos. 
Vielleicht kommst Du so auf die Lösung, wenn es eine gibt. Generell 
gilt, je steiler das Filter, desto länger die Laufzeiten. Es ist wie bei 
jedem Feder - Massesystem, eine starke Resonanz baut sich langsamm auf, 
bzw. schauckelt sich langsam auf.

Eine guten Einsteig mit nicht allzuviel überflüssige Theorie findest Du 
im Tietze/Schenk, Halbleiterschaltungstechnik.

In der Erdbebenforschung arbeitet man gerne mit Besselfilter. Geringes 
Überschwingen, konstante Gruppenlaufzeit, aber nicht so steil. Ich las 
aber von einem Filter 8. Ordnung!

Butterworth - Filter haben einen langen geraden Fequenzgang der erst 
kurz vor der Grenzfrequenz scharf ab knickt. Sie zeigen abe ein 
stärkeres Überschwingen bei einer Sprungantwort.

Tschebyscheff - Filter haben wohl die steilsten Flanken. In 
Durchlassbereich haben sie allerdings Welligkeiten.

Sallenkey ist wohl ein guter Kompromis zwischen Bessel und Butterworth.
Man nimmt den Typ gerne in der Audiotechnik.

Viel Spass!

Autor: Bertrik Sikken (Gast)
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(Sorry for responding in english, I can understand german but writing it 
is much harder.)

I think it is simply not possible put a signal modulated at 4 kbaud (AM 
?) through a 1.3 kHz filter and still be able to recover the data. 
Unless ofcourse you use something more sophisticated than simple 
amplitude modulation. Do you know what kind of modulation is used?

And why do you need a filter anyway? Ask the person who suggested the 
filter and let him/her explain the specific bandwidth and depth of the 
filter.

Autor: Martin (Gast)
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Hallo,

Tietze/Schenk habe ich bereits durchgearbeitet, FilterCAD habe ich auch 
schon gehabt.
Leiter wird im Buch auch nur gesagt, je steiler, desto länger die 
Einschwingzeit...
Mir wurde gesagt SallenKey sei für meinen Fall das beste (von 
Digitaltechnikern...)

Das Digitale Bitmuster muss ich nicht auswerten, es geht wohl darum, 
festzustellen, wo sich die Spule aufhält:
Ein Raum 1m x 1m x 1m wird von einem Feld "durchströmt", je weiter die 
Spule vom Feld entfernt ist, umso kleiner die induzierte Spannung.
Es sind 3 Spulen, welche in X Y und Z Richtung angeordnet sind.
Das Analogsignal soll dazu verwendet werden, um mit einem µC zu 
bestimmen an welcher Raumkoordinate sich das Teil befindet. Ich muss 
also nicht den 4kbaud Bitstream auswerten, nur die Feldstärke.

Warum der Filter rein muss, ist denke ich, dass die Einflüsse von z.B. 
Neon-Röhren usw. wegfallen, da 45µV ja doch recht wenig sind...
Mir wurde nur gesagt der muss rein, sonst funktioniert es nicht.

Autor: KlaRaw (Gast)
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Hallo Martin,
siehe Elektor Top News:
http://www.elektor.de/Default.aspx?tabid=1

Neuer „Magnetic Sensors“-Katalog
Robustheit, hohe Auflösung und kompakte Bauform zeichnen die Sensoren 
aus    (18.10.2006)    mehr...

Man findet dann etwas was Dich wohl interessieren müsste.
...
Honeywell’s magnetoresistive Komponenten (HMCs) sind speziell auf das 
Erdmagnetfeld (ca. 0,6 Gauss) abgestimmt und können Magnetfelder in ein, 
zwei oder drei Raum-Achsen bestimmen. Zu ihren besonderen Vorteilen 
gehören:
....

http://newsletter.spezial.de/artikel.php?AID=64&TI...

Gruss KLaus.

Autor: KlaRaw (Gast)
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Hallo Martin,
ich hätte da noch etwas, High-speed notch filters, ein Artikel von TI.

http://focus.ti.com/lit/an/slyt235/slyt235.pdf

Damit kannst Du Deine steilen Flanken realisieren. Die ist allerdings 
ein Sperrfilter, das heisst, Du musst dieses Filter in den 
Rückkopplungszweig einsetzen. Ob Deine Anforderungen an das 
Einschwingverhalten dann auch passen müsstest Du testen.

Gruss Klaus.

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