40-50kHz Schwebung auf PWM-Glättung

[Noob A. (strippenzieher)]

Hallo,

ich versuche hier aus einer PWM ein "glattes" Analog-Signal zu 
generieren.
Das klappt in der LT-Spice Simulation auch ganz gut, real hab ich dann 
aber einen deutlichen 50kHz Sinus auf der Analogspannung.
Was mich zuerst an die 50kHZ PWM denken lies, aber Pustekuchen!
Eine veränderte PWM-Frequenz (100kHz, 333kHz oder 500kHz) resultieren 
nur in einem ca. 40kHz Sinus und paar Spikes der PWM, die aber sehr wohl 
messtechnische Artefakte sein könnten. Dass die Spikes nicht synchron 
sind in beiden Kanäle schieb ich mal auf das günstige USB-Oszi das 
vermutlich sequentiell abtastet?!?

Eigentlich hätt ich ja erwartet dass bei 10x schnellerer PWM die 
Glättung besser wird ... aber es bleibt bei guten 40mVpp, egal ob 50 
oder 500kHz.
Lediglich die Frequenz ändert minimal von 50kHz zu 40kHz

Hat da jemand eine Idee wo das herkommen könnte?

[Frank L. (lampe)]

den C404 nicht an Pin 8 vom opv - 220 Ohm dazwischen

Frank

[Stephan (stephan_h623)]

Frank L. schrieb:
> den C404 nicht an Pin 8 vom opv - 220 Ohm dazwischen
>
> Frank

Oder weglassen. Bei idealem Opv bewirkt der gar nichts. Bei realem Opv 
lustige Schwingungen. Das dürfte dein Problem sein.

Wenn dann als Rc Glied wie von Frank geschrieben. 220 Ohm würde da grob 
zur Grenzfrequenz des aktiven Tp passen.
Wobei ich den Sinn des Rc Glieds bei 50 kHz Pwm und Grenzfrequenz <500 
Hz nicht so ganz sehe.
Wäre anders wenn die Grenzfrequenz bei 10 KHz läge.

[Rainer W. (rawi)]

Noob A. schrieb:
> Dass die Spikes nicht synchron sind in beiden Kanäle schieb ich mal auf
> das günstige USB-Oszi das vermutlich sequentiell abtastet?!?

Bei 10µs/div und 25 MSa/s hast du 250 Abtastpunkte pro Kästchen. Wenn da 
die beiden Signal einen Abtastpunkt versetzt abgetastet werden, wäre der 
Versatz so gut wie nicht zu sehen. Das kannst du leicht prüfen, indem du 
z.B. das selbe Rechtecksignal auf beide Kanäle gibst.

> Clipboard_02-26-2025_01.png

Bekommt der OP eine Versorgungsspannung und ist die abgeblockt? ;-)

[Motopick (motopick)]

Rainer W. schrieb:
> Bekommt der OP eine Versorgungsspannung und ist die abgeblockt? ;-)

Der OPV-Ausgang ist doch schon abgeblockt. :)
Wenn ich schon "GND2" lese, dann schwant mir phoeses.

Der TO macht seinem Nick alle Ehre.

[Vanye R. (vanye_rijan)]

Bist du sicher das die GBW deines OPs ausreichned ist?

Vanye

[Noob A. (strippenzieher)]

Vanye R. schrieb:
> Bist du sicher das die GBW deines OPs ausreichned ist?
>
> Vanye

5,7MHz

https://www.ti.com/product/OPA4387

sollte reichen, oder?

[Noob A. (strippenzieher)]

Stephan schrieb:
> Frank L. schrieb:
>> den C404 nicht an Pin 8 vom opv - 220 Ohm dazwischen
>>
>> Frank
>
> Oder weglassen. Bei idealem Opv bewirkt der gar nichts. Bei realem Opv
> lustige Schwingungen. Das dürfte dein Problem sein.

keine Veränderung ohne den C404

[Noob A. (strippenzieher)]

Rainer W. schrieb:

> Bekommt der OP eine Versorgungsspannung und ist die abgeblockt? ;-)

Das ist einer der sehr seltenen No-Power OPV ;)

[Noob A. (strippenzieher)]

Motopick schrieb:
> Rainer W. schrieb:
>> Bekommt der OP eine Versorgungsspannung und ist die abgeblockt? ;-)
>
> Der OPV-Ausgang ist doch schon abgeblockt. :)
> Wenn ich schon "GND2" lese, dann schwant mir phoeses.
>
> Der TO macht seinem Nick alle Ehre.

Möchte er seine Weisheit teilen? Auf dass ich nicht bis in alle Ewigkeit 
im Dunkeln wandeln werde ...

Auf dem Board gibt es zwei Teile die isoliert voneinander betrieben 
werden, deswegen Gnd2 und +5Vd

[Uwe (uhi)]

Falls zur Erzeugung der isolierten Spannung DCDC-Wandler im Spiel sind: 
Die sind "laut". Hatte eine Fall, wo mit Kapazitäten allein keine Ruhe 
reinzubringen war. Hab dann Drosseln eingefügt am Eingang und Ausgang 
des DCDC, jetzt sind die Rippel weg.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Rainer W. schrieb:
> Bekommt der OP eine Versorgungsspannung und ist die abgeblockt? ;-)
Oder anders gefragt: wie sieht die Versorungsspannung des OP aus?

Noob A. schrieb:
> Auf dem Board gibt es zwei Teile
Zeig doch mal den hier diskutierten Teil. Denn laut Simulation sollte 
die Schaltung ja gut wein, in der Praxis ist sie es nicht. Dann sollte 
man sich also mal die Praxis ansehen.

Noob A. schrieb:
> Hat da jemand eine Idee
Teile und herrsche!
Man debuggt Schaltungen nicht "in einem Stück", sondern immer nur 
einzelne Schaltungsteile.

Speise statt der PWM eine Gleichspannung per 1k-Poti in das Filter ein.

Falls da Schaltregler im Spiel sind: versorge die Sache mal aus einem 
Trafonetzteil.

Miss mal "Masse gegen MAsse" auf deiner Leiterplatte: die Masseklemme 
vom Oszi "links unten" an die Masse und die Tastspitze "rechts oben" 
oder an sonstige Massepunkte. Da sollte ja eine glatte Linie zu sehen 
sein. Was sisht du stattdessen?

> ich versuche hier aus einer PWM ein "glattes" Analog-Signal zu generieren.
Definiere "glatt". Wieviele Bits hat deine PWM? Und wie schnell muss der 
Filter sein? Oder noch einfacher: wofür brauchst du diesen Analogwert?

[Motopick (motopick)]

Noob A. schrieb:
> Auf dem Board gibt es zwei Teile die isoliert voneinander betrieben
> werden, deswegen Gnd2 und +5Vd

Kommt die PWM aus dem Controller denn auch mit Bezug zu GND2?

Den Hinweis auf die DC/DC-Wandler sollte man auch ernst nehmen.

[Noob A. (strippenzieher)]

ok, also mit Poti ist der 50kHz Sinus immer noch da

... da hätt ich aber auch selber drauf kommen können, nur manchmal sitzt 
man auf dem sprichwörtlichen Schlauch ;)

[Noob A. (strippenzieher)]

Motopick schrieb:
> Noob A. schrieb:
>> Auf dem Board gibt es zwei Teile die isoliert voneinander betrieben
>> werden, deswegen Gnd2 und +5Vd
>
> Kommt die PWM aus dem Controller denn auch mit Bezug zu GND2?
>
> Den Hinweis auf die DC/DC-Wandler sollte man auch ernst nehmen.

Japp, die 5V werden noch auf 3.3V längsgeregelt und die versorgt den µC

[Noob A. (strippenzieher)]

Lothar M. schrieb:
> Oder anders gefragt: wie sieht die Versorungsspannung des OP aus?

gelb Versorgung, rot OP Ausgang

jetzt weiss ich wo ich weitersuchen muss, Danke!

[Udo K. (udok)]

Noob A. schrieb:
> Eigentlich hätt ich ja erwartet dass bei 10x schnellerer PWM die
> Glättung besser wird ... aber es bleibt bei guten 40mVpp, egal ob 50
> oder 500kHz.

Die steilen Pulse der PWM koppeln dir auf den Ausgang (wahrscheinlich 
über die GND Plane). Versuche mal die Geschwindigkeit der uC Pins auf 
Minimum zu setzen. Achte auf einen kurzen GND Kontakt vom Tastkopf.

Der Sallen Key ist für solche Anwendungen untauglich (wie auch für die 
meisten anderen).  Schnelle Flanken koppeln einfach auf den Ausgang über 
die 33 nF. Bei hohen Frequenzen gibt es also nur schlechte Dämpfung. 
Nimm einen MFB Filter, oder einen einfachen passiven zweifach RC ohne 
GND Plane darunter.

Gruss Udo

[Rainer W. (rawi)]

Udo K. schrieb:
> Der Sallen Key ist für solche Anwendungen untauglich (wie auch für die
> meisten anderen).  Schnelle Flanken koppeln einfach auf den Ausgang über
> die 33 nF.

Das sieht man doch in der LTSpice Simulation

[Noob A. (strippenzieher)]

Rainer W. schrieb:
> Udo K. schrieb:
>> Der Sallen Key ist für solche Anwendungen untauglich (wie auch für die
>> meisten anderen).  Schnelle Flanken koppeln einfach auf den Ausgang über
>> die 33 nF.
>
> Das sieht man doch in der LTSpice Simulation

hmmm.... welche Schaltung liegt denn dieser Simulation zugrunde?

[Noob A. (strippenzieher)]

Noob A. schrieb:
> Lothar M. schrieb:
>> Oder anders gefragt: wie sieht die Versorungsspannung des OP aus?
>
> gelb Versorgung, rot OP Ausgang
>
> jetzt weiss ich wo ich weitersuchen muss, Danke!

OK, mit 5V aus einem guten Netzteil ist an der Versorgung rein gar nix 
zu sehen, dennoch ein satter Sinus auf dem OP-Ausgangssignal (Eingang 
wie gehabt per Poti)

[Noob A. (strippenzieher)]

und noch eine Erkenntnis:

wenn ich mit der Ausgangsspannung an die 5V der Versorgung rankomme, 
dann verringert sich die Frequenz und das Signal verformt sich Richtung 
Sägezahn

1. Bild Vollausschlag (gelb=DC, rot=AC vom OPV out)
2. Bild 95% Ausschlag (4,8V out)
3. Bild 90% (4,5V out)
3. Bild 80% (4,0V out)

[R. L. (roland123)]

versuch es mal mit C406 = 100pF

[Rainer W. (rawi)]

Noob A. schrieb:
> hmmm.... welche Schaltung liegt denn dieser Simulation zugrunde?

Noob A. schrieb:
> Clipboard_02-26-2025_01.png

ohne C404
(mit sauberer Versorgungsspannung ;-)

R. L. schrieb:
> versuch es mal mit C406 = 100pF

Der Unterschied sollte minimal sein.

[Uwe (uhi)]

Jetzt seh ich das erst: C401 geht auf den positiven Eingang, erzeugt 
also eine Mitkopplung. Die Verstärkung ist nicht weit weg von 1, also 
"fast" einen Oszillator gebaut. Ist das Absicht?

[Rainer W. (rawi)]

Uwe schrieb:
> Jetzt seh ich das erst: C401 geht auf den positiven Eingang, erzeugt
> also eine Mitkopplung.

Von welcher Schaltung sprichst du?
R402/C402 übersehen?

Hier kannst du ein paar Grundlagen nachlesen:
https://de.wikipedia.org/wiki/Sallen-Key-Filter

[Uwe (uhi)]

Danke, kannte ich noch nicht. Heißt also, in der Theorie ist es 
gewünscht, dass der C401 (indirekt) positiv auf den Eingang 
zurückkoppelt. Die Schleifenverstärkung ist kleiner 1, es schwingt 
nichts. Alles gut.
Meine Hypothese ist, dass in der Praxis die Schleifenverstärkung 
"irgendwie" die 1 erreicht und daher ein Oszillator entsteht. Wenn ich 
dass Bild mit dem Phasengang richtig lese, ist der bei der fraglichen 
Frequenz an einem Scheitel nahe 360 Grad.
Aber warum sollte die Verstärkung in der Praxis anders sein als in der 
Theorie? Falsch bestückte Widerstände? Fake-OPV?
Um die Hypothese zu prüfen, würde ich den C401 weglassen, und auf der 
linken Seite des C401 einen Sinus einspeisen, und in aller Ruhe die 
Punkte der Schaltung durchmessen, wieviel von dem Sinus dort ankommt. 
Wenn am Ausgang die gleiche Amplitude rauskommt, ist beim Gain etwas 
schiefgelaufen.

[Rainer W. (rawi)]

Uwe schrieb:
> Danke, kannte ich noch nicht. Heißt also, in der Theorie ist es
> gewünscht, dass der C401 (indirekt) positiv auf den Eingang
> zurückkoppelt.

Nein, in der Theorie liegt zwischen C401 und dem nicht invertierenden 
auf den Eingang des OP ein Tiefpassfilter mit entsprechender 
Phasenverschiebung, der zusammen mit der Phasenverschiebung über C401 
deine "Mitkopplung" zunichte macht.

[Vanye R. (vanye_rijan)]

> sollte reichen, oder?

Was sagt dein Filterdesigntool? Zumindest bei 500khz haette ich da 
grosse Bedenken.

Vanye

[Noob A. (strippenzieher)]

Die Verstärkung ist sehr nah an der theroetisch ermittelten.  Die 0 bis 
3,3V werden sehr gut auf 0-5V umgesetzt.

Das ist ja auch nicht das Problem, sondern der 40-50kHz Sinus, der da 
ungefragt mitreitet

[Noob A. (strippenzieher)]

Rainer W. schrieb:
> Noob A. schrieb:
>> hmmm.... welche Schaltung liegt denn dieser Simulation zugrunde?
>
> Noob A. schrieb:
>> Clipboard_02-26-2025_01.png
>
> ohne C404
> (mit sauberer Versorgungsspannung ;-)

Hmm, ich bekomm da einen anderen Verlauf ... komisch
Muss das mal prüfen ob sich nicht doch ein Fehler irgendwo 
eingeschlichen hat!

[Noob A. (strippenzieher)]

Vanye R. schrieb:
>> sollte reichen, oder?
>
> Was sagt dein Filterdesigntool? Zumindest bei 500khz haette ich da
> grosse Bedenken.
>
> Vanye

Werd ich tun, aber ausgelegt wars ja auf die 50kHz PWM

[H. H. (hhinz)]

Noob A. schrieb:
> Das ist ja auch nicht das Problem, sondern der 40-50kHz Sinus, der da
> ungefragt mitreitet

Nimm einfach ideale Bauelemente...

[Peter G. (metalfranke)]

LED Beleuchtung am Labortisch? Einfach um mal eine ganz andere Ursache 
ins Spiel zu bringen...


Gruß Peter

[Noob A. (strippenzieher)]

H. H. schrieb:

> Nimm einfach ideale Bauelemente...

Bezugsquelle?? ;P

[Noob A. (strippenzieher)]

Peter G. schrieb:
> LED Beleuchtung am Labortisch?

Öhm, ja

aber nicht eingeschaltet ;P

[H. H. (hhinz)]

Noob A. schrieb:
> H. H. schrieb:
>
>> Nimm einfach ideale Bauelemente...
>
> Bezugsquelle?? ;P

Daydream Inc.
42 Whishbone Ave
Nephelekokkygia 0815
Disneyland

[Noob A. (strippenzieher)]

ah, danke:

https://pitchbook.com/profiles/company/588843-55

[Uwe (uhi)]

Noob A. schrieb:
> Die Verstärkung ist sehr nah an der theroetisch ermittelten.  Die 0 bis
> 3,3V werden sehr gut auf 0-5V umgesetzt.
>
> Das ist ja auch nicht das Problem, sondern der 40-50kHz Sinus, der da
> ungefragt mitreitet

Dass die Verstärkung bei DC stimmt, ist schon mal gut. Meine These ist, 
dass die Verstärkung bei 50kHz so groß ist, dass über den 
Rückkopplungspfad eine Schleifenverstärkung>1 entsteht und daher eine 
Schwingung. Ich würde mal den C401 probehalber ausbauen und beobachten, 
ob die Schwingung sich verändert.
Allgemeiner: verdächtige Bauteile minimal verändern (zB durch 
Parallelschaltung) und schauen wie die Amplitude und Frequenz reagiert. 
So bekommt man raus, welche Bauteile die Schwingung bestimmen.