Ich möchte ein Anti-Imaging bzw. Anti-Aliasing Filter aufbauen. Es wird eine Sallen-Key Struktur verwendet. An den Eingängen soll jeweils ein Impedanzwandler vorgeschalten sein.
Die Cut-off Frequenz des Anti-Imaging Filters beträgt 500 kHz, die des Anti-Aliasing Filters 1 Mhz.
Das bedeutet, dass ich OPVs auswählen muss welche eine Grenzfrequenz oberhalb dieser Frequenzen aufweisen.
Die zu verarbeitenden Signale sind im Bereich von +- 10 V.
Bei meiner Suche konnte ich jetzt keine geeigneten OPVs finden, da immer die Vpp Ausgangsspannung der OPVs bei den genannten Frequenzen zu weit einbricht.
Vielleicht hat jemand Erfahrung damit und kann mir geeignete OPVs vorschlagen.
Das bedeutet, dass ich OPVs auswählen muss welche eine Grenzfrequenz
oberhalb dieser Frequenzen aufweisen.
Zunächst mal ist es die Transitfrequenz des OPV, welche groß genug sein muss. Wie groß dieses "groß genug" nun sein muss, hängt von Deinen Genauigkeitsanforderungen ab, denn die Frequenzeigenschafen des OPV beeinflussen natürlich sowohl Güte als auch Grenzfrequenz des Filters, welches ja normalerweise für ideales OPV-Verhalten dimensioniert wird.
Noch ein Hinweis: Hinsichtlich der Empfindlichkeit der Filterstruktur auf Nicht-Idealitäten des Verstärkers gibt es aber eine bessere Alternative als Sallen-Key: Die GIC-Struktur (auch als "Fliege"-Struktur bezeichnet).
Dabei werden zwei baugleiche OPVs (auf einem Chip) so miteinander kombiniert, dass sich deren nichtideale Eigenschaften (Frequenzabhängige Verstärkung) teilweise gegenseitig kompensieren.
Ich wuerde bei den Frequenzen mal ganz stark in mich gehen, ob's die Impedanzverhaeltnisse nicht irgendwie erlauben wuerden, das Filter passiv aus L und C aufzubauen und maximal die Impedanzwandler als OpAmp. Wenn's die wirklich braucht.
Danke für die Hinweise!
Meiner Meinung nach ist das Problem, dass die maximale Ausgangsspannung der OPVs mit steigender Frequenz sehr stark einbricht. Das heißt sie können bei dem 1 MHz die benötigten +-10V nicht mehr liefern. Ich will aber ungefähr Verstärkung 1 haben (bis zur Cut-off Frequenz). Der Frequenzgang der Filter soll später dann auch vermessen werden um den Einbruch vor der Cut-off Frequenz via Software zu kompensieren, da ich sehr genau messen will.
Vielleicht wäre wirkliche eine passive Filterschaltung besser.
Die Impedanzwandler sind auf jeden Fall notwendig, somit komme ich um dieses Problem nicht herum.
Danke für die Hinweise!
Meiner Meinung nach ist das Problem, dass die maximale Ausgangsspannung
der OPVs mit steigender Frequenz sehr stark einbricht.
Ja - da sprichst Du wirklich einen kritischen Punkt an.
Du meinst wahrscheinlich die max. Slewrate (Großsignal-Anstiegsgeschwindigkeit).
Auf diesen Parameter muss man in der Tat achten.
Das bedeutet, dass ich OPVs auswählen muss welche eine Grenzfrequenz
oberhalb dieser Frequenzen aufweisen.
Zunächst mal ist es die Transitfrequenz des OPV, welche groß genug sein
muss. Wie groß dieses "groß genug" nun sein muss, hängt von Deinen
Genauigkeitsanforderungen ab, denn die Frequenzeigenschafen des OPV
beeinflussen natürlich sowohl Güte als auch Grenzfrequenz des Filters,
welches ja normalerweise für ideales OPV-Verhalten dimensioniert wird.
In einem nicht-trivialen Filterdesign werden die nicht-idealen OP-Eigenschaften berücksichtigt, u.A. auch durch angepasste Filter-Topologien. Es muss nicht immer Sallen-Key sein ...
Ich empfehle hierzu Spezial-Literatur - gerne auch antiquarisch, Stichwort: (active) analog filters.
WIMRE war "N. Fliege, Lineare Schaltungen mit Operationsverstärkern" schon ganz brauchbar. Müsst ich noch mal in meinem Fundus wühlen ...
Bei Frequenzen ab 500kHz sind LC-Filter mit vernünftigen Bauteilwerten durchaus machbar. Da keine Angaben bezüglich Impedanz und Flankensteilheit vorliegen, habe ich mal ins Blaue hinein ein TP-Filter 5. Ordnung für 500kHz mit einer Impedanz von 500 Ohm (Tcheychev 0,2db) als Beispiel berechnet. L und C kann man ja je nach Impedanz skalieren.
Das Schöne ist, man bekommt sofort Vorschläge zur Wahl der OPV. Es werden natürlich nur IC von TI angeboten. Aber das genügt ja in der Regel. Je steiler die Flanken werden, desto anspruchsvoller werden dann die Anforderungen an die Transitfrequenz einiger OPV in der Kette. Man staunt da nur wenn man das beim ersten Mal sieht. Und dann wird man in der Regel bescheidener. Viel Spaß.
Ich möchte ein Anti-Imaging bzw. Anti-Aliasing Filter aufbauen. Es wird
eine Sallen-Key Struktur verwendet. An den Eingängen soll jeweils ein
Impedanzwandler vorgeschalten sein.
Die Cut-off Frequenz des Anti-Imaging Filters beträgt 500 kHz, die des
Anti-Aliasing Filters 1 Mhz.
Das bedeutet, dass ich OPVs auswählen muss welche eine Grenzfrequenz
oberhalb dieser Frequenzen aufweisen.
Du hast den erforderlichen Störabstand entsprechend dem Nyquist-Abtasttheorem nicht genannt. Im Beispiel von Horst liegen wir bei 1 MHz bei ca. -37 dB Abschwächung. Die Alias-Effekte werden "nur" um 37 dB gedämpft. Wenn das genügt ist es in Ordnung. Ansonsten muß die Flanke steiler werden.
mfg Klaus
Im Beispiel von Horst liegen wir bei 1 MHz bei ca. -37 dB Abschwächung.
Aber irgendwann koppelt dann die erste Spule in die letzte rueber...
die Anforderungen an die Transitfrequenz einiger OPV in der Kette.
TI hatte da einen mit 1Ghz. Dann friert die Platine auch im
Winter nicht ein. Aber die Anforderung von den 10V wird man
wohl eher nicht erfuellen koennen.
Aber irgendwann koppelt dann die erste Spule in die letzte rueber...
Das passive Filter hatte ich gar nicht angesprochen sondern ich bezog mich nur auf das Diagramm des Frequenzgangs.
Ob der Einsatz eines passiven Filter hier überhaupt möglich wäre bezweifele ich. Gibt es Induktivitäten die eine Toleranz von kleiner 1% haben?
mfg Klaus
Benötigt von sich aus schon OPVs, die einige 100 mal flinker sind, als das Signal selbst.
@TO:
Ein paar mehr Eckdaten wären schon toll!
Ich würde, wenn schon aktiv, zunächst mit kleinem Pegel filtern (benötigt kleinere Slew rate) und dann wieder auf den gewünschten Pegel bringen (mit viel Slew rate, dafür aber evtl. geringerem GBW).
Die Möglichkeit schneller zu samplen und dann digital zu filtern hast Du nicht?
Und: Wo verwendet man denn Umsetzer, die +/-10V verarbeiten?
Benötigt von sich aus schon OPVs, die einige 100 mal flinker sind, als
das Signal selbst.
Gruß
Jobst
Ich hab nur versucht, die m.E. - im Vergleich zu anderen Topologien - beste Variante hinsichtlich der aktiven Empfindlichkeit zu erwähnen.
Dass die Transitfrequenz nun deutlich über der angestrebten Grenze des Filter- Durchlassbereichs liegen muss, ist ja logisch.
Über den Faktor 100 kann man aber streiten - nein, besser nicht streiten.
So ein Mindest-Faktor hängt ab von der geforderten Genauigkeit von Güte und Frequenzgrenze.
Ob der Einsatz eines passiven Filter hier überhaupt möglich wäre
bezweifele ich. Gibt es Induktivitäten die eine Toleranz von kleiner 1%
haben?
mfg Klaus
<1% - kein Problem, bei schmalen Bandfiltern ohnehin erforderlich.
Ein bisschen Erfahrung bei Analogfiltern hilft ungemein. TP-Filter sind in der Dimensionierung extrem unkritisch. Die Werte auf die dritte Stelle hinterm Komma sind dem Programm geschuldet. Hier reichen Genauigkeiten von 5% durchaus aus. Muss man halt evtl. (mit einem preiswerten LC-Meter) messen. Für die Kapazitäten reichen Normwerte bzw. deren Kombination aus.
War nur ein Beitrag, dass so etwas durchaus mit Analogfiltern machbar ist (ist ja schon HF). Der Trend hier geht nun einmal zu OPVs, ich halte mich daher zurück.
Ist schon doof, wenn die Spezifikationen immer noch ein Geheimnis sind (min. Dämpfung, Impedanz).
Anbei nochmal zwei LC-Filter für fg= 500 und 1000kHz, diesmal mit Normgrößen für L und C. Die gewählte 500 Ohm Impedanz ist immer noch geraten. Solche passiven Filter haben mit +/-10V kein Problem.
Aber irgendwann koppelt dann die erste Spule in die letzte rueber...
Ein so miserables Layout, dass das erlaubt, gehört in die Tonne. Spulen für diese Frequenzen werden meist als Ferrit- Kappen-, Ring- oder Topfkerne ausgeführt, die kaum Streufelder besitzen. Selbst Zylinderspulen lassen sich mit wenig Aufwand abschirmen. Ist seit fast hundert Jahren Standardtechnik.
MfG, Horst
Die Werte auf die dritte Stelle hinterm Komma sind dem
Programm geschuldet. Hier reichen Genauigkeiten von 5% durchaus aus.
Ja, bei der Installationsversion von dem TI-Filterprogramm,
von dem sie nicht mehr moechten das ihr davon wisst weil sie
online jeden Klick abgreifen, kann man am Ende der Simulation
wenn es die Bauteile anzeigt die Bauteilreihe angeben, also
z.B E12 und dann wird das Filter damit neu gerechnet.
Dann sieht man was geringe Abweichungen ausmachen und ob
man damit leben kann.
Ausserdem schadet es natuerlich nicht danach nochmal die Werte
in LT-Spice einzugeben und dort mit Step etwas zu varieren.
Vor einer ernsten Operation eine zweite Meinung einzuholen ist
nie falsch. :)
Vanye
p.s: Falls ihr die Installationsversion des Programms in einer
Virtuellen Maschine nutzt dann friert die nach dem Start 2-3min
ein. So das man glaubt das sie abgestuerzt ist. Das liegt vermutlich
auch daran das die Nachhause telefonieren will. Dann einfach die
Zeit abwarten, danach funktioniert es.
Ich kann das ganze jetzt auflösen.
Ich habe den TI-Filter Designer benutzt. Dort kamen dann 2 OPVs raus.
LMH6321
OPA828
Da beim LMH6321 nichts über die maximal mögliche Ausgangsspannung in Abhängigkeit der Frequenz im Datenblatt steht, hab ich Kontakt mit TI aufgenommen. Die haben dann eine Simulation angeworfen und es wurde bestätigt, dass +-10 V bei 1 MHz bei genügend hohem Lastwiderstand erreicht werden können.
Beim OPA828 ist eine Kennlinie dazu im Datenblatt vorhanden.
Ich hab jetzt den OPA828 gewählt und bin mit meiner Filterfrequenz auf 500 kHz hinunter gegangen.
