Hallo, Ich möchte die Phasenwinkel eines sinusförmigen NF-Signales (sweep von ca. 50Hz.... 4kHz) messen, welche bei Durchlaufen verschiedenster analoger Filter entstehen. Meine Vorstellung: waveform-Generator der einen Referenzeingang (input 1) und gleichzeitig das DUT speist. Der Ausgang vom DUT geht dann auf den 2ten Messeingang (INPUT 2). Es soll der relative und absolute Phasenwinkel bestimmt werden. Genauigkeit 0,1 Grad. Ideal wäre eine grafische Darstellung 0... 360 Grad und die Möglichkeit Messwerte aus einer Tabelle einfach zu entnehmen und mit einfachen Formeln zu verknüpfen. Es geht zwar um NF aber nicht um HiFi-qualität. Recherche ergab, allerdings das auch mit Fragezeichen, dass ein Picoscope 2204A hier geeignet sein könnte. Kann das jemand bestätigen oder negieren? Wer kennt Alternativen, deren Gesamtkosten < 250 Euro liegen. Grüße Marco
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Das Sinussignal von 50Hz bis 4kHz kann die Soundkarte eines Rechners erzeugen. Aufnehmen kann das Signal auch wiederum die Soundkarte eines Rechners. Alles andere ist dann nur noch Rechnen mit Funktionen/Prozeduren aus der Signalverarbeitung. Mit einem DigitalOszi können die Signale auch aufgezeichnet werden und analysiert werden. Nur 0,1 Grad Auflösung erfordert eine Abtastung von 12bit Auflösung. Entweder es werden mehrere Perioden gemessen oder eine Periode mit hoher Taktrate (16MHz).
Was soll denn der absolute Phasenwinkel sein? Zwischen Ref-Signal und DUT-Signal gibt es nur relative Phasenwinkel. 0,1° bei 4 kHz entspricht einem zeitlichen Versatz von 0,07 µs, was man nur mit einer Abtastung von > 14,4 MS/s erfassen kann. Selbst wenn man nur die Nulldurchgänge mit ausreichender Spannungsgenauigkeit erfasst, damit eine Zeitmessung mit 0,01 µs Auflösung macht, muss man noch etwas rechnen, um das Ergebnis als Winkel in eine .csv-Datei auszugeben.... Was hast du denn an finanziellem Aufwand gedacht?
Marco S. schrieb: > Ich möchte die Phasenwinkel eines sinusförmigen > NF-Signales (sweep von ca. 50Hz.... 4kHz) messen, > [...] Okay. > Meine Vorstellung: waveform-Generator der einen > Referenzeingang (input 1) und gleichzeitig das DUT > speist. Der Ausgang vom DUT geht dann auf den 2ten > Messeingang (INPUT 2). Ratiometrische Messung. Vernünftiger Ansatz. > Genauigkeit 0,1 Grad. 0.1° Auflösung ist kein großes Problem. 0.1° Genauigkeit ist u.U. sportlich. (Das ist bei 4kHz die Signallaufzeit auf 10m (!!) Koaxkabel.) > Es geht zwar um NF aber nicht um HiFi-qualität. Hmm... doch. Du solltest Dich um spektral reine Signale bemühen, ansonsten wird die Mathematik noch unangenehmer. > Recherche ergab, allerdings das auch mit Fragezeichen, > dass ein Picoscope 2204A hier geeignet sein könnte. > Kann das jemand bestätigen oder negieren? Ich sehe keinen Hinderungsgrund. Natürlich solltest Du in der Mathematik einigermaßen fit sein, die zur Auswertung nötig ist.
Jacko schrieb: > 0,1° bei 4 kHz entspricht einem zeitlichen > Versatz von 0,07 µs, was man nur mit einer > Abtastung von > 14,4 MS/s erfassen kann. So ein Quark. Das wäre nur so, wenn das Signal nur ein Mal mit 1 Bit Auflösung abgetastet würde. Es stehen aber 8 Bit Amplitudenauflösung zur Verfügung, und man kann das Signal beliebig oft erfassen. Statistik hilft. Und - ja, das funktioniert TATSÄCHLICH.
> > Was soll denn der absolute Phasenwinkel sein? > Berechtigte Frage: Mit absoluten Phasenwinkel war die Phasenlaufzeit innerhalb des DUT gemeint. Entspricht in dem Zusammenhang gleichzeitig auch der relativen Phasenlaufzeit. Grüße Marco
> > Genauigkeit 0,1 Grad. > > 0.1° Auflösung ist kein großes Problem. 0.1° Genauigkeit ist u.U. > sportlich. (Das ist bei 4kHz die Signallaufzeit auf 10m (!!) Koaxkabel.) > Ich bin jetzt doch überfragt. Wenn ich wissen möchte, wie viel sich die Phase bei 1kHz im DUT im Vergleich zum Eingangssignal "gedreht" hat und das auf 0,1 Grad genau sind Auflösung und Genauigkeit für mich gleich. Es gibt also 3600 mögliche Phasenzustände (360 Grad bei 0,1 Grad Auflösung). Könntest du mir den Unterschied erläutern? Wie berechnet sich die minimale Abtastfrequenz und welche Amplitudenauflöung wäre vonnöten?
Dieter schrieb: > Nur 0,1 Grad Auflösung erfordert eine Abtastung von 12bit Auflösung. Wie kommst Du auf dieses dünne Brett?
> > Es geht zwar um NF aber nicht um HiFi-qualität. > > Hmm... doch. Du solltest Dich um spektral reine Signale bemühen, > ansonsten wird die Mathematik noch unangenehmer. > Ja, Eingangssignal muss geringst-möglichen Klirfaktor haben. Mit nicht Hifi wollte ich eher sagen, dass ich keine Lautsprecher testen möchte.
> Ich möchte die Phasenwinkel eines sinusförmigen NF-Signales (sweep von
ca. 50Hz.... 4kHz) messen,
Tipp:
Nimm 2 schnelle Komparatoren und einen Phasendetektor.
Das Ausgangssignal des Phasendetektors dann noch mit einem Tiefpass
filtern.
Das Ergebnis(Phase) kann man dann mit einem Voltmeter messen.
Marco S. schrieb: > ch bin jetzt doch überfragt. Wenn ich wissen möchte, wie viel sich die > Phase bei 1kHz im DUT im Vergleich zum Eingangssignal "gedreht" hat und > das auf 0,1 Grad genau sind Auflösung und Genauigkeit für mich gleich. Für dich, aber nicht für alle. Auflösung entspricht deiner Anzeige, d.h. deine Skala hat Teilstriche von 0,1°. Genauigkeit könnte man auch als Zuverlässigkeit oder Abweichung interpretieren (nächste Deutungsebene), d.h. wie sicher ist die Anzeige, 4,1° anzuzeigen. Bei +/- 1° könnte der tatsächliche Phasenwinkel auch 3,1° oder 5,1° sein. Bei einer zehnfach höheren Genauigkeit wird tatsächlich etwas zwischen 4,0° und 4,2° gemessen.
Sinusanregung und Sinusfit (LSME Fit, Sine Approximation) mit Soundkarte reicht locker für 0,1° bis 0,01° .. je nach Rauschanteil eben mehr Punkte pro Frequenz.. (96kHz SR bei '24' bit ist ja heute Standard). BTDT Wenn man dann noch zweimal misst, und die Kamäle tauscht, rechnen sich bei geometrischem Mittel auch noch die (linearen) Verstärkungsfehler und ggf. unterschiedlichen Gruppenlaufzeiten der Einzelkanäle raus. Das Schöne am Sinusfit :) nix MHz Abtastrate, das Produkt aus horizontaler und vertikaler Auflösung bringt es :D Der Sinusfit ist eine extrem schmalbandige Auswertung. Ein paar Oberwellen tun da nix. Lediglich um n*50Hz streut es mehr wenn Brumm einkoppelt. Gruß Henrik
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Wenn es auch digital sein darf: http://mino-elektronik.de/FM_407/fmeter_407.htm#a5 Hier werden mit einem STM32F407 die Frequenz und das Tastverhältnis eines Signals über mehrere Perioden gemessen. Damit es für zwei phasenverschobene Signale funktioniert, müssen beide Signale über je einen Komparator aufbereitet werden. Per XOR-Gatter erhält man ein neues Signal, beim dem das Tastverhältnis der Phasenverschiebung entspricht. Eine Umrechnung auf 0 - 359,999° sollte kein Problem sein. Braucht man es nicht so exakt, kann man das Tastverhältnis auch per Integrator und ADC bestimmen (ggf. auch Multimeter oder 4-stelliges Modul). Eine ratiometrische Messung vermeidet den Einfluß der Referenzspannung.
Marco S. schrieb: > Ich bin jetzt doch überfragt. Wenn ich wissen möchte, > wie viel sich die Phase bei 1kHz im DUT im Vergleich > zum Eingangssignal "gedreht" hat und das auf 0,1 Grad > genau sind Auflösung und Genauigkeit für mich gleich. Quark. Auflösung sagt, wie groß der kleinste Unterschied sein muss, den man gerade noch zuverlässig sehen kann. Genauigkeit sagt, wie groß der absolute Fehler höchstens ist. Wenn mit einer hölzernen Messlatte festgestellt wird, das Paul 101 cm groß ist, während sein älterer Bruder Max 102 cm groß ist, dann hat die Messlatte eine Auflösung von mindestens 1 cm. Trotzdem kann Paul in Wahrheit 105 cm groß sein und Max entsprechend 106 cm. Das wäre dann Folge zu geringer Genauigkeit, die vielleicht daher kommt, dass das Holz der Messlatte quillt bzw. schrumpft. > Es gibt also 3600 mögliche Phasenzustände (360 Grad > bei 0,1 Grad Auflösung). Das ist eine Implikation, keine Äquivalenz. Bei 1800 möglichen Zuständen zu je 0.05° und weiteren 1800 Zuständen zu je 0.15° gibt es nämlich AUCH 3600 mögliche Phasenzuständen. Die AUFLÖSUNG ist also genau dieselbe -- nicht aber die GENAUIGKEIT. Niemand garantiert, dass Deine Elementarschritte von 0.1° TATSÄCHLICH ganz gleichmäßig 0.1° groß sind. Genau dort steckt die Frage nach der Genauigkeit.
Henrik V. schrieb: > Sinusanregung und Sinusfit (LSME Fit, Sine Approximation) mit Soundkarte > reicht locker für 0,1° bis 0,01° .. je nach Rauschanteil eben mehr > Punkte pro Frequenz.. (96kHz SR bei '24' bit ist ja heute Standard). Hallo, mit Sinusfit habe ich noch nicht gearbeitet (weil nicht bekannt :-), hört sich aber erst mal gut an... Aber zu Messungen mit der Soundkarte - selbst wenn es sich um ein gutes externes Gerät handelt - kann ich nur abraten. Selbst 1° Phasenauflösung bekommt man (ich) nicht annähernd hin. Schon die beiden gleich angesteuerten Ausgänge haben Jitter (?) ohne Ende. Natürlich kann man dass irgenwie rausrechnen, aber es bleibt alles weiterhin sehr ungenau. Habe meine Ergebnisse mit ARTA überprüft und während ARTA ein passables Bodediagramm hinzaubert, sieht meines gräuslig aus. Unter 500Hz und über 2KHz nicht zu gebrauchen. Ich rate dir also, vielleicht zuerst mal mit ARTA zu spielen, damit du ein Gefühl dafür bekommst, was möglich ist. Viel Spass und gruß, Rainer @Henrik V: Ich weiß, dass ARTA seine FFT's mit dem (berühmten) Goertzel Algorithmus macht...das scheint etwas Ähnliches wie Sinusfit zu sein. Goertzel habe ich auch gemacht, aber das der errechnete Wert die Wirklichkeit einigermassen trifft, wage ich doch zu bezweifeln...
Marco S. schrieb: > Kann das jemand bestätigen oder negieren? Laut Wiki für die FRA-App sollte es prinzipiell funktionieren: https://bitbucket.org/hexamer/fra4picoscope/wiki/Version%20History Wobei: für eine vernünftige Speichertiefe würde ich mindestens ein 2206B-Modell nehmen. 8K sind etwas arg wenig. Welche Auflösung man mit 8 Bit ADC hin bekommt: keine Ahnung. Es gibt aber auch 12 oder 16 Bit Oszilloskope. Ein 16-Bit Beispiel hier: Beitrag "Re: Einfacher Messverstärker 10 Hz - 100 KHz" Gruß Anja
Anja schrieb: > Laut Wiki für die FRA-App sollte es prinzipiell funktionieren: Hi Anja, aber der TO will doch selbst messen! Und ich bezweifle gerade die Messungen! 0,1% Auflösung bei z.B. 1KHz muss ich dir doch nicht vorrechnen... Gruß Rainer
Anja schrieb: > Wobei: für eine vernünftige Speichertiefe würde > ich mindestens ein 2206B-Modell nehmen. 8K sind > etwas arg wenig. Das stimmt. Wobei ich die Speichertiefe eher für eine Frage der Bequemlichkeit halte, nicht für ein KO-Argument. Ich bin davon ausgegangen, dass bei Bedarf sehr oft gemessen werden kann; damit gleicht man den kleinen Speicher wieder etwas aus. > Welche Auflösung man mit 8 Bit ADC hin bekommt: > keine Ahnung. Fast beliebig. Eins unserer eigenen Ultraschall-Messgeräte, das ich aus eigener Anschauung recht gut kenne, verwendet einen 10bit-Wandler und löst auf 0.1° auf. Messfrequenz liegt im Bereich 0.1MHz - 2MHz, Messempfindlichkeit liegt bei einstelligen Mikrovolt; Winkelauflösung 0.1°. Allerdings werden ziemlich viele Einzelmessungen gemittelt (Größenordnung: 10'000). > Es gibt aber auch 12 oder 16 Bit Oszilloskope. Klar, damit geht das bequemer; man kann wesentlich schneller messen, weil man nicht so viele Wiederholungen mitteln muss.
Rainer V. schrieb: > Hi Anja, aber der TO will doch selbst messen! Und > ich bezweifle gerade die Messungen! 0,1% Auflösung > bei z.B. 1KHz muss ich dir doch nicht vorrechnen... Doch... das wäre ganz nett. Ich sehe nämlich das Problem nicht.
Marco S. schrieb: > Ich möchte die Phasenwinkel eines sinusförmigen NF-Signales (sweep von > ca. 50Hz.... 4kHz) messen, welche bei Durchlaufen verschiedenster > analoger Filter entstehen. Dieter schrieb: > Das Sinussignal von 50Hz bis 4kHz kann die Soundkarte eines Rechners > erzeugen. Aufnehmen kann das Signal auch wiederum die Soundkarte eines > Rechners. Hallo, mein Beitrag bezog sich ja auf die Messungen mit der Soundkarte! Was ein digitales Oszilloskop da bringen kann, weiss ich so erst mal nicht. Wenn also ohne Soundkarte, dann bin ich aussen vor...Ich gebe aber zu bedenken, dass immer noch die alte Weisheit gilt: wer mißt, mißt Mist :-) Marco S. schrieb: > Meine Vorstellung: waveform-Generator der einen Referenzeingang (input > 1) und gleichzeitig das DUT speist. Der Ausgang vom DUT geht dann auf > den 2ten Messeingang (INPUT 2). Es soll der relative und absolute > Phasenwinkel bestimmt werden. Genauigkeit 0,1 Grad. Ideal wäre eine > grafische Darstellung 0... 360 Grad und die Möglichkeit Messwerte aus > einer Tabelle einfach zu entnehmen und mit einfachen Formeln zu > verknüpfen. > Es geht zwar um NF aber nicht um HiFi-qualität. Es wurde weder gesagt, um welchen Generator es sich hier handelt, noch wer (also welches Gerät), was messen soll! Und auch eine Phasenmessung im Audiobereich ist nicht trivial. Mann oder Frau kann dem TO nun natürlich tausende Meßtopologien vorschlagen, aber zuallererst steht wohl die Analyse des Generators selbst! Daher warte ich auf Input vom TO. Gruß Rainer
Rainer V. schrieb: > @Henrik V: Ich weiß, dass ARTA seine FFT's mit dem (berühmten) Goertzel > Algorithmus macht... Da hast du möglicherweise etwas in den falschen Hals gekriegt. Hinter dem Goertzel-Algorithmus steckt der gleiche Rechenalgorithmus wie hinter der diskreten Fourier Transformation. Einziger Unterschied ist, dass der Goertzel-Algorithmus nur den Wert bei einer Frequenz berechnet.
Wolfgang schrieb: > Da hast du möglicherweise etwas in den falschen Hals gekriegt. > Hinter dem Goertzel-Algorithmus steckt der gleiche Rechenalgorithmus wie > hinter der diskreten Fourier Transformation. Einziger Unterschied ist, > dass der Goertzel-Algorithmus nur den Wert bei einer Frequenz berechnet. Jau, danke, ich weiß, aber die Sinusfit habe ich gerade erst kennengelernt... Gruß Rainer
Sinusfit ist das eine. Es ist aber auch nötig die Gruppenlaufzeiten seiner beiden Messkanäle zu kennen. Oder eben immer zweimal zu messen, bei vertauschten Kanälen. Solange das Spannungsverhältnis <1:20 ist, geht das (mit Soundkarte) noch gut. (So meine Erfahrung). Die Verstärkung der beiden Kanäle darf beim Tauschen der Kanäle ja nicht geändert werden, und ist daher typischerweise ungefähr gleich groß. Gruß Henrik
Rainer V. schrieb: > natürlich tausende Meßtopologien vorschlagen, aber zuallererst steht > wohl die Analyse des Generators selbst! Ich denke, dass das wirklich das Erste ist! Ich zitiere mich wirklich ungern selbst, aber...also 1KHz Signal an den Eingang und dann schauen und wundern?! Gruß Rainer
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Hallo, In der Ausgangsfrage hätte ich ein picoscope aufgeführt. Für dieses wurde von eine Dritten ein von picoscope unterstütztes Frequency Response Analysis (FRA) geschrieben. Bei Google Picoscope und FRA eingeben, dann landet man da. Es erscheint mir zum Ausmessen des DUT ausreichend. Es wurde gefragt, was das DUT ist: Es handelt sich um eine NF-Baugruppe deren Ausfgabe es ist, mittels einstellbarer analoger OPV-glieder/Filter Amplituden sowie Laufzeitunterschiede über den NF-Bereich von 50Hz ... 4kHz auszugleichen. Die Pegel und Laufzeitunterschiede werden durch hier nicht betrachtete Baugruppen erzeugt, welche vor dem DUT in einer Anlage angeordnet sind. Diese vorangeschalteten Baugruppen spoelen in meinem Messaufbau keine Rolle. Mein Fokus liegt auf dem DUZ, das vorangegangene Pegel und Phasen wieder zurechtrücken soll. Ziel ist es, einzig und allein das DUT besser zu verstehen und praktisch zu erleben, wenn man an den Trimmern der OPV's "dreht". Hierzu suche ich eine optische Anzeige, die direkt die Auswirkung auf Pegel und Phase anzeigt. Ich habe den DUT-internen Aufbau verstanden und erwarte dann beim gezielten Trimmerveränderungen die Auswirkungen, die ich nach meinem Verständnis erwarte. So kann ich gegenkontrollieren ob ich richtig liege. Nichts wäre schlimmer als sicher zu sein man hätte verstanden und in Warheit liegt man falsch. Damit's aber nicht nur ein grobes Schätzeisen bleibt, wollte ich schon, dass der Pasenwinkel auch mal 0,1 Grad genau ist. Ob intern dann 0,10 bis 0,19 = gerundet 0,1 ist oder von -0,05 bis + 0,05 um 0,1 herum wäre mir da noch egal. Und da stellt sich die Frage ob da Picoscope 2204a mit dem Programm FRA diese "Gegenkontrolle" leistet. In einem 2ten Schritt möchte ich die Messwerte tabellarisch aufbereiten, so dass ich bspw. einzelne Pegel und Phasen herausgreifen um diese in anderer Weise zu verarbeiten. Da steckt aber mehr dahinter mal so was wie ein User Interface zu schaffen. Zum Selbststudium. Aber das ist ein 2ter Lernschritt. Etwa klarer geworden, was ich möchte? Grüße Marco
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Marco S. schrieb: > Ich habe den DUT-internen Aufbau verstanden und erwarte dann > beim gezielten Trimmerveränderungen die Auswirkungen, die ich nach > meinem Verständnis erwarte. Hallo, Ich hoffe jetzt daß Du nicht die Erwartung hast daß das FRA-Tool eine "Echtzeitanzeige" bietet. Da bräuchte man schon einen richtigen Spektrumanalysator mit Tracking Generator. Es werden auf Knopfdruck nacheinander eine konfigurierbare Anzahl von Frequenzen durchgearbeitet. Das kann schon mal ein paar Sekunden dauern. (Insbesonders bei niedrigen Frequenzen und hoher Anzahl Messpunkte je Dekade). Ansonsten: - die Werte lassen sich als .csv exportieren (s. Anhang) Gruß Anja
Im Prinzip suchst Du sowas: https://www.datatec.de/labor-messgeraete/netzwerkanalysatoren/netzwerk-analyzer-bench/bode100 > Wer kennt Alternativen, deren Gesamtkosten < 250 Euro liegen. Das reicht nicht für ein Meßgerät. Teste doch mal eine externe USB-Soundkarte mit passender Software. Hast Du sowas schon mal probiert: http://www.daqarta.com/index.htm ?!
Hallo Anja, hast du ein Picoscope ( falls ja, welches) oder woher stammt die .CSV? Mit ist klar dass das dauert. Ich würde aber bspw. Über den Daumen 50 Hz-steps machen. Dann sollte es doch zügig gehen. Man muss halt beim Trimmerdrehen langsam und geduldig vorgehen. Habe zwar einen HP8591 Spektrumanakyser, aber der zeigt mir keine Phasenbeziehungen (oder habe ich da was übersehen)? Grüße Marco
Angehängte Dateien:
Hallo Marco, Ich habe ein PicoScope 5444A. Die .CSV ist aus der FRA-App exportiert. Gerade nochmal mit einem 100:1 Spannungsteiler mit den Default-Einstellungen der Software nachgemessen. 100 Steps / Dekade 50-4000 Hz ca 22 Sek 200 Steps / Dekade 50-4000 Hz ca 42 Sek hierbei ca 50Hz Schrittweite bei 4000 Hz.) Wobei das Ganze natürlich ggf. mehr Zeit Braucht wenn die Verstärkung häufig umgeschaltet werden muß. Oder weniger bei entsprechenden Einstellungen der APP (reduzierte Rauschunterdrückung). Gruß Anja
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