Heute ist eine kleine Diskussion in der Firma entbrannt hinsichtlich der Interpretation von Grenzfrequenzen und der Bandbreite von Signalen bei Spannnungsänderungen. Es geht dabei um die Dimensionierung einer Treiberschaltung für einen Steuertakt und welches Bandbreite der OP haben muss. Vorliegend ein Signal mit 10MHz, welches weitgehend rechteckig ist und damit ein entsprechendes Spektrum hat - sagen wir mal 100MHz maximal, um es sauber abzubilden. Das Signal wird in der Frequenz um den Faktor 0,5 und 1,5 verändert, gleichzeitig aber auch um bis zu einem Faktor 3 in der Spannung variiert. Die Spannung ist Folge einer Regelung, um ändernde Belastungen zu regeln. Das Signal passt sich quasi an die Innenwiderstände an und sorgt dafür, dass nach der Serienterminierung und den Eingangswidersänden der Empfänger eine genügend steile Flanke überbleibt. Der Extremfall ist nun der, wenn die Spannung von z.B. 3 auf 9 Volt hochschnell (Anstieg linear mit 1V/ns) und auch die Frequenz gezogen wird (Anstieg 1MHz/ns). Da sich durch das "Schnellerwerden" der Frequenz der Anstieg erhöht, sollte sich die Bandbreite ebenfalls nach oben schieben. Hinzu kommt meines Erachtens auch der Anstieg durch die Spannung. Beides erhöht die Anforderung an den Treiber. Das wird von einigen nicht so gesehen. Wie verhält sich das? Dann die Frage: Wie komme ich zu dem richtigen Verstärkungs-Bandbreiteprodukt? Der OP muss maximal um den Faktor 3...9 verstärken. Kann man sagen, dass die Anstiegsthematik da mit enthalten ist, es also reicht wenn man die Grundfrequenz x Faktor 10 dimensioniert? Dann hätten wir 150MHz x 10. Analog-Spezis vor! (Mein Studium ist schon 20 Jahre her :-)
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Ge. B. schrieb: > Der Extremfall ist nun der, wenn die Spannung von z.B. 3 auf 9 Volt > hochschnell (Anstieg linear mit 1V/ns) und auch die Frequenz gezogen > wird (Anstieg 1MHz/ns). Da sich durch das "Schnellerwerden" der Frequenz > der Anstieg erhöht, sollte sich die Bandbreite ebenfalls nach oben > schieben. Hinzu kommt meines Erachtens auch der Anstieg durch die > Spannung. Beides erhöht die Anforderung an den Treiber. ?!? Der Treiber muss auch bei höchster Frequenz die Flankensteilheit bringen, die für euer gewünschtes Signal nötig ist. Der Treiber ändert seine Flankensteilheit nicht, insofern schiebt sich da nichts. Langsamere Signale werden eben noch genauer übertragen. 1000V/us sind sportlich und werden nur erreicht, wenn die beiden Eingänge eine gehörige Differenzspannung haben. Von genauer Signalabbildung weiss der OpAmp also nichts. Das Einschwingen auf das Rechtecktableau dauert deutlich länger als 1ns.
Ge. B. schrieb: > Der Extremfall ist nun der, wenn die Spannung von z.B. 3 auf 9 Volt > hochschnell (Anstieg linear mit 1V/ns) und auch die Frequenz gezogen > wird (Anstieg 1MHz/ns). Da sich durch das "Schnellerwerden" der Frequenz > der Anstieg erhöht, sollte sich die Bandbreite ebenfalls nach oben > schieben. Hinzu kommt meines Erachtens auch der Anstieg durch die > Spannung. Beides erhöht die Anforderung an den Treiber. Meinst Du jetzt 1V/ns für die Schaltflanke (L/H)? Oder meinst Du jetzt, daß das Rechteck von vorher 3V Amplidute jetzt auf 9V sich vergrößert? Und zwar innerhalb von 6ns. Da die Periode bei 10MHz 100ns beträgt, isses aber egal, welche Variante man betrachtet, denn beides geschieht weit innerhalb einer 10MHz-Halbwelle. 6V/6ns=1000V/µs, und das über etliche Volt, da spielt die GBW eines OPV ohnehin keine große Rolle mehr, sondern die SlewRate eines OPV (bzw. dessen Ausgangsstufe), was dann eher der begrenzende Faktor ist (beides hängt aber in gewissem Sinne, wenn auch sehr locker, zusammen). Die 1MHz/ns Anstieg sind aber genau so unlogisch als Angabe für eine f-Änderungsrate bei einer Frequenz von 5...15MHz, also Delta-f=10MHz, also auch nur 10ns, was wiederum weit innerhalb einer Periode (selbst einer Halbwelle) geschieht. Das ist also eher als eine sprunghafte Änderung zu betrachten, wie bei einer FSK-Modulation. So eine Frequenzänderung bedeutet üblicherweise einen etwas erhöhten Bandbreitenbedarf, aber da der OPV ohnehin für die Übertragung von Rechtecken in der Bandbreite weit überdimensioniert sein muß (im Vergleich zum reinen Sinusbetrieb), fällt dieser erhöhte Bandbreitenbedarf wohl nicht weiter auf. Also gucke nach OPVs mit sehr großer SlewRate von paar 1000V/µs, und achte bei der Leiterplattengestaltung schön auf die Leitungs- und Masseführung, und Impedanzen, damit die Rechtecke auch wirklich noch weitgehend rechteckig bleiben. >Dann die Frage: >Wie komme ich zu dem richtigen Verstärkungs-Bandbreiteprodukt? Der OP >muss maximal um den Faktor 3...9 verstärken. Kann man sagen, dass die >Anstiegsthematik da mit enthalten ist, es also reicht wenn man die >Grundfrequenz x Faktor 10 dimensioniert? Dann hätten wir 150MHz x 10. Also wenn die Grundfrequenz max. 15MHz betragt, dann sollte Faktor 10 reichen, um ein Rechteck noch als Rechteck deuten zu können. Und Faktor 10 noch für die Verstärkung (ok, sind nur 9, aber lieber etwas übertreiben). Also GBW rund 1,5GHz. Aber das ist nur die Kleinsignalbandbreite, die je nach OPV nur für unter 1V, vielleicht auch noch für etwas darüber gilt (s. DB). Du willst aber fast 10V Hub, und da kommt dann spätestens die Slewrate ins Spiel, wie weiter obern angesprochen. Und die macht dann aus der Kleinsignalbandbreite dann einen deutlich schlechteren Wert für große Signale. Deshalb SlewRate mit einkalkulieren, die ich bei Deinem Beispiel mit einigen 1000V/µs ansetzen würde. Die höchsten Werte, die ich so kenne, liegen bei reichlich 10000V/µs, z.B. THS3201 mit 10500V/µs. Ist aber ein CFA (Current Feedback Amp), hat also paar andere Ansprüche an die Rückkopplung. Auch könnte es mit dem Ausgangspegel bei dem Probleme geben, da er nur max. 16,5V verträgt. >Analog-Spezis vor! (Mein Studium ist schon 20 Jahre her :-) Kein Grund - meins liegt 30 Jahre zurück, und das war noch nicht mal ein elektronisches ;-)
MaWin schrieb: > Der Treiber muss auch bei höchster Frequenz die Flankensteilheit > bringen, die für euer gewünschtes Signal nötig ist. So sehe ich das auch. Ich fragte mich nur, wie ich das V-Bandbreitenprodukt mit ins Spiel bringen muss.
Ge. B. schrieb: > Ich fragte mich nur, wie ich das > V-Bandbreitenprodukt mit ins Spiel bringen muss. Ich selber würde da LTspice fragen. Allerdings müßte das Modell für den OPV schon gut sein. Wenn OPV von LT oder AD im Spiel sind, dann hast Du gute Chancen. mfg Klaus
Ge. B. schrieb: > Es geht dabei um die Dimensionierung einer > Treiberschaltung für einen Steuertakt und welches Bandbreite der OP > haben muss. Ein reiner OP hat meist eine Bandbreite in der Größenordnung von wenigen Hertz, z.B. ein LM324 mit seiner typischen Verstärkung von 100V/mV und einem GBWP von 1.2MHz liegt typisch bei 12Hz. Der Rest wird durch die Beschaltung des OP festgelegt.
Wolfgang schrieb: > z.B. ein LM324 Den würde ich als Kandidate für einen Treiber bei Hochgeschwindigkeitsignalen nicht in vorderster Reihe sehen :-) Wolfgang schrieb: > Der Rest wird durch die Beschaltung des OP festgelegt. Wenn das mit der Maximalverstärkung stimmt, könnte man mit etwas Sicherheit von einem miminalen GBWP von 1GHz ausgehen. Allerdings bekomme ich die beiden Aussagen nicht so 100% überein: Ge. B. schrieb: > Der Extremfall ist nun der, wenn die Spannung von z.B. 3 auf 9 Volt > hochschnell (Anstieg linear mit 1V/ns) u > Der OP muss maximal um den Faktor 3...9 verstärken. 9V in 9ns sind "nur", bzw "allein schon" >110 MHz. Das ist über der eigentlichen Frequenz dominant, verschwindet aber gegenüber dem Anstieg in einem Rechteck. Die 10MHz / 10ns Frequenzanstieg sind unerheblich dagegen. Ich würde die 15MHz x 9 rechnen, wegen der Oberwelle im Rechteck, die ab der 9. unter die 1% geht. Jens G. schrieb: > Also GBW rund 1,5GHz. So in etwa.
Jürgen S. schrieb: > Allerdings bekomme ich die beiden Aussagen nicht so 100% überein: Die Bandbreite des OP wir neben der Verstärkung auch noch durch die Signalamplitude bestimmt, weil die Slew Rate die Flankensteilheit begrenzt.
Wolfgang schrieb: > Die Bandbreite des OP wir neben der Verstärkung auch noch durch die > Signalamplitude bestimmt, weil die Slew Rate die Flankensteilheit > begrenzt. Ja, allerdings ist die Dynamik zwischen Faktor 3 und 9 ja auch nur 3 und nicht eben 9. Die absolute Amplitude und damit die Steilheit sind 9V. Ich bin nicht sicher, ob sich der OP da irgendwo vertan hat.
Klaus R. schrieb: > Ich selber würde da LTspice fragen. Allerdings müßte das Modell für den > OPV schon gut sein. Bin ich auch am Überlegen. Das den Kollegen mal vorzulegen. Jürgen S. schrieb: > Ich bin nicht sicher, ob sich der OP da irgendwo vertan hat. Ich denke, nicht. Die Werte stimmen, meine ich. Wolfgang schrieb: > Ein reiner OP hat meist eine Bandbreite in der Größenordnung von wenigen > Hertz, Das wiederum verstehe ich jetzt nicht. ?
Klaus R. schrieb: > Ich selber würde da LTspice fragen. Allerdings müßte das Modell für den > OPV schon gut sein. Wenn OPV von LT oder AD im Spiel sind, dann hast Du > gute Chancen. Soweit mir bekannt, bilden diese Modelle das nicht linear ab. Der Opamp geht meistens mit und sättigt dann, aber im Modell anders, als in Realität. Z.B. kommt der nur schlecht aus der Sättigung wieder raus, was in den Modellen meist gar nicht implementiert ist. Ich bin da ein wenig bewandert, was analoges Modellieren angeht. Sowas, was der TE will, muss man messen!
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