Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Reihenfolge fürs Verstärken und Filtern mit OPV


von Friedrich (Gast)


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Hallo,

ich habe einen DAC der im Bereich 30 bis 50 kHz Sinussignale ausgibt 
(Ausgangsspannungsbereich 0 bis 3 V). Das Signal muss (1.) verstärkt und 
(2.) mit einem entsprechenden negativen Offset (per Summierer) versehen 
werden, um eine Spannung im Bereich von ± 6 V auszugeben. Das Signal ist 
dann in mehreren Kanälen mit unterschiedlichen (3.) Phasenverschiebung 
(per Allpass) auszugeben.

1,2 und 3 werden über OPV-Schaltungen umgesetzt, nur stellt sich mir die 
Frage, in welcher Reihenfolge das am besten vorgenommen werden soll. Da 
es insgesamt doch mehrere Kanäle sind, wäre es am sparsamsten zuerst den 
Offset zu setzen, dann zu verstärken und anschließend die 
unterschiedlichen Phasenverschiebungen einzubringen. Wenn ich z.B. erst 
in der letzten Stufe verstärken wollte, bräuchte ich fast doppelt 
soviele OPVs.

Ist die von mir ins Auge gefasst Reihenfolge OK oder wäre es aus 
irgendwelchen Gründen besser, die Verstärker erst zum Schluss 
einzusetzen?

PS: Der Einfachheit halber habe ich in dieser Frage die 
Rekonstruktionsfilterstufe ausgelassen, die kommt als erste gleich an 
den DAC.

Und noch eine Frage hätte ich: wenn man beim ADC nur einen kleinen 
Bereich des möglichen Eingangsspannungsbereiches nützt, bekommt man 
einen schlechten Signal-Rausch-Abstand. Lässt sich das auf den DAC 
übertragen, also wenn man dort immer nur einen kleinen Bereich des 
Ausgangsspannungsbereiches nutzen würde?

Danke für alle konstruktiven Antworten!!

von Ping (Gast)


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Wäre die Idee, die Phasenschieberei digital zu erledigen abwegig?
Wenn es machbar ist, wäre es deutlich exakter / reproduzierbarer.

von Christian S. (roehrenvorheizer)


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Hallo,

kann Dein Rekonstruktionsfilter nicht gleich die Offsetverschiebung 
mit-erledigen? Dann bliebe nur noch Verstärkung mit Faktor 4 und danach 
die beliebige Anzahl parallel geschalteter Allpässe. Oder der 
4-fach-Verstärker macht gleichzeitig die Offsetverschiebung. Wichtig ist 
für die Übertragung der 50 kHz, eine genügend hohe slew-rate bereits zu 
stellen.

Wenn man beim D/A-Wandler nur einen kleinen Bereich der Ausgangsspannung 
benutzt, bekommt man entweder ein nur sehr kleines Signal oder man muß 
nach entsprechender Verstärkung wieder stark filtern, also steilflankige 
aufwändige Filter anwenden. Je weniger Bits genutzt werden, desto 
stufiger wird das Signal. Das wäre also das Gegenteil der bei CD-Playern 
umgesetzten Idee, aufgrund von oversampling Filteraufwand einzusparen.

mfg

von Egon D. (Gast)


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Friedrich schrieb:

> Da es insgesamt doch mehrere Kanäle sind, wäre es
> am sparsamsten zuerst den Offset zu setzen, dann
> zu verstärken und anschließend die unterschiedlichen
> Phasenverschiebungen einzubringen.

Wenn alle Kanäle denselben Offset brauchen, ist es
sicherlich vernünftig, den Offset als erstes
aufzuprägen.


> Ist die von mir ins Auge gefasst Reihenfolge OK
> oder wäre es aus irgendwelchen Gründen besser, die
> Verstärker erst zum Schluss einzusetzen?

Naja, wenn die Phase mit (passiven) Allpässen verschoben
werden soll, will man dahinter -- also direkt vorm
Ausgang -- i.d.R. einen Impedanzwandler haben. Der kann
unter Umständen auch gleich die Verstärkung mit erledigen.

Ein nichtinvertierender Verstärker hat einen hochohmigen
Eingang und kann Spannungsverstärkung liefern.
Insofern: Ja, es kann sinnvoll sein, die Spannungsverstärkung
erst ganz am Schluss zu erledigen.


> PS: Der Einfachheit halber habe ich in dieser Frage
> die Rekonstruktionsfilterstufe ausgelassen, die kommt
> als erste gleich an den DAC.

Es ist zwar vorbildlich, dass Du einen Tiefpass vorsiehst --
aber warum hast Du das nicht gleich erwähnt? Wenn das ein
aktives Filter werden soll -- was ich bei max. 50kHz
vermute --, dann kann dieses Filter u.U. gleich den Offset
mit erledigen.
Butterworth-Filter 3. Ordnung geht m.W. mit einem einzigen
OPV.


> Und noch eine Frage hätte ich: wenn man beim ADC nur
> einen kleinen Bereich des möglichen
> Eingangsspannungsbereiches nützt, bekommt man einen
> schlechten Signal-Rausch-Abstand.

Ja.


> Lässt sich das auf den DAC übertragen, also wenn man
> dort immer nur einen kleinen Bereich des
> Ausgangsspannungsbereiches nutzen würde?

Wenn Du auf der digitalen Seite immer nur einen kleinen
Teil der möglichen Codeworte verwendest: Ja, natürlich.

Wenn Du die Spannung hinter dem DAC mit analogen
Mitteln teilst und verschiebst: Nein, natürlich nicht.

HTH

von Friedrich (Gast)


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Hallo,

danke erstmal. Die Phasenschieberei ginge schon digital, ich habe aber 
nicht soviele DAC-Kanäle.

@ Christian S.
Slew-Rate und Bandbreite sind hier hoch, habe ich im Auge und vom 
Filter-Designer berechnen lassen, kein Ding. Du schlägst also das vor 
was ich schon vorhatte. Nur denke ich mir, wäre es vll. besser die 
Allpässe vor den Verstärkern zu platzieren, da dann Vpp vom 
Eingangssignal wesentlich kleiner ist und damit allenfalls auch 
Verzerrungen, Nichtlinearitäten, Phasenverschiebungen und sonstiges 
hässliches Zeug im OPV abgeht. Ich weiß nur nicht ob und inwiefern das 
hier eine Rolle spielt und bitte daher um eure Erfahrungen.

von Helge (Gast)


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Die Referenz des DAC ist 3V? Mit einem OPV -3V erzeugen. Über 
Spannungsteiler ergeben sich +/-1V, idealerweise als Teil eines passiven 
anti aliasing Filters. Danach pro Kanal ein aktiver Allpass mit 
Verstärkung x6. Damit wären insgesamt n+1 OPV notwendig.

von Friedrich (Gast)


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ich vergaß zu erwähnen, dass die OPVs der Allpässe nicht verstärken 
können, da es sich mit der Bandbreite nicht ausgeht... sorry. Ich möchte 
auch keine Unsummen für extra teure OPVs ausgeben.

von Helge (Gast)


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Wenns für x6 nicht reicht, wirds mit Phasengang und Ausgangsimpedanz 
sehr interessant..

von Friedrich (Gast)


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Die Ausgangsimpedanz kann relativ hoch sein das ist kein Problem. 
Verstärkt werden muss halt nur mit zusätzlichen OPVs entweder zum 
Schluss oder am Anfang, nur zusammen mit dem Allpass in einer Stufe.

von Friedrich (Gast)


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* ich meinte natürlich NICHT im Allpass

von Egon D. (Gast)


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Friedrich schrieb:

> ich vergaß zu erwähnen, dass die OPVs der Allpässe
> nicht verstärken können, da es sich mit der Bandbreite
> nicht ausgeht...

Warum habe ich nur SCHON WIEDER Zeit für eine nutzlose
Antwort verplempert. Ich werde mir das abgewöhnen müssen.

von NFB (Gast)


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Friedrich schrieb:
> Ich möchte
> auch keine Unsummen für extra teure OPVs ausgeben.

Was zum Geier verstehst Du unter "Unsummen"/"extra teuer"?
Und wieso nennst Du nicht genaue nötige Spezifikationen?

Normalerweise richtet man sich nach den technischen Umst.
/Geggbht. und nicht nach irgendwelchen "möchte sparen"
Vorgaben. Und hat man selbst zu wenig Ahnung, richtet man
sich nach den Ratschlägen von Menschen, die sie haben.

(Was aber vollumfänglich auch nur möglich ist, wenn man
diesen zuvor alle (technischen !!!) Randbedingungen,
also die vollst. Specs der Signalquelle sowie die vollst.
gewünschten Parameter "nach angezielter Verarbeitung",
vorlegt - das ist beileibe nicht passiert bisher.)

Soll heißen: Es mag mehrere sinnvolle Wege geben, und einer
könnte "billiger" sein - aber schon ein Brainstorming mit
der Vorgabe "so billig es nur geht" ist doch Schwachfug.

Man wählt am_Schluß die billigste Variante aus, nachdem
man mehrere "grob durchentwickelt und -gerechnet" hat ...
es sei denn man geht davon aus, daß

a.) die Helfer hier "nur teuer kennen und können"
b.) sie dafür aber auch ohne Spezifikationen zu nennen
    "aus ihrer teueren geistigen Bestleistung heraus zu
    Wundern befähigt sind" wenn man ihnen nur genug
    verschweigt (Erfüllung der wichtigsten Zielsetzung)

Denkst Du so? Falls nein - woran liegt es, ...?

Denk nicht ans Sparen - erst brauchst Du Konzepte.
Und hast Du selbst zu wenig Ahnung, raus mit allen Fakten.

Denn derzeit ist da nichts außer einer irrealen Seifenblase.

von Friedrich (Gast)


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komm mal runter NFB, du bist hier nicht der Controller im Konzern. Mir 
sind die Specs bewusst, weiß nicht was du meinst. Ich habe einen OPV im 
Auge der völlig ausreichend ist, nur halt nicht dafür, dass er Allpass + 
Verstärkung in einer Stufe macht. Verstanden? Ich muss hier auch nicht 
das ganze Projekt hineinklatschen und damit alles zumüllen, wenn ich nur 
einen Punkt fragen möchte, siehe mein erstes Posting.

von NFB (Gast)


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Friedrich schrieb:
> ...bist hier nicht der Controller im Konzern.

Hmmm... vielleicht doch. Modulator, EA, Comp... alles da.
(Bloß die galvanisch getrennte Gateansteuerung fehlt mir
vollkommn - brennt's, bin ich mit dran, wie man sieht.)

"Konzern" ist mir topologisch unbekannt. Funktioniert wie?
Genauer Zweck? Randbedingungen/parametrische Spezifikation?

Ach, ist doch eh egal.

> Verstanden?

Aber sicher.

Habe bestens verstanden, daß Du alles fest im Griff hast,
und Du die hier nicht genannten Infos natürlich kennst.

(Aber verflixt... war mir das nicht auch zuvor schon klar?
Was, zum hl. Geier, denkst Du, hatte ich erreichen wollen???
"Dich aus perv. Spaß ein wenig zu tyrannisieren" oder so?)

Verstanden, daß Du den Griff nicht lockern willst (indem Du
zu näherer Beschäftigung damit nötige Daten liefertest, die
als unnötigen Müll bezeichneten meine ich natürlich).

Verstanden, Daß Du bei dieser Deiner Überzeugung bleibst -
ganz egal, ob man Dich recht nett darauf aufmerksam macht,
oder nachdrücklicher dazu aufzufordern versucht (indem man
Dir diverse Schwierigkeiten und fehlende Daten vorbetet).


Verstanden, daß Dir da höchstens zu helfen wäre, indem man
die Gründe schrumpfender Gletscher diverser Gebirge nach
freigeschmolzenen OPVs Deines "Geschmacks" absuchen würde.

Verstanden, was Du folglich selbst machen kannst / darfst?

von stiller Leser (Gast)


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Egon D. schrieb:
> Friedrich schrieb:
>
>> ich vergaß zu erwähnen, dass die OPVs der Allpässe
>> nicht verstärken können, da es sich mit der Bandbreite
>> nicht ausgeht...
>
> Warum habe ich nur SCHON WIEDER Zeit für eine nutzlose
> Antwort verplempert. Ich werde mir das abgewöhnen müssen.

Mach das bitte nicht, auch wenn es manchmal störend ist, wenn nicht alle 
Infos gegeben sind.. Ich finde deine Antworten trotzdem immer brauchbar! 
Das ist meine Meinung.

von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Ganz allgemein werden kleine Signalamplituden am Eingang zuerst 
verstärkt und danach kommt die Filterung. Bei großen Signalamplituden 
umgekehrt.

von Rainer V. (a_zip)


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Dieter D. schrieb:
> Ganz allgemein werden kleine Signalamplituden am Eingang zuerst
> verstärkt und danach kommt die Filterung. Bei großen Signalamplituden
> umgekehrt.

Und noch allgemeiner, es gibt möglicherweise einen Amplitudenbereich, 
der "allen Beteiligten" gut passt. Man wird wohl kaum das Signal hinter 
einem z.B. Tiefpass im Sperrbereich "ganz unten" 
weiterverarbeiten...also frage ich mich immer, wo wäre der Wunschpegel 
für mein Nutzsignal. Bei aktiven Schaltungen mit OPV wird das sicher 
hauptsächlich durch deren Versorgungsspannung bestimmt ,also wäre ich 
bestrebt, mit meinem Signal möglichst schon direkt nach Sensor auf 
diesen passenden Pegel zu kommen. Heute hat man entweder +-5V oder +-15V 
(ohne irgendwelche Exoten) und in diesem Bereich spielt sich dann alles 
ab. Damit ist die Frage des TO (mangels genauerer Angaben) erschöpfend 
beantwortet.
Gruß Rainer

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