Guten Abend, Die folgende Vorlage von Analog-Devices (https://www.analog.com/en/technical-articles/ltc6244-high-speed-peak-detector.html) habe ich auf eine Versorgung über einzelne +3.3V und GND umgebaut. Die Schaltung funktioniert grundsätzlich in LTSpice, sowie auch auf einem Steckbrett. Lediglich habe ich das folgende Problem: Der Ausgang des Spitzendetektors steigt bei "offenem" Eingang selbstständig auf ca ~220mV an, nach dem ein Reset ausgeführt wurde. Das ist auch in der Simulation so. Anbei eine Oszilloskop-Ansicht. Das führt nun dazu, das sehr viele Impulse, welche der Detektor feststellen und halten sollte, garnicht verarbeitet werden können. Interessanterweise werden auch Pulse welche leicht über den 220mV wären, nicht verarbeitet (z.b. 250mV). Das kann man auch auf der Oszilloskop-Ansicht gut erkennen. In der Simulation ist ein ähnliches Verhalten festzustellen. Dort ist der Start-Ausgangslevel 80mV und Pulse darunter werden ebenfalls ignoriert. Wird der Orginal-Aufbau aus dem Artikel benutzt, ist das Problem auch da, und schlimmer. Die Differenz zwischen Aufbau und Simualtion sowie sichtbare Störungen sind mir bewusst, das liegt aber sicherlich daran das die ganze Geschichte aktuell auf einem Steckbrett mit längeren Drähten und ohne ordentliches Layout aufgebaut ist. Woran könnte dies liegen, bzw. wie kann ich das Problem lösen oder einschränken?
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Wie soll Deine Eingangsstufe ohne neg. Betriebsspannung überhaupt pos. Eingangsspannungen verarbeiten können?
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Jens G. schrieb: > Wie soll Deine Eingangsstufe ohne neg. Betriebsspannung überhaupt pos. > Eingangsspannungen verarbeiten können? Meinst du hiermit U1? Diese wandelt ja einen negativen Eingangspuls in einen positiven Puls
OtasLab O. schrieb: > Meinst du hiermit U1? Diese wandelt ja einen negativen Eingangspuls in > einen positiven Puls Und einen positiven Eingangspuls wandelt die in ??? Zumindest war das wohl die Frage.
OtasLab O. schrieb: > Der Ausgang des Spitzendetektors steigt bei "offenem" Eingang > selbstständig auf ca ~220mV an, nach dem ein Reset ausgeführt wurde. Das > ist auch in der Simulation so. Anbei eine Oszilloskop-Ansicht. Das führt > nun dazu, das sehr viele Impulse, welche der Detektor feststellen und > halten sollte, garnicht verarbeitet werden können. Du hast vermutlich keine gematchten Bipolartransistoren verwendet und der Offset vom OPV versaut Dir nun die schöne Theorie.
OtasLab O. schrieb: > Meinst du hiermit U1? Diese wandelt ja einen negativen Eingangspuls in > einen positiven Puls Aha. Dein Text und Oszi-Bilder sagen aber nix davon. Wie wäre es denn, wenn Bild und Text mal im Einklang wären ... Wenn Du also in Bild und Text so tust, als gäbe des den U1 gar nicht, dann gehe ich auch davon aus, daß der "offene" Eingang vor U2 ist, und nicht vor U1. Dann beschreibe, was Du unter offenem Eingang verstehst, denn ein offener Eingäng führt idR. ohnehin nur zu einem undefinierten Zustand, und bei einem offenen Eingang kann auch kein Impulsgeber da angeschlossenen sein (wäre dann ja kein offener Eingang), und damit kein Pulse dort vorkommen. Ansonsten betrachte ich die Schaltung sowieso als Mist, denn der Q2 könnte durch Restströme trotz 10MOhm den C auf eine gewisse Spannung aufladen. Und die ist auch deswegen Mist, weil Q1 und Q2 nie gleich sind, und auch unterschiedliche Arbeitswiderstände haben, so daß die Ausgangsspannung nie exakt dem Pulspegel entspricht.
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MiWi schrieb: > OtasLab O. schrieb: > >> Der Ausgang des Spitzendetektors steigt bei "offenem" Eingang >> selbstständig auf ca ~220mV an, nach dem ein Reset ausgeführt wurde. Das >> ist auch in der Simulation so. Anbei eine Oszilloskop-Ansicht. Das führt >> nun dazu, das sehr viele Impulse, welche der Detektor feststellen und >> halten sollte, garnicht verarbeitet werden können. > > Du hast vermutlich keine gematchten Bipolartransistoren verwendet und > der Offset vom OPV versaut Dir nun die schöne Theorie. Das ist korrekt, was mich da aber wundert, ist ja das mein Problem auch in der Simulation existiert. Dort sollten die Transistoren ja automatisch gematcht sein, da es "ideale" Bauteile sind, oder sehe ich das falsch?
Welche Spannung misst/simulierst du denn am Ausgang von U1 bzw. an den Eingängen von U2? Selbst rail to rail können nicht immer auf 0.0mV runter. In der Simulation sollten die Transistoren die gleichen Parameter haben, daher dürften diese Effekte nur in der Realität auftreten. Lad mal die Simulationsdatei hoch. Jens G. schrieb: > Und die ist auch deswegen Mist, weil Q1 und Q2 nie gleich sind, und auch > unterschiedliche Arbeitswiderstände haben, so daß die Ausgangsspannung > nie exakt dem Pulspegel entspricht. Im Original von Analog Devices wird ein gematchter Doppeltransistor verwendet, außerdem arbeitet der 10k an Q1 auf eine negative Spannung
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Jens G. schrieb: > OtasLab O. schrieb: >> Meinst du hiermit U1? Diese wandelt ja einen negativen Eingangspuls in >> einen positiven Puls > > Aha. Dein Text und Oszi-Bilder sagen aber nix davon. Wie wäre es denn, > wenn Bild und Text mal im Einklang wären ... > Wenn Du also in Bild und Text so tust, als gäbe des den U1 gar nicht, > dann gehe ich auch davon aus, daß der "offene" Eingang vor U2 ist, und > nicht vor U1. Dann beschreibe, was Du unter offenem Eingang verstehst, > denn ein offener Eingäng führt idR. ohnehin nur zu einem undefinierten > Zustand, und bei einem offenen Eingang kann auch kein Impulsgeber da > angeschlossenen sein (wäre dann ja kein offener Eingang), und damit kein > Pulse dort vorkommen. > Ansonsten betrachte ich die Schaltung sowieso als Mist, denn der Q2 > könnte durch Restströme trotz 10MOhm den C auf eine gewisse Spannung > aufladen. > Und die ist auch deswegen Mist, weil Q1 und Q2 nie gleich sind, und auch > unterschiedliche Arbeitswiderstände haben, so daß die Ausgangsspannung > nie exakt dem Pulspegel entspricht. Die gezeigte LTSpice stimmt mit dem Aufbau überein, was ich wohl leider vergessen hatte zu beschreiben, ist das Kanal 1 (gelb) den Ausgang von U1 zeigt. Mit offenem Eingang, meine ich einen Unterbruch zwischen dem Ausgangspin von U1 und R1 im **Aufabau** sowie in der **Simulation**. Das wird im Endzustand selbstverständlich nicht so sein, und war nur zum Test ob U1 möglicherweise das Problem verursacht.
K. S. schrieb: > Lad mal die Simulationsdatei hoch. Habe ich hier angehängt > Jens G. schrieb: >> Und die ist auch deswegen Mist, weil Q1 und Q2 nie gleich sind, und auch >> unterschiedliche Arbeitswiderstände haben, so daß die Ausgangsspannung >> nie exakt dem Pulspegel entspricht. > > Im Original von Analog Devices wird ein gematchter Doppeltransistor > verwendet, außerdem arbeitet der 10k an Q1 auf eine negative Spannung In meinem Endzustand wird auch ein gematchter Transistor verbaut. Das 10k an Q1 auf -8.5V in der Orginalsimulation führt, ist korrekt, aber auch im Orginal existiert das Problem, dort sogar noch massiver
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OtasLab O. schrieb: > Mit offenem Eingang, meine ich einen Unterbruch zwischen dem Ausgangspin > von U1 und R1 im **Aufabau** sowie in der **Simulation**. Das wird im Am Ausgang von U1 ist kein R1 dran. Vermutlich eher R3 ...
OtasLab O. schrieb: >> >> Du hast vermutlich keine gematchten Bipolartransistoren verwendet und >> der Offset vom OPV versaut Dir nun die schöne Theorie. > > Das ist korrekt, was mich da aber wundert, ist ja das mein Problem auch > in der Simulation existiert. Dort sollten die Transistoren ja > automatisch gematcht sein, da es "ideale" Bauteile sind, oder sehe ich > das falsch? Die Emitterwiderstände sind es nicht....
Ansonsten, messe einfach an jedem Punkt von Eingang bis Ausgang die Spannungen, wenn die Spannung wieder zu hoch ist, um den statischen "Signal-"Verlauf sehen zu können.
OtasLab O. schrieb: > In der Simulation ist ein ähnliches Verhalten festzustellen. Dort ist > der Start-Ausgangslevel 80mV und Pulse darunter werden ebenfalls > ignoriert. Laut der Simulation ist folgt der Ausgang des LTC6244 unterhalb von 1.3V einfach der Versorgungsspannung, ab ca. 1.5V arbeitet der vernünftig. Keine Ahnung wie gut das Modell ist, aber da der Fehler ja verifiziert ist könnte das schon passen. Miss mal mit offenem Eingang, direkt am Ausgang und an V+ vom LTC6244, beim Einschalten der Spannung und mach uns mal ein Bild davon. Müsstest mal andere Opamps ausprobieren, denn zum Verhalten beim Einschalten/Unterspannung gibts eher weniger im Datenblatt. Ein dedizierter µC reset IC mit open collector Ausgang könnte helfen. Jens G. schrieb: > Ansonsten, messe einfach an jedem Punkt von Eingang bis Ausgang die > Spannungen, wenn die Spannung wieder zu hoch ist, um den statischen > "Signal-"Verlauf sehen zu können. bringt eher weniger, der "peak" ist schon lange detektiert, das Signal lange weg. Wenn nicht, ist es nur ein offset Problem, das wäre einfach zu finden und immer konstant da.
OtasLab O. schrieb: > Der Ausgang des Spitzendetektors steigt bei "offenem" Eingang > selbstständig auf ca ~220mV an, nach dem ein Reset ausgeführt wurde. Erkläre bitte nochmal, was du mit "offenem Eingang" meinst. Wenn du willkürlich Verbindungen in der Schaltung auftrennst, funktioniert die Schaltung natürlich nicht richtig. Oder hast du den Effekt in der realen Schaltung auch dann, wenn alles korrekt verbunden ist und der Eingang auf 0V liegt? OtasLab O. schrieb: > In der Simulation ist ein ähnliches Verhalten festzustellen. Dort ist > der Start-Ausgangslevel 80mV und Pulse darunter werden ebenfalls > ignoriert. Was die Simu beim Start macht, hängt von Arbeitspunkt ab, den sich der Simulator sucht. Der Arbeitspunkt des Speicherkondensators ist von der Vorgeschichte abhängig, der bei Start der Simu nicht eindeutig definiert ist. Der Startwert ist also kaum aussagekräftig. Was allerdings schon aussagekräftig ist ist das Verhalten der Simu nach dem Reset. Dann steigt die Spannung am Speicherkondensator auf einer ms-Skala auf einige 10mV an - das ist tatsächlich das Verhalten wie in der realen Schaltung. Und die Ursache kannst du in der Simu einfach "rausmessen" und sie wurde auch schon von Jens G. erklärt: du hast einen kleinen Reststrom über Q2, der an dem riesigen Arbeitswiderstand (10MOhm) halt einen entsprechenden Spannungsabfall machen. 80mV an 10 MOhm entsprechen einem Strom von 8nA - Restströme in dieser Größenordnung kannst du mit deinem Transistor nicht vermeiden. Wenn dich die Reaktion auf diese 8nA stört, dann mach den Arbeitswiderstand niederohmiger oder verstärke mit U1 das Eingangssignal stärker, so dass alle relevanten Pulse deutlich größer als 80mV sind.
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Achim S. schrieb: > OtasLab O. schrieb: >> Der Ausgang des Spitzendetektors steigt bei "offenem" Eingang >> selbstständig auf ca ~220mV an, nach dem ein Reset ausgeführt wurde. > > Erkläre bitte nochmal, was du mit "offenem Eingang" meinst. Wenn du > willkürlich Verbindungen in der Schaltung auftrennst, funktioniert die > Schaltung natürlich nicht richtig. > > Oder hast du den Effekt in der realen Schaltung auch dann, wenn alles > korrekt verbunden ist und der Eingang auf 0V liegt? Offen würde bedeuten, das R3 quasi ausgebaut wird, somit wird der postivie Eingang von U2 über 20k auf GND gezogen- Auch wenn man den positiven Eingang direkt auf GND verbindet, ist die Ausgangspannung nicht 0 > Und die Ursache kannst du in der Simu einfach "rausmessen" und sie wurde > auch schon von Jens G. erklärt: du hast einen kleinen Reststrom über Q2, > der an dem riesigen Arbeitswiderstand (10MOhm) halt einen entsprechenden > Spannungsabfall machen. 80mV an 10 MOhm entsprechen einem Strom von 8nA > - Restströme in dieser Größenordnung kannst du mit deinem Transistor > nicht vermeiden. Wenn dich die Reaktion auf diese 8nA stört, dann mach > den Arbeitswiderstand niederohmiger oder verstärke mit U1 das > Eingangssignal stärker, so dass alle relevanten Pulse deutlich größer > als 80mV sind. Hmm, das ist dann wohl die Ursache, nur ist die Lösung wohl nicht ganz so einfach. Den "riesige Arbeitswiederstand" einfach zu verkleinern, bringt leider aber den unschönen nebeneffekt mit sich, das die detektierte Spitze, welche gehalten wird, leider noch schneller abfällt als bei 10MOhm. Die gehaltene Spitze soll von einem ADC mit 14-bit gemessen werden. Bei 10MOhm fällt die Spannung in ca. 45us bereits um ganze 5.6mv ab, was bei 14-bit und 2.048 Vref breits eine Differenz von "44" ergibt. Das eingangsignal zu verstärken ist selbstverständlich eine Möglichkeit, bringt dann aber das Problem mit sich, das Pulse welche aktuell bedeuten höher sind so verstärkt werden würden das Sie grösser als 2.048V wären, oder sogar grösser 3.3V. Würde man ja z.b. ein 200mV Signal um Faktor 3 verstärken, wäre ein 1V Signal ja bereits bei 3V liegen... Ich versuche jetz mal mit der Verstärkung zu spielen ob ein sinnvolles Ergebnis erzielt werden kann wenn man die Schaltung auf 5V VCC und 4.096 Vref umbaut. Falls nicht, müsste ich allenfalls die ganze Schaltung duplizieren um einen Kanal für hohe und einen niedrige Eingangssignale zu erhalten.
OtasLab O. schrieb: > Die gehaltene Spitze soll von einem ADC mit 14-bit > gemessen werden. Und wie lange braucht der? Auch mit 100kOhm und 4,7nF hast du noch eine Zeitkonstante von 470µs. Viele ADCs sind sehr viel schneller. Und zur Not kannst du ja auch aus den 4,7nF z.B. 47nF machen und hast wieder eine Größenordnung mehr Zeit. OtasLab O. schrieb: > nur ist die Lösung wohl nicht ganz > so einfach. Die Schaltung mit den Bipolartransistoren hat gegenüber einfachen Dioden den Vorteil, dass sie den Kondensator wesentlich schneller aufladen kann. Dafür zahlt man auf der anderen Seite den Preis, dass auch die "Restströme" wesentlich größer werden. Das Abwägen zwischen beiden ist immer ein Kompromiss. Bei der Simu (und evtl. auch in der realen Schaltung) ist der Reststrom nichtmal ein Leckstrom. Sondern es ist der benötigte Strom, um die Offsetspannung des OPV als Spannungsabfall an R6 zu kompensieren. Wenn am Emitter von Q1 ein paar nA benötigt werden, fließt etwas in derselben Größenordnung auch am Emitter von Q2.
Achim S. schrieb: > OtasLab O. schrieb: >> Die gehaltene Spitze soll von einem ADC mit 14-bit >> gemessen werden. > > Und wie lange braucht der? Auch mit 100kOhm und 4,7nF hast du noch eine > Zeitkonstante von 470µs. Viele ADCs sind sehr viel schneller. Und zur > Not kannst du ja auch aus den 4,7nF z.B. 47nF machen und hast wieder > eine Größenordnung mehr Zeit. Mit der aktuellen Konfiguration und Aufbau sind 1MSPS geplant, so das auf 40us ca. 40 Samples genommen werden können wovon die fünf kleinsten und 5 grössten Messewerte verworfen werden, so ergibt dies 30 Samples die theoretisch eine Abweichung von insgesamt ca. 30 Werten haben dürften, davon wird der durchschnitt als Messwert genommen.
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