Referenzspannung mit nicht invertierendem Addierer

[Simon (hacs)]

Hallo zusammen

Ich möchte meinem AC-Signal (Rechtecksignal mit variierender Amplitude 
zwischen 50 mV und 500 mV bei 1 MHz) einen DC-Offset (1.65V) hinzufügen.
Anfangs hatte ich überlegt, das Signal einfach mit einem Spannungsteiler 
anzuheben. Allerdings denke ich, es ist sinnvoller, einen Addierer zu 
verwenden, um Eingangs- und Ausgangssignal sauber zu entkoppeln und 
mögliche Probleme durch die variierende Amplitude zu vermeiden.

Daher habe ich einen nichtinvertierenden Addierer aufgebaut, da ich 
keine zusätzliche negative Spannungsversorgung verwenden möchte.
Den benötigten Offset von 1,65 V erzeuge ich über einen Spannungsteiler. 
Damit die Offsetspannung stabil und möglichst rauscharm ist, habe ich 
zusätzlich einen Buffer eingebaut. Ohne R7 und C2 ist mir aufgefallen, 
dass es zu einem Effekt kommt, der vermutlich als „Ground Bounce“ ist. 
Woher könnte dieser Effekt kommen und wie kann man den Verhindern?

Ich bin mir jedoch unsicher, ob die Wahl des OpAmp für den Buffer 
optimal ist. Ich habe hauptsächlich auf einen möglichst rauscharmen 
OpAmp geachtet.

Macht die Schaltung grundsätzlich so Sinn oder könnte man sie noch 
optimieren?

Welche Eigenschaften sollte der Buffer für die Referenzspannung (Offset) 
idealerweise haben?

In der AC-Analyse sehe ich, dass der Buffer das Signal etwas dämpft – 
woher könnte dieser Effekt kommen?

Danke für eure Inputs

[Falk B. (falk)]

Simon schrieb:
> Ich möchte meinem AC-Signal (Rechtecksignal mit variierender Amplitude
> zwischen 50 mV und 500 mV bei 1 MHz) einen DC-Offset (1.65V) hinzufügen.
> Anfangs hatte ich überlegt, das Signal einfach mit einem Spannungsteiler
> anzuheben. Allerdings denke ich, es ist sinnvoller, einen Addierer zu
> verwenden, um Eingangs- und Ausgangssignal sauber zu entkoppeln und
> mögliche Probleme durch die variierende Amplitude zu vermeiden.

Es reicht ein RC-Hochpass mit DC-Offset. Sprich, ein 2:1 Spannungsteiler 
an 3,3V ergibt 1,65V, dort mittels 100nF Kondensator einkoppeln. Fertig.

> Den benötigten Offset von 1,65 V erzeuge ich über einen Spannungsteiler.
> Damit die Offsetspannung stabil und möglichst rauscharm ist, habe ich
> zusätzlich einen Buffer eingebaut.

Unsinn.

[Simon (hacs)]

Falk B. schrieb:
> Es reicht ein RC-Hochpass mit DC-Offset. Sprich, ein 2:1 Spannungsteiler
> an 3,3V ergibt 1,65V, dort mittels 100nF Kondensator einkoppeln. Fertig.

Da spielen auch die unterschiedlichen Amplituden keine Rolle?

> Unsinn.

Warum ist das Unsinn?

[Michael B. (laberkopp)]

Simon schrieb:
> Ich bin mir jedoch unsicher, ob die Wahl des OpAmp für den Buffer
> optimal ist.

Einen 108MHz GBW Opamp mit 100nF abzublocken ist jedenfalls begging for 
problems, spielt in der Simulation aber keine Rolle. Die 100 Ohm im 
feedback Spannungsteiler führen zu stark mit dem Signal schwankender 
Stromaufnahme die abgeblockt werden müssten.

Wenn du ein 1MHz Rechteck (wie in den Oszillogrammen) aber so verstärken 
willst, dass am Ausgang noch ein Rechteck raus kommt, ist der schon 
nötig.

Wenn du allerdings ein Eingangssignal aus einer niederohmigen Quelle 
hast, und das immer um 1MHz liegt, kannst du es ohne OpAmp mit einem 
Kondensator auf den im Verhältnis hochhomigen Spannungsteiler koppeln 
und hast  gar keine Probleme mit OpAmp. Allerdings braucht die 
Kondensatorkopplung etwas bis das Ausgangssignal symmetrisch um 1.65V 
liegt. Und bei nur 1kHz gibt es Dachschrägen wegen Kondensatorumladung

Ground bounce gibt es nur in der Realität, nicht in der Simulation.

In der Realität wird ein gutes Platinenlayout erwartet.

[Falk B. (falk)]

Simon schrieb:
>> Es reicht ein RC-Hochpass mit DC-Offset. Sprich, ein 2:1 Spannungsteiler
>> an 3,3V ergibt 1,65V, dort mittels 100nF Kondensator einkoppeln. Fertig.
>
> Da spielen auch die unterschiedlichen Amplituden keine Rolle?

Nö, die werden 1:1 übertragen.

>> Unsinn.
>
> Warum ist das Unsinn?

Die Referenz nochmal zu puffern, damit sie "rauscharm" wird. Der OPV ist 
auch überflüssig. Es reicht ein oller RC-Hochpass.

[Peter D. (peda)]

Simon schrieb:
> Ohne R7 und C2 ist mir aufgefallen,
> dass es zu einem Effekt kommt, der vermutlich als „Ground Bounce“ ist.

Nö, die Nadeln entstehen, weil der LMP7732 mit den 1MHz und 100 Ohm Last 
völlig überfordert ist.
Der C2 filtert die 1MHz weg, aber lädt sich um, was die Schräge im 2. 
Bild erklärt. Die VOS wird dann nur über 147 zu 100 Ohm addiert.

Die meisten OPVs mögen nur bis max 10mA belastet zu werden.

[Simon (hacs)]

Falk B. schrieb:
> Nö, die werden 1:1 übertragen.

Super Danke.


> Die Referenz nochmal zu puffern, damit sie "rauscharm" wird. Der OPV ist
> auch überflüssig. Es reicht ein oller RC-Hochpass.

Der Buffer ist vor allem da um die Referenzspannung nicht durch die 
Schaltung zu belasten und damit immer ein konstante Referenzspannung zu 
haben. Das Rauschen soll vom C6 abgefangen werden.


Peter D. schrieb:

> Nö, die Nadeln entstehen, weil der LMP7732 mit den 1MHz und 100 Ohm Last
> völlig überfordert ist.

Aber der LMP7732 sollte ja die 1MHz gar nicht sehen. Also sollte ich 
einen anderen OpAmp als Buffer nehmen oder was ist der Vorschlag?


Ich habe jetzt mal versucht eure Vorschläge umzusetzen und die 
Simulation sieht jetzt recht sauber aus. Könnte das so funktionieren?

[Falk B. (falk)]

Simon schrieb:
> Der Buffer ist vor allem da um die Referenzspannung nicht durch die
> Schaltung zu belasten

Das macht die passende Schaltung schon allein. Deine natürlich nicht, 
die ist aber auch maximal unsinnig.

> und damit immer ein konstante Referenzspannung zu
> haben. Das Rauschen soll vom C6 abgefangen werden.

Welches Rauschen? Die Simulation rausch sowieso nicht. Und in der 
Realität ist das auch nur ein einfacher Tiefpaß.

> Ich habe jetzt mal versucht eure Vorschläge umzusetzen und die
> Simulation sieht jetzt recht sauber aus. Könnte das so funktionieren?

Einen OPV als Puffer für das Signal braucht man nur, wenn die Quelle zu 
schwach ist. Und wenn man den nutzt, dann einfach als Spannungsfolger 
mit AC-Kopplung am Eingang. Spring, man legt den Spannungsteiler R5/R6 
direkt an den nichtinvertierenden Eingang von U3 und koppelt mittels 
100nF das Signal ein. U3 beschaltet man dann als einfachen 
Spannungsfolger. Fertig.

[Simon (hacs)]

Falk B. schrieb:

> Das macht die passende Schaltung schon allein. Deine natürlich nicht,
> die ist aber auch maximal unsinnig.

Was wäre dann eine passende Schaltung?


> 100nF das Signal ein. U3 beschaltet man dann als einfachen
> Spannungsfolger. Fertig.

Also verstehe ich dich Richtig, dass du als Referenzspannung diese 
Schaltung empfiehlst?

[Falk B. (falk)]

Simon schrieb:
>> Das macht die passende Schaltung schon allein. Deine natürlich nicht,
>> die ist aber auch maximal unsinnig.
>
> Was wäre dann eine passende Schaltung?

Nicht ganz. Der Spannungsteiler geht natürlich DIREKT an den OPV! Die 
100nF koppeln das EINGANGSSIGNAL auf den OPV.

>> 100nF das Signal ein. U3 beschaltet man dann als einfachen
>> Spannungsfolger. Fertig.
>
> Also verstehe ich dich Richtig, dass du als Referenzspannung diese
> Schaltung empfiehlst?

Nö, das verstehst du nicht richtig. Siehe Anhang. Man braucht nur EINEN 
OPV!