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TeX/Kapitel/RevisionV11.tex

@@ -327,4 +327,144 @@ genutzte LTC6268-10.
 Insgesamt ist somit das Rauschen der zweiten Revision des TIVs nutzbar.
 Zwar ist das Rauschen im Vergleich zur ersten Revision geringfügig erhöht, jedoch
 bieten alle Versionen der Schaltung mit Ausnahme des $\SI{20}{\mega\ohm}$ TIVs
-ein akzeptabel geringes Rauschen.
+ein akzeptabel geringes Rauschen.
+
+\FloatBarrier
+\newpage
+
+\subsection{Konsistenz des Schaltkreises}
+
+In diesem Abschnitt wird darauf eingegangen, wie wiederholbar
+der Aufbau der zweiten Revision der Platine ist.
+Ein wichtiger Aspekt des in dieser Arbeit entwickelten TIVs ist 
+der reproduzierbare Aufbau ohne größere manuelle Abstimmungen der 
+Abschirmung oder anderer Komponenten.
+
+Um dies zu belegen wird eine zweite Platine der $\SI{47}{\mega\ohm}$
+Variante hergestellt. Diese Platine wird nicht experimentell abgestimmt,
+sondern mit denselben Komponentenwerten verlötet wie die Platine 
+welche bereits vermessen wurde. Das gewollte Verhalten ist nun, dass 
+diese Kopie dasselbe Verhalten aufweist wie die original vermessene Platine.
+
+\begin{figure}[h]
+    \centering
+    \includegraphics[scale=0.8]{datavis/V1_Measurements/V1.1-a1/bandwidth_consistency.png}
+    \caption{\label{fig:v11_bandwidth_consistency_check}Vergleich der Bandbreiten
+        zweier identischer TIV-Platinen.}
+\end{figure}
+
+Abbildung \ref{fig:v11_bandwidth_consistency_check} zeigt die Bandbreiten der originalen
+Platine und der Kopie im direkten Vergleich. Es ist zu erkennen, dass eine leichte
+Diskrepanz der Bandbreiten um die Eckfrequenz herum vor liegt. Diese beträgt
+jedoch nur ca. 2dB, und liegt in einem Bereich der durch den nachfolgenden
+Filter herausgefiltert wird. Für den relevanten Bereich bis $\SI{30}{\kilo\hertz}$
+sind beide TIVs jedoch nahezu identisch.
+
+Das Verhalten der TIVs scheint somit eine gute Konsistenz auf zu weisen.
+Es ist somit nicht notwendig, die Platinen nach der Anfertigung noch weiter
+ab zu stimmen.
+
+\subsection{Einfluss der Kaskadenschaltung}
+
+In diesem Abschnitt wird die Kaskadenschaltung der zwei ADA4817 genauer
+untersucht, um die beste Abstimmung der zwei OpAmps zu finden.
+
+\subsubsection{Filterung der zweiten Stufe}
+
+Als erster Punkt wird untersucht, ob ein zusätzlicher Tiefpassfilter durch
+Einbringung einer Kapazität mit dem Rückkoppelpfad der zweiten Stufe
+von Vorteil ist. Diese Filterung könnte theoretisch Rauschen in der ersten
+Stufe abfangen.
+Hierfür wird eine $\SI{47}{\mega\ohm}$-Variante
+modifiziert, und eine Kapazität parallel zu Widerstand R34 
+(siehe Abbildung \ref{fig:v11_tia_schematic}) eingebracht. Diese Kapazität ist
+so ausgelegt, dass sie die Verstärkung der zweiten Stufe ab ca. $\SI{60}{\kilo\hertz}$
+absenkt.
+
+\begin{figure}[h]
+    \centering
+    \includegraphics[scale=0.8]{datavis/V1_Measurements/V1.1-a1/midcap_bandwidth_effect.png}
+    \caption{\label{fig:v11_midcap_bandwidth}Einfluss eines Tiefpassfilters in
+    der zweiten Stufe des kaskadierten TIVs auf die Übertragungsfunktion.}
+\end{figure}
+
+Abbildung \ref{fig:v11_midcap_bandwidth} zeigt die Ergebnisse der Messung
+der Bandbreite. Deutlich zu erkennen ist ein stärkerer Abfall der Bandbreite 
+sowie ein schärferer Knick
+in der Version mit Tiefpassfilter. Dies ist generell von Vorteil.
+
+\begin{figure}[h]
+    \centering
+    \includegraphics[scale=0.8]{datavis/V1_Measurements/V1.1-a1/midcap_noise_influence.png}
+    \caption{\label{fig:v11_midcap_noise}Einfluss eines Tiefpassfilters in
+    der zweiten Stufe des kaskadierten TIVs auf das Rauschspektrum.}
+\end{figure}
+
+Abbildung \ref{fig:v11_midcap_noise} zeigt die aufgenommenen Rauschspektren.
+Hier zeigt sich, dass die Einführung eines Tiefpassfilters in die zweite Stufe
+eine negative Auswirkung auf das Rauschen hat, da das Rauschen in den unteren
+Frequenzen höher ist. Zwar weist die Version ohne Tiefpassfilter in den höheren
+Frequenzen stärkeres Rauschen auf, dieses wird jedoch von der nachfolgenden
+Filterstufe entfernt.
+
+Da die Bandbreite beider Versionen ausreichend ist, und die Variante
+ohne Tiefpassfilter ein niedrigeres Rauschen aufwies, ist somit keine Filterung
+in der zweiten Stufe von Vorteil.
+
+\newpage
+\subsubsection{Verstärkungsverteilung}
+
+In diesem Kapitel soll nun untersucht werden, welche Verteilung
+der Verstärkungen zwischen erster und zweiter Stufe am besten ist.
+Die Verstärkung der zweiten Stufe kann arbiträr über den Widerstandsteiler
+R33/R34 (siehe Bild \ref{fig:v11_tia_schematic}) gesetzt werden.
+
+Hierfür wird in einer Messreihe ein TIV der $\SI{47}{\mega\ohm}$ Variante
+wiederholt auf eine neue Stufenverstärkung eingestellt und vermessen.
+Gemessen werden die Bandbreite sowie das Rauschen der Schaltung, mit 
+den gleichen Messsystemen wie in den vorherigen Messungen (siehe Kapitel
+\ref{chap:v10_measurement_bandwidth} und \ref{chap:v10_measurement_noise}).
+
+\begin{figure}[h]
+    \centering
+    \includegraphics[scale=0.8]{datavis/V1_Measurements/V1.1-a1/CascadeSeries/bandwidths.png}
+    \caption{\label{fig:v11_cascade_bandwidths}Übertragungsfunktionen eines
+        $\SI{47}{\mega\ohm}$ TIVs mit varriierter Verstärkung der zweiten
+        Stufe der Kaskade.}
+\end{figure}
+
+Abbildung \ref{fig:v11_cascade_bandwidths} zeigt die Übertragungsfunktionen
+der getesteten Varianten.
+Deutlich zu erkennen ist die Abhängigkeit der Grenzfrequenz von der Verteilung
+der Verstärkung, wobei eine stärkere Verstärkung in der zweiten Stufe die 
+Grenzfrequenz der gesamten Schaltung nach oben verschiebt. Dies lässt darauf 
+schließen dass die Bandbreite der Schaltung beim $\SI{47}{\mega\ohm}$ TIV
+vom GBWP des ADA4817 dominiert wird, und nicht von der Bandbreite der
+Rückkoppelwiderstände, da eine Bandbreitengrenze durch die Widerstände nicht
+von der Verstärkungsverteilung abhängig wäre.
+
+Generell ist nur die Einhaltung der Zielparameter von -3dB bei $\SI{30}{\kilo\hertz}$
+wichtig. Höhere Bandbreiten werden durch die Filterstufe entfernt.
+
+
+\begin{figure}[h]
+    \centering
+    \includegraphics[scale=0.8]{datavis/V1_Measurements/V1.1-a1/CascadeSeries/noises.png}
+    \caption{\label{fig:v11_cascade_noises}Rauschspektren eines
+        $\SI{47}{\mega\ohm}$ TIVs mit varriierter Verstärkung der zweiten
+        Stufe der Kaskade.}
+\end{figure}
+
+Abbildung \ref{fig:v11_cascade_noises} zeigt zusätzlich die Rauschspektren der
+verschieden eingestellten Stufen. Hierbei ist eine starke Abhängigkeit des
+Rauschens von der Verteilung zu beobachten, wobei eine stärkere Verstärkung
+der zweiten Stufe mit wesentich höherem Rauschen verbunden ist.
+Das höhere Rauschen scheint mit der höheren Bandbreite in Verbindung zu stehen,
+da in den niedrigen Frequenzen alle TIV-Varianten das gleiche Rauschen aufweisen,
+und die einzelnen Rauschlevel entsprechend der Bandbreite des jeweiligen TIVs
+abknicken.
+
+
+Somit ist bestätigt, dass die Verteilung der Verstärkungen der TIV-Stufen ein wichtiger
+Paramter ist. Generell soll die Verstärkung der ersten Stufe so groß wie möglich gehalten
+werden, d.h. die zweite Stufe so klein wie möglich, um das Rauschen zu vermindern.

TeX/Kapitel/Vermessung.tex

@@ -220,6 +220,11 @@ So kann z.B. bei weiterer Anhebung des Frequenzganges
 eine Instabilität und Oszillation auftreten. Zudem ist ein möglichst flacher Frequenzgang
 gewünscht.
 
+Die flachste, und somit am besten geeignetste, Übertragungsfunktion ergibt
+sich mit einer leicht zu hohen Filterspannung, zwischen x1 und x1.1.
+Dies lässt sich leicht mit der E24-Serie von Widerständen erreichen, und benötigt
+somit keine teureren Widerstände zur Einstellung der Abschirmung.
+
 Hieraus kann geschlossen werden, dass die Abschirmungen einen merklichen und wichtigen Einfluss auf
 die Stabilität des Frequenzganges haben. Die korrekte Abstimmung der Abschirmung ist somit 
 notwendig für die Funktionalität des TIVs.