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TeX/Kapitel/RevisionV11.tex

@@ -57,7 +57,17 @@ der Schaltung keine Änderung vorgenommen. Lediglich der OpAmp wird durch eine
 kaskadierte Schaltung des {\em ADA4817 } ersetzt.
 Abbildung \ref{fig:v11_tia_schematic} zeigt den geänderten Schaltkreis auf.
 
-\begin{figure}[hb]
+Hierbei sind U2B und U2A die zwei ADA4817-OpAmps der kaskadierten Verschaltung.
+Widerstände R33 und R34 setzten hierbei die Verstärkung von U2A fest.
+U2B übernimmt den Rest der Verstärkung, wobei die Gesamtverstärkung nur durch
+die Rückkoppelwiderstände R15 bis R18 sowie den Rückkoppelteiler R14+R19
+festgelegt wird.
+Da viele der Widerstandswerte vom Rückkoppelwiderstand abhängig sind,
+und mehrere Varianten dieses Schaltkreises mit verschiedenen
+$R_f$ angefertigt werden, werden für diese Widerstände Platzhalter 
+(``{\em Val?}'') eingetragen.
+
+\begin{figure}[htb]
     \centering
     \includegraphics[width=0.9\textwidth]{Auslegung/v1.1/tia_stage.png}
     \caption[Schaltkreis der Revision des
@@ -66,11 +76,6 @@ Abbildung \ref{fig:v11_tia_schematic} zeigt den geänderten Schaltkreis auf.
 \end{figure}
 \todo{Think about highlighting differences}
 
-Hierbei sind U2B und U2A die zwei ADA4817-OpAmps der kaskadierten Verschaltung.
-Widerstände R33 und R34 setzten hierbei die Verstärkung von U2A fest.
-U2B übernimmt den Rest der Verstärkung, wobei die Gesamtverstärkung nur durch
-die Rückkoppelwiderstände R15 bis R18 sowie den Rückkoppelteiler R14+R19
-festgelegt wird.
 Es ist bei einer kaskadierten Verschaltung gewünscht, so viel Verstärkung in die
 erste
 Stufe zu legen wie möglich, um das Rauschen zu minimieren und die Stabilität zu 
@@ -147,10 +152,13 @@ aufweist. Der Fehler der ursprünglichen Version wurde somit erfolgreich behoben
 
 \FloatBarrier
 
-\subsection{Linearität}
+\subsection[Linearität]{Untersuchung der Linearität}
 
-In diesem Abschnitt wird die Linearität der neuen Revision vermessen. Die Messung erfolgt hierbei mit den 
-gleichen Messgeräten wie in Kapitel \ref{chap:v10_measurement_linearity}, es wird jedoch durch die höhere
+In diesem Abschnitt wird die Linearität der neuen Revision vermessen.
+Die Messung erfolgt hierbei mit denselben Messgeräten wie in Kapitel
+\ref{chap:v10_measurement_linearity}, d.~h. dem {\em Keithley 6221}
+sowie dem {\em Keysight 34461A}.
+Es wird jedoch durch die höhere
 Versorgungsspannung des ADA4817 ein größerer Eingangsstrombereich von 
 $\SI{\pm3.5}{\nano\ampere}$ vermessen.
 Abbildung \ref{fig:v11_linearity} zeigt die vermessene Linearität von 
@@ -205,7 +213,7 @@ hier gesetzten Zielparameter.
 
 \FloatBarrier
 
-\subsection{Bandbreite}
+\subsection[Bandbreite]{Untersuchung der Bandbreite}
 
 Um zu bestätigen, dass der neue Schaltkreis des TIVs eine ausreichende Bandbreite
 liefert, werden folgend die Übertragungsfunktionen der Revision vermessen.
@@ -228,13 +236,13 @@ Deutlich zu erkennen ist die gewünschte glatte Übertragungsfunktion bis hin zu
 Hiernach fallen die Verstärkungen der Platinenvarianten jedoch unterschiedlich schnell ab.
 Alle Platinen bis auf die $\SI{47}{\mega\ohm}$ Variante weisen einen Abfall von circa
 -20dB/Dekade auf, welcher durch das RC-Verhalten der Rückkoppelwiderstände bestimmt wird.
-Die $\SI{47}{\mega\ohm}$ Variante weist jedoch einen Abfall von -40dB/Dekate auf, welches
+Die $\SI{47}{\mega\ohm}$ Variante weist jedoch einen Abfall von -40dB/Dekade auf, welches
 auf einen gedämpften Oszillator schließen lässt. Ebenfalls ist ein Knick in der
 $\SI{82}{\mega\ohm}$ Variante bei circa $\SI{300}{\kilo\hertz}$ zu erkennen und ein deutlicher
 Resonanz-Peak in der $\SI{120}{\mega\ohm}$ Variante bei $\SI{600}{\kilo\hertz}$.
 
 Diese Diskrepanzen stören das Verhalten der Übertragungsfunktion für die hier gesetzten
-Zielparameter nicht, da die beobachteten Frequenzen gänzlich überhalb der Eckfrequenz 
+Zielparameter nicht, da die beobachteten Frequenzen gänzlich oberhalb der Eckfrequenz 
 des Filters
 von $\SI{30}{\kilo\hertz}$ liegen. Im Falle der $\SI{47}{\mega\ohm}$ ist der 
 stärkere Abfall der Verstärkung sogar vorteilhaft.
@@ -306,7 +314,7 @@ vermessen. Abbildung \ref{fig:v11_measurement_noise} zeigt die Rauschspektren de
     der Revision]{\label{fig:v11_measurement_noise}Durchschnittliches Rauschspektrum der Platinen 
         der Revision.
         Erkennbar ist die Abhängigkeit des Rauschlevels vom Rückkoppelwiderstand.
-        Ebenefalls sind einige Frequenzen mit erhöhtem Rauschen erkennbar.}
+        Ebenfalls sind einige Frequenzen mit erhöhtem Rauschen erkennbar.}
 \end{figure}
 
 
@@ -320,7 +328,7 @@ Ebenso sind Spitzen im Rauschspektrum zu erkennen. Für $\SI{20}{\mega\ohm}$
 liegt eine deutliche Spitze bei $\SI{7}{\kilo\hertz}$ vor, 
 für $\SI{47}{\mega\ohm}$ die Erhöhung bei $\SI{30}{\kilo\hertz}$ und für die 
 $\SI{120}{\mega\ohm}$ Variante eine deutliche Erhöhung bei 
-circa $\SI{700}{\kilo\hertz}$. Diese Eröhungen des Rauschens liegen auf den 
+circa $\SI{700}{\kilo\hertz}$. Diese Erhöhungen des Rauschens liegen auf den 
 gleichen Frequenzen wie die Resonanzen in der Bandbreite. Somit ist zu vermuten,
 dass die gleiche Ursache für beide Effekte zuständig ist.
 
@@ -417,12 +425,13 @@ diese Kopie dasselbe Verhalten aufweist wie die original vermessene Platine.
 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 vorliegt. Diese beträgt
-jedoch nur ca. 2 dB und liegt in einem Bereich, der durch den nachfolgenden
+jedoch nur circa 2 dB 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 aufzuweisen.
-Es ist somit nicht notwendig, die Platinen nach der Anfertigung noch weiter
+Es ist somit vermutlich nicht notwendig,
+die Platinen nach der Anfertigung noch weiter
 abzustimmen.
 
 \FloatBarrier
@@ -441,7 +450,7 @@ Stufe abfangen.
 Hierfür wird eine $\SI{47}{\mega\ohm}$-Variante
 modifiziert indem eine Kapazität parallel zu Widerstand R34 
 (siehe Abbildung \ref{fig:v11_tia_schematic}) eingebracht wird. Diese Kapazität ist
-so ausgelegt, dass sie die Verstärkung der zweiten Stufe ab ca. $\SI{60}{\kilo\hertz}$
+so ausgelegt, dass sie die Verstärkung der zweiten Stufe ab circa $\SI{60}{\kilo\hertz}$
 absenkt.
 
 \begin{figure}[h]
@@ -552,6 +561,7 @@ Somit ist bestätigt, dass die Verteilung der Verstärkungen der TIV-Stufen ein
 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.
 
+\cleardoublepage
 \section{Messung an einem IMS}
 
 Mit der Funktionalität des erstellten TIVs bestätigt, wird nun eine
@@ -567,47 +577,62 @@ und ist somit die beste Auswahl.
 Das genutzte IMS-System ist vom Typ ???\todo{Ask Moritz which IMS it was},
 welches bereits durch vorherige Messungen im Labor charakterisiert wurde
 und somit eine gut verstandene Platform dar stellt.
+Zum Vergleich wird der bestehende Verstärker, der {\em GemiTIV},
+genutzt. Dieser ist auf eine vergleichbare Bandbreite von
+circa $\SI{25}{\kilo\hertz}$ eingestellt.
 
 Es werden insgesamt vier Messungen durchgeführt, zwei als 
 Referenz mit dem bestehendem Verstärker und zwei mit dem neu
 erstellten TIV. Für jeden Verstärker wird eine Messung
 mit zehnfacher Mittlung zur Reduktion des Rauschens und eine
-Messung ohne Mittlung durchgeführt. Die aufgenommenen
+Messung ohne Mittlung durchgeführt. Da die Verstärker
+leicht unterschiedliche DC-Offsets und Verstärkungen besitzen,
+wird bei den gemessenen Spektren der DC-Anteil entfernt und 
+auf die Amplitude des Peaks normalisiert. 
+
+Die aufgenommenen
 Spektren sind in Abbildungen \ref{fig:v11_real_meas_noavg}
 und \ref{fig:v11_real_meas_avg} dargestellt.
 
 \begin{figure}[htb]
     \centering
-    \missingfigure{Measurement of the averaged signal}
+    \includegraphics[scale=0.8]{datavis/IMS Measurements/averaged_compare.png}
     \caption[Ergebnisse der gemittelten Messung am IMS]{
         \label{fig:v11_real_meas_avg}
         Ergebnisse der gemittelten Messungen der zwei Verstärker
         im Vergleich, normalisiert auf die gleiche Peak-Höhe.
 
         Zu erkennen ist eine sehr gute Übereinstimmung der
-        Messergebnisse und vergleichbares Rauschen.
+        Messergebnisse und vergleichbares Rauschen. Die Peak-Form
+        ist bei beiden TIVs fast exakt gleich.
     }
 \end{figure}
 
 \begin{figure}[htb]
     \centering
-    \missingfigure{Measurement of the noaveraged signal}
+    \includegraphics[scale=0.8]{datavis/IMS Measurements/raw_compare.png}
     \caption[Ergebnisse der ungemittelten Messung am IMS]{
         \label{fig:v11_real_meas_noavg}
         Ergebnisse der ungemittelten Messungen der zwei Verstärker
         im Vergleich, normalisiert auf die gleiche Peak-Höhe.
 
-        In dieser Messung lässt sich das rauschen besser vergleichen,
-        und zu erkennen ist ???
+        In dieser Messung lässt sich das Rauschen besser vergleichen.
+        Hierbei ist zu erkennen dass der neu erstellte TIV ein insgesamt
+        kleineres Rauschen hat.
     }
 \end{figure}
 
+\FloatBarrier
+
 Zu erkennen ist die gute Übereinstimmung der Messungen.
 Die für die Datenauswertung relevanten Formen der
 Gauss-Peaks werden vom neuen TIV gut dargestellt, es
 sind keine Verzerrungen im Vergleich zum bestehenden
-Verstärker zu erkennen, und das Rauschen liegt auf
-gleichem Niveau.
+Verstärker zu erkennen.
+Bezüglich des Rauschens weist der neu erstellte TIV eine
+kleinere Amplitude auf, wobei anzumerken ist, dass
+die mechanische Schwingung des Aperturgitters innerhalb des
+IMS merklich zum Rauschen beitragen kann.
 
 Somit ist bewiesen, dass der hier erstellte 
 TIV erfolgreich in einem echten IMS-System genutzt werden kann,