Finish writing first measurement chapter, starting work on next one :>
This commit is contained in:
parent
1d78925c70
commit
b586d8c40e
4 changed files with 83 additions and 23 deletions
|
|
@ -113,8 +113,9 @@
|
|||
\include{Kapitel/Auslegung/PCBDesign}
|
||||
|
||||
\include{Kapitel/Vermessung}
|
||||
\include{Kapitel/RevisionV11}
|
||||
|
||||
\chapter{(Optional) Erstellung eines vollintegrierten TIV-Frontends}
|
||||
% \chapter{(Optional) Erstellung eines vollintegrierten TIV-Frontends}
|
||||
|
||||
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
|
||||
%Literaturverzeichnis
|
||||
|
|
|
|||
|
|
@ -9,6 +9,7 @@ wird die Schaltung des TIAs ausgelegt und dessen Funktionsweise erläutert.
|
|||
\subsection{TIA}
|
||||
|
||||
\subsubsection{OpAmp Auswahl}
|
||||
\label{chap:v10_opamp_choice}
|
||||
|
||||
In diesem Abschnitt wird auf die genaue Auswahl eines OpAmp für den hochimpedanten
|
||||
TIA-Eingang eingegangen.
|
||||
|
|
|
|||
31
TeX/Kapitel/RevisionV11.tex
Normal file
31
TeX/Kapitel/RevisionV11.tex
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,31 @@
|
|||
|
||||
\chapter{Revision der Platine}
|
||||
|
||||
In diesem Kapitel wird auf die zweite Revision der Platine eingegangen.
|
||||
Diese Revision ist notwendig, um die Instabilität der ersten Revision
|
||||
der Platine zu beheben, welche in Kapitel \ref{chap:v10_instability}
|
||||
gemessen wurde, da diese Instabilität einer Verwendung der Platine
|
||||
in einem echten IMS im Wege steht.
|
||||
|
||||
\section{Diskussion der Fehlerquelle}
|
||||
|
||||
In Kapitel \ref{chap:v10_instability} wurde eine Instabilität der
|
||||
Schaltung bei angeschlossenem IMS festgestellt.
|
||||
Zusätzlich hierzu wurden andere Effekte wie z.B. die Steigerung
|
||||
des Rauschniveaus bei angelegten externen Schaltungen festgestellt.
|
||||
|
||||
Eine Vermutung ist, dass die Sensitivität des Schaltkreises auf externe
|
||||
Kapazitäten höher als erwartet ist. Das hierfür maßgebliche Bauteil
|
||||
ist der gewählte Operationsverstärker selbst, der {\em LTC6268-10}.
|
||||
Dieser Verstärker wurde wegen seiner hohen Geschwindigkeit gewählt
|
||||
(siehe Kapitel \ref{chap:v10_opamp_choice}),
|
||||
besitzt jedoch ein vergleichsweise hohes Eingangsspannungsrauschen, welches
|
||||
in Kombination mit einer erhöhten Eingangskapazität zu den beobachteten
|
||||
Effekten führen kann.
|
||||
|
||||
Eine Simulation der Instabilität war nicht erfolgreich, da der simulierte
|
||||
Schaltkreis in LTSpice mit einem reelen Verstärkermodell keine Instabilitäten
|
||||
aufwies. Es ist somit zu vermuten dass es sich um nicht akkurat modellierte Effekte
|
||||
des Verstärkers handelt.
|
||||
|
||||
\section{Schaltungsdesign}
|
||||
|
|
@ -1,6 +1,7 @@
|
|||
|
||||
|
||||
\chapter{Vermessung}
|
||||
\label{chap:measurements}
|
||||
|
||||
In diesem Kapitel wird der erstellte Schaltkreis auf seine Funktionstüchtigkeit
|
||||
untersucht.
|
||||
|
|
@ -125,7 +126,7 @@ Verbindung zwischen Widerstandsgröße und Bandbreite erkennbar.
|
|||
Die gemessenen
|
||||
-3dB Grenzfrequenzen sind in Tabelle \ref{table:v10_bandwidths} aufgelistet.
|
||||
|
||||
\begin{table}[h]
|
||||
\begin{table}[H]
|
||||
\centering
|
||||
\caption{\label{table:v10_bandwidths}-3dB-Frequenzen des ungefilterten TIV-Ausgangs}
|
||||
\begin{tabular}{ |r|r|r| }
|
||||
|
|
@ -153,21 +154,6 @@ wenig Spielraum für die nachfolgende Filterung.
|
|||
\end{figure}
|
||||
|
||||
|
||||
\begin{table}[h]
|
||||
\centering
|
||||
\caption{\label{table:v10_bandwidth_filters}-3dB-Frequenzen der gefilterten Ausgänge des TIVs}
|
||||
\begin{tabular}{ |r|r|r| }
|
||||
\hline
|
||||
Widerstand & -3dB Punk \\
|
||||
\hline
|
||||
$\SI{20}{\mega\ohm}$ & $\SI{58.484}{\kilo\hertz}$ \\
|
||||
$\SI{47}{\mega\ohm}$ & $\SI{49.355}{\kilo\hertz}$ \\
|
||||
$\SI{120}{\mega\ohm}$ & $\SI{32.111}{\kilo\hertz}$ \\
|
||||
\hline
|
||||
\end{tabular}
|
||||
\end{table}
|
||||
\todo[inline]{Fix these up!}
|
||||
|
||||
Abbildung \ref{fig:v10_bandwidths_ch2} zeigt die Messungen der gefilterten
|
||||
Ausgänge derselben Platinen.
|
||||
Die Auslegung der Filterstufe soll erst ab der Grenzfrequenz
|
||||
|
|
@ -179,6 +165,20 @@ Wie bereits theorisiert ist die Bandbreite der $\SI{120}{\mega\ohm}$-Variante zu
|
|||
für die vollen $\SI{30}{\kilo\hertz}$. Die anderen beiden Varianten besitzen
|
||||
genug Bandbreite.
|
||||
|
||||
\begin{table}[H]
|
||||
\centering
|
||||
\caption{\label{table:v10_bandwidth_filters}-3dB-Frequenzen der gefilterten Ausgänge des TIVs}
|
||||
\begin{tabular}{ |r|r|r| }
|
||||
\hline
|
||||
Widerstand & -3dB Punk \\
|
||||
\hline
|
||||
$\SI{20}{\mega\ohm}$ & $\SI{30.22057}{\kilo\hertz}$ \\
|
||||
$\SI{47}{\mega\ohm}$ & $\SI{30.199}{\kilo\hertz}$ \\
|
||||
$\SI{120}{\mega\ohm}$ & $\SI{25.118}{\kilo\hertz}$ \\
|
||||
\hline
|
||||
\end{tabular}
|
||||
\end{table}
|
||||
|
||||
|
||||
\begin{figure}[htb]
|
||||
\centering
|
||||
|
|
@ -192,6 +192,7 @@ die Bandbreiten des ungefilterten und gefilterten Ausgangs des $\SI{47}{\mega\oh
|
|||
Die Eckfrequenz des Filters sowie der -40dB/Dekade-Abfall ist deutlich zu erkennen.
|
||||
|
||||
\FloatBarrier
|
||||
\newpage
|
||||
|
||||
\subsubsection{Einfluss der Abschirmung}
|
||||
\label{chap:measurements_v10_shielding}
|
||||
|
|
@ -202,7 +203,7 @@ des Widerstandsteilers auf zu hohe/zu niedrige Spannungen
|
|||
im Vergleich zum Sollwert gelegt.
|
||||
Hiernach werden die Übertragungsfunktionen vermessen und ausgewertet.
|
||||
|
||||
\begin{figure}[h]
|
||||
\begin{figure}[H]
|
||||
\centering
|
||||
\includegraphics[scale=0.8]{datavis/V1_Measurements/compensation.png}
|
||||
\caption{\label{fig:v10_compensation_comparison}Übertragungsfunktionen
|
||||
|
|
@ -214,8 +215,9 @@ bei variierten Abschirmungs-Spannungen. Deutlich zu erkennen ist ein starker Ein
|
|||
der Abschirmung auf die Verstärkungen selbst bei kleineren Frequenzen ab $\SI{500}{\hertz}$,
|
||||
wobei die Abschirmung den Frequenzgang sowohl anheben als auch absenken kann.
|
||||
So kann z.B. bei weiterer Anhebung des Frequenzganges
|
||||
eine Instabilität und Oszillation auftreten. Zudem ist die ein möglichst flacher Frequenzgang
|
||||
gewünscht.\\
|
||||
eine Instabilität und Oszillation auftreten. Zudem ist ein möglichst flacher Frequenzgang
|
||||
gewünscht.
|
||||
|
||||
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.
|
||||
|
|
@ -233,7 +235,7 @@ welche zwischen dem maximalen und minimalen Pegel wechselt. Somit
|
|||
ist keine Bandbreitenmessung möglich, da die Eingangs-Sinus-Welle
|
||||
nie korrekt übertragen wird.
|
||||
|
||||
\begin{figure}[h]
|
||||
\begin{figure}[H]
|
||||
\centering
|
||||
\includegraphics[scale=0.8]{datavis/V1_Measurements/unshielded_47M.png}
|
||||
\caption{\label{fig:v10_unshielded_waveform}
|
||||
|
|
@ -250,6 +252,9 @@ bei zu kleiner Abschirmung hin.
|
|||
Die Instabilität bei keiner Abschirmung ist somit erwartet, und weißt zusätzlich darauf hin
|
||||
dass die bestehende Abschirmungsgeometrie ausreichend ist um diese Instabilität zu vermeiden.
|
||||
|
||||
\FloatBarrier
|
||||
\newpage
|
||||
|
||||
\subsection{Rauschen}
|
||||
|
||||
In diesem Abschnitt wird das Rauschen des Schaltkreises genauer untersucht.
|
||||
|
|
@ -267,7 +272,7 @@ $\SI{500}{\hertz}$ bis $\SI{1}{\mega\hertz}$ aufgenommen, wobei jeweils 1000 Spe
|
|||
summiert und der Durchschnitt berechnet wird, um die durchschnittliche Verteilung
|
||||
des Rauschens zu berechnen.
|
||||
|
||||
\begin{figure}[h]
|
||||
\begin{figure}[H]
|
||||
\centering
|
||||
\includegraphics[scale=0.8]{datavis/V1_Measurements/noises.png}
|
||||
\caption{\label{fig:v10_noises_ch1}Durchschnittliches Rauschspektrum
|
||||
|
|
@ -299,14 +304,36 @@ Deutlich zu erkennen ist eine starke Reduktion des Rauschens ab der $\SI{30}{\ki
|
|||
Grenzfrequenz des Filters, welches das gewünschte Verhalten ist. Der Filter reduziert
|
||||
somit effektiv das Rauschen des TIV Ausgangs.
|
||||
|
||||
\todo[inline]{Add calculated RMS noise levels}
|
||||
Es wird zudem das RMS-Level des Rauschens sowohl vor als auch nach der
|
||||
Filterung gemessen, und ist in Tabelle \ref{table:v10_noise_table} aufgelistet.
|
||||
Deutlich zu erkennen ist das niedrigere Rauschniveau der Varianten mit größeren
|
||||
Widerständen, sowie die effektivität der Filterung des Ausganges.
|
||||
|
||||
\begin{table}[H]
|
||||
\centering
|
||||
\caption{\label{table:v10_noise_table}AC-RMS-Spannungen des Rauschens der Platinen}
|
||||
\begin{tabular}{ |r|r|r|r| }
|
||||
\hline
|
||||
Widerstand & Rauschen des
|
||||
& Rauschen des & Eingangsbezogenes \\
|
||||
& ungefilterten Ausgangs & gefilterten Ausgangs & Rauschen \\
|
||||
\hline
|
||||
$\SI{20}{\mega\ohm}$ & $\SI{10.356}{\milli\volt}$ & $\SI{4.484}{\milli\volt}$ & $\SI{4.484}{\pico\ampere}$ \\
|
||||
$\SI{47}{\mega\ohm}$ & $\SI{7.999}{\milli\volt}$ & $\SI{3.367}{\milli\volt}$ & $\SI{3.367}{\pico\ampere}$ \\
|
||||
$\SI{120}{\mega\ohm}$ & $\SI{5.791}{\milli\volt}$ & $\SI{3.115}{\milli\volt}$ & $\SI{3.115}{\pico\ampere}$ \\
|
||||
\hline
|
||||
\end{tabular}
|
||||
\end{table}
|
||||
|
||||
Insgesamt ist das Rauschverhalten der Platinen somit gut geeignet
|
||||
für die Messungen, mit einem breit verteiltem Rauschen ohne spezifische Töne und
|
||||
einem niedrigen Rauschlevel.
|
||||
|
||||
\FloatBarrier
|
||||
\newpage
|
||||
|
||||
\subsection{Stabilität am IMS}
|
||||
\label{chap:v10_instability}
|
||||
|
||||
In diesem Abschnitt soll auf das Verhalten des Schaltkreises bei
|
||||
angeschlossenem IMS eingegangen werden. Die Präsenz des restlichen
|
||||
|
|
|
|||
Loading…
Add table
Add a link
Reference in a new issue