corrections: fix image setting
This commit is contained in:
parent
ac025ab1a7
commit
bea08c6d5b
7 changed files with 48 additions and 41 deletions
|
|
@ -332,7 +332,7 @@ def generate_plot(plot_config):
|
|||
for data_process_step in plot_config.get('data_processing_steps', []):
|
||||
perform_processing_step(data_process_step, plot_data, plot_config)
|
||||
|
||||
fig = plt.figure();
|
||||
fig = plt.figure(figsize=(6.5, 4));
|
||||
|
||||
if(plot_config['type'] == 'lt_sweep'):
|
||||
plot_lt_sweep(fig, plot_config, plot_data);
|
||||
|
|
|
|||
|
|
@ -1,3 +1,4 @@
|
|||
\cleardoublepage
|
||||
\chapter{Entwicklung des Transimpedanzverstärkers}
|
||||
|
||||
In diesem Kapitel wird auf die Auslegung eines spezifischen TIV-Schaltkreises eingegangen.
|
||||
|
|
@ -29,6 +30,7 @@ Spannungssignal in ein digitales Signal um, welches vom Rest des Systems ausgewe
|
|||
der \todo{insert ADC name}, hat einen Eingangsbereich von $\pm\SI{2}{\volt}$\todo{verify}. Somit kann die Gesamtverstärkung des TIVs festgelegt werden als:
|
||||
$A_\mathrm{TIV} = V_\mathrm{out}/I_\mathrm{in} = \SI{2}{\volt} / \SI{1}{\nano\ampere} = \SI{2}{\giga\ohm}$
|
||||
|
||||
\cleardoublepage
|
||||
\section{Analyse der Parasitäreffekte}
|
||||
|
||||
Im folgenden werden die bereits in Kapiteln
|
||||
|
|
@ -573,6 +575,8 @@ der Schaltung gewählt.
|
|||
\caption{\label{fig:opamp_gbwp_circuit}LTSpice-Schaltkreis zur Simulation der OpAmp-Transferfunktion.}
|
||||
\end{figure}
|
||||
|
||||
\FloatBarrier
|
||||
|
||||
Die Stromquelle I1 wird als Stimulus-Eingang genutzt,
|
||||
und gibt ein Signal von $\SI{1}{\nano\ampere}$ aus. Eine parasitäre Eingangskapazität
|
||||
von $\SI{10}{\pico\farad}$ wird entsprechend Erfahrungswerten bestehender Schaltkreise gewählt.
|
||||
|
|
@ -852,7 +856,7 @@ Hierbei wird die in Abbildung \ref{fig:opamp_vin_noise_schematic} dargestellte S
|
|||
Als OpAmp wird dabei der LTC6268-10 gewählt. Dies ist ein kommerziell erhältlicher OpAmp mit
|
||||
genügend GBWP und kleinen Eingangsleckströmen, um als TIV nutzbar zu sein.
|
||||
|
||||
\begin{figure}[hb]
|
||||
\begin{figure}[ht]
|
||||
\centering
|
||||
\includegraphics[width=0.8\textwidth]{entwicklung/opamp/opamp_ltspice_noise.jpg}
|
||||
\caption{\label{fig:opamp_vin_noise_schematic}Schaltkreis der LTSpice-Simulation zur
|
||||
|
|
@ -865,6 +869,8 @@ wird durch $R_\mathrm{f}$ dividiert, um den Eingangsstrom zu erhalten. Hierdurch
|
|||
Simulationswerte besser vergleichen. Die Ergebnisse sind in Abbildungen \ref{fig:opamp_vin_noise_rf}
|
||||
und \ref{fig:opamp_vin_noise_cin} dargestellt.
|
||||
|
||||
\FloatBarrier
|
||||
|
||||
\begin{figure}[ht]
|
||||
\includegraphics[scale=0.8]{datavis/Parasitics/SingleStage_LTC_Rf_Sweep_Noise.png}
|
||||
\caption[Rauschen in Abhängigkeit von $R_\mathrm{f}$]{
|
||||
|
|
|
|||
|
|
@ -1,3 +1,4 @@
|
|||
\cleardoublepage
|
||||
\section{Schaltungsdesign}
|
||||
|
||||
In diesem Kapitel wird der Aufbau einer ersten Prototypen-Schaltung beschrieben.
|
||||
|
|
|
|||
|
|
@ -72,6 +72,7 @@ Folgende Aufgaben werden an den TIV eines IMS gestellt:
|
|||
\item Genügend Bandbreite zur korrekten Abbildung der Spitzen der Ionenpackete
|
||||
\end{itemize}
|
||||
|
||||
\cleardoublepage
|
||||
\section{Grundlegende Parasitäreffekte}
|
||||
\label{chap:basics_parasitics}
|
||||
|
||||
|
|
@ -94,7 +95,7 @@ In diesem Kapitel wird auf die parasitären Effekte weiterer Bauteile eingegange
|
|||
|
||||
\begin{figure}[h]
|
||||
\centering
|
||||
\includegraphics[scale=0.2]{grundlagen/Examples_Capacitances.drawio.png}
|
||||
\includegraphics[scale=0.15]{grundlagen/Examples_Capacitances.drawio.png}
|
||||
\caption[Schematische Darstellung der parasitären Kapazitäten eines PCBs]{\label{fig:example_parasitic_c}
|
||||
Schematische Darstellung einer Schnittfläche eines PCBs mit Leitungen und einem Bauteil,
|
||||
mit einigen parasitären Kapazitäten eingezeichnet.
|
||||
|
|
@ -119,12 +120,11 @@ Hierbei ist $V_{\mathrm{n,rms}}$ der RMS-Wert des Rauschens, $k_B$ die Boltzmann
|
|||
|
||||
\begin{figure}[hb]
|
||||
\centering
|
||||
\includegraphics[scale=0.15]{grundlagen/Schematic_Resistor.drawio.png}
|
||||
\includegraphics[scale=0.13]{grundlagen/Schematic_Resistor.drawio.png}
|
||||
\caption{\label{fig:example_r_noise}Schematische Darstellung eines realen Widerstandes nach \cite{WikipediaResistors2024May}}
|
||||
\end{figure}
|
||||
|
||||
\FloatBarrier
|
||||
\newpage
|
||||
\cleardoublepage
|
||||
|
||||
\section{Grundlagen des Operationsverstärkers}
|
||||
\label{chap:basics_opamp}
|
||||
|
|
@ -195,8 +195,7 @@ Ein realer OpAmp kann für viele Anwendungen als nahezu ideal angesehen werden.
|
|||
Hierbei sind die Rauschquellen eingangsbezogen dargestellt.}
|
||||
\end{figure}
|
||||
|
||||
\FloatBarrier
|
||||
\newpage
|
||||
\cleardoublepage
|
||||
|
||||
\section{Aufbau eines Transimpedanzverstärkers}
|
||||
\label{chap:basics_tia}
|
||||
|
|
|
|||
|
|
@ -1,4 +1,5 @@
|
|||
|
||||
\cleardoublepage
|
||||
\chapter{Revision des TIVs}
|
||||
|
||||
In diesem Kapitel wird auf die zweite Revision der Platine eingegangen.
|
||||
|
|
@ -200,7 +201,6 @@ Insgesamt ist die Linearität des neuen Schaltkreises somit eine wesentliche Ver
|
|||
im Vergleich zur ersten Version, und ist mehr als Ausreichend für die
|
||||
hier gesetzten Zielparameter.
|
||||
|
||||
\newpage
|
||||
\FloatBarrier
|
||||
|
||||
\subsection{Bandbreite}
|
||||
|
|
@ -232,7 +232,8 @@ $\SI{82}{\mega\ohm}$ Variante bei circa $\SI{300}{\kilo\hertz}$ zu erkennen, und
|
|||
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 Filter-Eckfrequenz
|
||||
Zielparameter nicht, da die beobachteten Frequenzen gänzlich überhalb 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.
|
||||
Eine Vermutung der Ursache dieser Resonanz ist der kaskadierte Aufbau des Verstärkers selbst,
|
||||
|
|
@ -270,7 +271,7 @@ die $\SI{47}{\mega\ohm}$ Variante. Der steilere Abfall sowie die
|
|||
leicht höhere -3dB-Frequenz der zweiten Revision
|
||||
ist hierbei deutlich zu erkennen.
|
||||
|
||||
\begin{figure}[hb]
|
||||
\begin{figure}[ht]
|
||||
\centering
|
||||
\includegraphics[scale=0.8]{datavis/V1_Measurements/revision_compare_bandwidth.png}
|
||||
\caption{\label{fig:v11_comparison_bandwidth}Vergleich der Bandbreiten der
|
||||
|
|
@ -286,25 +287,24 @@ $\SI{120}{\mega\ohm}$ eine zu geringe Bandbreite, während
|
|||
die $\SI{47}{\mega\ohm}$ und $\SI{20}{\mega\ohm}$ Varianten beide mehr als ausreichend
|
||||
Bandbreite besitzen. Die neue Revision der Platine erfüllt somit die Anforderungen.
|
||||
|
||||
\FloatBarrier
|
||||
\newpage
|
||||
\clearpage
|
||||
|
||||
\subsection{Rauschen}
|
||||
|
||||
In diesem Abschnitt wird das Rauschen der neuen Revision vermessen, und mit der vorherigen
|
||||
In diesem Abschnitt wird das Rauschen der Revision vermessen, und mit der vorherigen
|
||||
Revision verglichen. Es wird beschrieben ob und wie sich das Rauschverhalten geändert hat.
|
||||
Das Spektrum des Rauschens wird mit dem selben Aufbau aus Kapitel \ref{chap:v10_measurement_noise}
|
||||
vermessen.
|
||||
vermessen. Abbildung \ref{fig:v11_measurement_noise} zeigt die Rauschspektren der zweiten
|
||||
Platinenrevision.
|
||||
|
||||
\begin{figure}[h]
|
||||
\begin{figure}[ht]
|
||||
\centering
|
||||
\includegraphics[scale=0.8]{datavis/V1_Measurements/V1.1-a1/noises.png}
|
||||
\caption{\label{fig:v11_measurement_noise}Durchschnittliches Rauschspektrum der Platinen
|
||||
der zweiten Revision.}
|
||||
\end{figure}
|
||||
|
||||
Abbildung \ref{fig:v11_measurement_noise} zeigt die Rauschspektren der zweiten
|
||||
Platinenrevision.
|
||||
|
||||
Wie in der ersten Revision ist hier deutlich eine Abhängigkeit des Rauschlevels
|
||||
vom Rückkoppelwiderstand zu erkennen, wobei erneut ein kleinerer Widerstand
|
||||
ein höheres Rauschniveau einbringt.
|
||||
|
|
@ -319,13 +319,6 @@ circa $\SI{700}{\kilo\hertz}$. Diese Eröhungen 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.
|
||||
|
||||
\begin{figure}[H]
|
||||
\centering
|
||||
\includegraphics[scale=0.8]{datavis/V1_Measurements/revision_compare_noise.png}
|
||||
\caption{\label{fig:v11_v10_comparison_noise}Vergleich des Rauschspektrums
|
||||
der Revisionen der $\SI{47}{\mega\ohm}$ Variante.}
|
||||
\end{figure}
|
||||
|
||||
Abbildund \ref{fig:v11_v10_comparison_noise} zeigt den direkten
|
||||
Vergleich der ungefilterten Rauschspektren der ersten und zweiten Revision
|
||||
der $\SI{47}{\mega\ohm}$ Version des Schaltkreise.
|
||||
|
|
@ -337,19 +330,28 @@ kaum von der Eingangskapazität abhängt (siehe Kapitel \ref{chap:v11_measuremen
|
|||
Unter realen Bedingungen ist somit das
|
||||
Rauschen der zweiten Revision besser.
|
||||
|
||||
\begin{figure}[H]
|
||||
\begin{figure}[ht]
|
||||
\centering
|
||||
\includegraphics[scale=0.8]{datavis/V1_Measurements/V1.1-a1/noises_ch2.png}
|
||||
\caption{\label{fig:v11_measurement_noise_ch2}Rauschspektren des
|
||||
gefilterten Ausgangs der zweiten Revision des TIVs.}
|
||||
\includegraphics[scale=0.8]{datavis/V1_Measurements/revision_compare_noise.png}
|
||||
\caption{\label{fig:v11_v10_comparison_noise}Vergleich des Rauschspektrums
|
||||
der Revisionen der $\SI{47}{\mega\ohm}$ Variante.}
|
||||
\end{figure}
|
||||
|
||||
\FloatBarrier
|
||||
|
||||
Abbildung \ref{fig:v11_measurement_noise_ch2} zeigt die Rauschspektren der
|
||||
gefilterten Ausgänge. Wie in der vorherigen Version ist zu erkennen, dass die
|
||||
Filterstufe das Rauschlevel deutlich und effektiv senkt.
|
||||
Die bereits identifizierten Erhöhungen im Rauschen werden, mit Ausnahme der
|
||||
Spitze des $\SI{20}{\mega\ohm}$ TIVs, herausgefiltert.
|
||||
|
||||
\begin{figure}[ht]
|
||||
\centering
|
||||
\includegraphics[scale=0.8]{datavis/V1_Measurements/V1.1-a1/noises_ch2.png}
|
||||
\caption{\label{fig:v11_measurement_noise_ch2}Rauschspektren des
|
||||
gefilterten Ausgangs der zweiten Revision des TIVs.}
|
||||
\end{figure}
|
||||
|
||||
Die RMS-Werte der Rauschlevel für den ungefilterten und gefilterten Ausgang
|
||||
sind in Tabelle \ref{table:v11_noise_table} aufgelistet. Dort ist deutlich
|
||||
zu erkennen, dass die Filterstufe das Rauschen merklich verringert, da der
|
||||
|
|
@ -378,9 +380,6 @@ Zwar ist das Rauschen im Vergleich zur ersten Revision geringfügig erhöht, jed
|
|||
bieten alle Versionen der Schaltung mit Ausnahme des $\SI{20}{\mega\ohm}$ TIVs
|
||||
ein akzeptabel geringes Rauschen.
|
||||
|
||||
\FloatBarrier
|
||||
\newpage
|
||||
|
||||
\subsection{Konsistenz des Schaltkreises}
|
||||
|
||||
In diesem Abschnitt wird darauf eingegangen, wie wiederholbar
|
||||
|
|
@ -461,7 +460,7 @@ ohne Tiefpassfilter ein niedrigeres Rauschen aufwies, ist somit keine Filterung
|
|||
in der zweiten Stufe von Vorteil.
|
||||
|
||||
\FloatBarrier
|
||||
\newpage
|
||||
|
||||
\subsubsection{Verstärkungsverteilung}
|
||||
|
||||
In diesem Kapitel soll nun untersucht werden, welche Verteilung
|
||||
|
|
|
|||
|
|
@ -1,5 +1,5 @@
|
|||
|
||||
|
||||
\cleardoublepage
|
||||
\chapter{Vermessung}
|
||||
\label{chap:measurements}
|
||||
|
||||
|
|
@ -61,7 +61,7 @@ Abbildung \ref{fig:measurement_v1_linearity} zeigt das Ergebnis der Vermessung,
|
|||
und Abbildung \ref{fig:measurement_v1_linearity_error} zeigt die Abweichung
|
||||
der Messung vom Sollwert.
|
||||
|
||||
\begin{figure}[htb]
|
||||
\begin{figure}[H]
|
||||
\centering
|
||||
\includegraphics[scale=0.8]{datavis/V1_Measurements/1G_47M_Linearity.png}
|
||||
\caption[Messergebnisse der Linearitätsmessung.]{\label{fig:measurement_v1_linearity}
|
||||
|
|
@ -69,7 +69,7 @@ der Messung vom Sollwert.
|
|||
Es sind wie gewünscht keine merklichen Nichtlinearitäten zu erkennen.}
|
||||
\end{figure}
|
||||
|
||||
\begin{figure}[htb]
|
||||
\begin{figure}[H]
|
||||
\centering
|
||||
\includegraphics[scale=0.8]{datavis/V1_Measurements/1G_47M_Linearity_Error.png}
|
||||
\caption[Abweichung der Linearität des TIVs]{
|
||||
|
|
@ -81,7 +81,7 @@ der Messung vom Sollwert.
|
|||
}
|
||||
\end{figure}
|
||||
|
||||
\FloatBarrier
|
||||
\pagebreak
|
||||
|
||||
Deutlich zu erkennen ist eine nutzbare lineare Abhängigkeit der Ausgangsspannung
|
||||
vom Eingangsstrom ohne starke Abweichungen vom linearen Zusammenhang.
|
||||
|
|
@ -96,7 +96,7 @@ Ausgangsspannung begrenzt ist.
|
|||
|
||||
In Zusammenfassung ist die Linearität des Schaltkreises mehr als Ausreichend, und
|
||||
für den gewünschten Eingangsstrom von $\SI{\pm1}{\nano\ampere}$ liegt ein komplett
|
||||
lineares Verhalten vor.
|
||||
lineares Verhalten vor.
|
||||
|
||||
\subsection{Bandbreite}
|
||||
\label{chap:v10_measurement_bandwidth}
|
||||
|
|
@ -114,7 +114,7 @@ Abfall nach der Grenzfrequenz ungewünschte Signale heraus filtert.
|
|||
|
||||
Die Übertragungsfunktionen werden mithilfe eines {\em Analog Discovery Pro 3}
|
||||
Oszilloskop + Funktionsgenerator aufgenommen.
|
||||
Der Ausgang des Funktionsgenerators an eine Photodioden-Box angeschlossen,
|
||||
Der Ausgang des Funktionsgenerators an eine Photodiodenbox angeschlossen,
|
||||
welche die Ausgangsspannung des Generators auf einen Strom im Bereich von
|
||||
0 bis $\SI{0.7}{\nano\ampere}$ umwandelt. Der Frequenzgang dieser Box ist hierbei
|
||||
bis in die oberen $\SI{100}{\kilo\hertz}$ flach und konstant, und muss somit
|
||||
|
|
@ -130,7 +130,7 @@ genutzt. Abbildung \ref{fig:v10_bandwidth} zeigt die aufgenommenen Bandbreiten
|
|||
des abgeschirmten Schaltkreises mit verschiedenen
|
||||
Rückkoppelwiderständen.
|
||||
|
||||
\begin{figure}[hb]
|
||||
\begin{figure}[H]
|
||||
\centering
|
||||
\includegraphics[scale=0.8]{datavis/V1_Measurements/bandwidth.png}
|
||||
\caption[Messung der TIV Übertragungsfunktionen]{
|
||||
|
|
@ -422,6 +422,7 @@ Der instabile und schwingende Ausgang erlaubt keine Messung der feinen
|
|||
Ionenströme, wodurch dieser Schaltkreis für eben solche Messungen
|
||||
nicht geeignet ist.
|
||||
|
||||
\clearpage
|
||||
\section{Diskussion der Messergebnisse}
|
||||
|
||||
In diesem Kapitel werden die aufgenommenen Messwerte diskutiert.
|
||||
|
|
|
|||
|
|
@ -6,4 +6,5 @@
|
|||
\hyphenation{STMCubeIDE}
|
||||
\hyphenation{Span-nungs-rau-schen}
|
||||
\hyphenation{Komponenten-reihen}
|
||||
\hyphenation{GBWP}
|
||||
\hyphenation{GBWP}
|
||||
\hyphenation{Photo-dioden-box}
|
||||
Loading…
Add table
Add a link
Reference in a new issue