From bea08c6d5bf78bc536ada4e392bcb0436f42df64 Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: xaseiresh Date: Wed, 21 Aug 2024 12:29:48 +0200 Subject: [PATCH] corrections: fix image setting --- Images/Datavis/generate_plot.py | 2 +- TeX/Kapitel/Auslegung.tex | 8 +++- TeX/Kapitel/Auslegung/Schaltungsdesign.tex | 1 + TeX/Kapitel/Grundlagen.tex | 11 +++-- TeX/Kapitel/RevisionV11.tex | 49 +++++++++++----------- TeX/Kapitel/Vermessung.tex | 15 +++---- TeX/config/hyphenation.tex | 3 +- 7 files changed, 48 insertions(+), 41 deletions(-) diff --git a/Images/Datavis/generate_plot.py b/Images/Datavis/generate_plot.py index 1e3c610..ab134bb 100644 --- a/Images/Datavis/generate_plot.py +++ b/Images/Datavis/generate_plot.py @@ -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); diff --git a/TeX/Kapitel/Auslegung.tex b/TeX/Kapitel/Auslegung.tex index d2ecd93..e209e82 100644 --- a/TeX/Kapitel/Auslegung.tex +++ b/TeX/Kapitel/Auslegung.tex @@ -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 $R_\mathrm{f}$]{ diff --git a/TeX/Kapitel/Auslegung/Schaltungsdesign.tex b/TeX/Kapitel/Auslegung/Schaltungsdesign.tex index 419dcca..0a3c299 100644 --- a/TeX/Kapitel/Auslegung/Schaltungsdesign.tex +++ b/TeX/Kapitel/Auslegung/Schaltungsdesign.tex @@ -1,3 +1,4 @@ +\cleardoublepage \section{Schaltungsdesign} In diesem Kapitel wird der Aufbau einer ersten Prototypen-Schaltung beschrieben. diff --git a/TeX/Kapitel/Grundlagen.tex b/TeX/Kapitel/Grundlagen.tex index e3ba331..3ac51a5 100644 --- a/TeX/Kapitel/Grundlagen.tex +++ b/TeX/Kapitel/Grundlagen.tex @@ -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} diff --git a/TeX/Kapitel/RevisionV11.tex b/TeX/Kapitel/RevisionV11.tex index e564d95..6e9fa92 100644 --- a/TeX/Kapitel/RevisionV11.tex +++ b/TeX/Kapitel/RevisionV11.tex @@ -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 diff --git a/TeX/Kapitel/Vermessung.tex b/TeX/Kapitel/Vermessung.tex index 0b5c5f9..a3eccb3 100644 --- a/TeX/Kapitel/Vermessung.tex +++ b/TeX/Kapitel/Vermessung.tex @@ -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. diff --git a/TeX/config/hyphenation.tex b/TeX/config/hyphenation.tex index 45e9d82..ae5a0a9 100644 --- a/TeX/config/hyphenation.tex +++ b/TeX/config/hyphenation.tex @@ -6,4 +6,5 @@ \hyphenation{STMCubeIDE} \hyphenation{Span-nungs-rau-schen} \hyphenation{Komponenten-reihen} -\hyphenation{GBWP} \ No newline at end of file +\hyphenation{GBWP} +\hyphenation{Photo-dioden-box} \ No newline at end of file