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TeX/Kapitel/RevisionV11.tex

@@ -3,7 +3,7 @@
 \chapter{Revision des TIVs}
 
 In diesem Kapitel wird auf die Revision der Platine eingegangen.
-Diese Revision ist notwendig, um die Instabilität der ersten Revision 
+Diese Revision ist notwendig, um die Instabilität der ersten Version
 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.
@@ -26,7 +26,7 @@ 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 
+aufwies. Es ist somit zu vermuten, dass es sich um nicht akkurat modellierte Effekte 
 des Verstärkers handelt.
 
 Eine händisch modifizierte Schaltung wird genutzt, um andere Verstärkungen sowie 
@@ -37,11 +37,11 @@ Zusätzlich wird bei anderen OpAmps keine Instabilität festgestellt.
 \section{Korrektur der Schaltung}
 
 Im folgenden Abschnitt werden die Änderung der Schaltung beschrieben, welche für
-die nächste Revision vorgenommen werden. 
+die Revision vorgenommen werden. 
 Da der erkannte Fehler vermutlich durch den Verstärker selbst verursacht wird,
 soll nun ein anderer OpAmp genutzt werden. Kapitel \ref{chap:v10_opamp_choice}
 listet andere Möglichkeiten auf. Da das Eingangsspannungsrauschen vermutlich 
-an den Problemen teil nimmt, wird nun ein OpAmp mit möglichst geringem Rauschen 
+an den Problemen teilnimmt, wird nun ein OpAmp mit möglichst geringem Rauschen 
 gewählt, der {\em ADA4817}.
 
 Der {\em ADA4817} bietet mit einem Rauschlevel von nur $\SI{5}{\nano\volt\per\sqrt{\hertz}}$
@@ -52,7 +52,7 @@ Somit soll eine kaskadierte Schaltung entsprechend Kapitel \ref{chap:opamp_casca
 genutzt werden, um die notwendige Bandbreite erreichen zu können.
 
 Da die Abschirmung sowie die Reihenschaltung der Rückkoppelwiderstände der 
-vorherigen Version beide als Funktionsfähig befunden wurden, wird an diesem Teilen
+vorherigen Version beide als funktionsfähig befunden wurden, wird an diesen Teilen
 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.
@@ -64,6 +64,7 @@ Abbildung \ref{fig:v11_tia_schematic} zeigt den geänderten Schaltkreis auf.
     Verstärkerteils des TIVs]{\label{fig:v11_tia_schematic}Schaltkreis der Revision des
         Verstärkerteils des TIVs.}
 \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.
@@ -74,7 +75,7 @@ Es ist bei einer kaskadierten Verschaltung gewünscht, so viel Verstärkung in d
 erste
 Stufe zu legen wie möglich, um das Rauschen zu minimieren und die Stabilität zu 
 erhöhen. Zu viel Verstärkung in der ersten Stufe reduziert jedoch die Bandbreite.
-Die exakte Verteilung der Verstärkung hängt vom Systemverhalten ab,
+Die exakte Verteilung der Verstärkung hängt vom Systemverhalten ab
 und muss experimentell bestimmt werden.
 
 R9 und R32 erlauben das Umschalten der Schaltung von einer kaskadierten Schaltung
@@ -88,7 +89,7 @@ ersten Schaltungsdesign.
 
 Abbildung \ref{fig:v11_tia_pcb} zeigt die Auslegung des PCBs der Revision.
 Hierbei werden die vorherigen Konstruktionen für Rückkoppelpfad und Abschirmung der
-Widerstände bei behalten.
+Widerstände beibehalten.
 Aus diesem Grund wird hierauf nicht mehr genauer eingegangen.
 
 \begin{figure}[hb]
@@ -100,9 +101,9 @@ Aus diesem Grund wird hierauf nicht mehr genauer eingegangen.
 
 Die Kaskadenschaltung der zwei Verstärker ist um U2 herum gelegt. U2 ist 
 ein sog. {\em Dual Package OpAmp}, d.h. es liegen zwei unabhängige 
-ADA4817 im selben Packet vor. Dies ermöglicht eine möglichst kleine Auslegung
+ADA4817 im selben Paket vor. Dies ermöglicht eine möglichst kleine Auslegung
 des Rückkoppelpfades für die zweite Stufe des Verstärkers, welches für die Stabilität
-notwendig ist sowie weniger Störquellen einkoppelt.
+notwendig ist und weniger Störquellen einkoppelt.
 
 Der Vollständigkeit halber zeigt Abbildung \ref{fig:v11_pcb_3d_image} ein 3D-Modell
 der Revision der Platine. Die restlichen Schaltungsteile wurden nicht modifiziert,
@@ -127,9 +128,9 @@ genutzt. Wo angemessen, sollen Vergleiche mit der vorherigen Version gezogen wer
 \subsection{Stabilität am IMS}
 \label{chap:v11_measurement_ims_stability}
 
-Es wird nun als aller erstes die Stabilität an einer IMS-Röhre vermessen. Hierfür wird dieselbe 
-Röhre wie in der Vermessung der ersten Revision genutzt, an den Eingang des TIVs 
-angeschlossen, und vermessen. Hierbei wird die $\SI{47}{\mega\ohm}$ Variante genutzt.
+Es wird nun als allererstes die Stabilität an einer IMS-Röhre vermessen. Hierfür wird dieselbe 
+Röhre wie in der Vermessung der ursprünglichen Version genutzt, an den Eingang des TIVs 
+angeschlossen und vermessen. Hierbei wird die $\SI{47}{\mega\ohm}$ Variante genutzt.
 
 Im Falle der neuen Schaltung liegt nun die erwartete stabile, statische Ausgangsspannung
 bei $\SI{0}{\volt}$ mit einem akzeptablem Rauschen. Abbildung \ref{fig:v11_ims_noise} zeigt
@@ -142,7 +143,7 @@ das Spektrum des Rauschens dieser Variante.
 \end{figure}
 
 Diese Messung bestätigt, dass diese Revision der Schaltung keine Oszillationen bei Anschluss einer IMS-Röhre 
-aufweist. Der Fehler der ersten Revision wurde somit erfolgreich behoben.
+aufweist. Der Fehler der ursprünglichen Version wurde somit erfolgreich behoben.
 
 \FloatBarrier
 
@@ -191,7 +192,7 @@ Spannung. Dies ist in Abbildung \ref{fig:v11_linearity_error} aufgezeichnet.
 Deutlich zu erkennen ist eine sehr geringe Abweichung der Ausgangsspannung
 vom Sollwert von höchstens $\SI{1.5}{\milli\volt}$, wobei meistens
 eine Abweichung von besser als $\SI{\pm1}{\milli\volt}$ eingehalten wird.
-Dies stellt wesentlich kleinere Abweichungen als bei der ersten Version dar, und
+Dies stellt wesentlich kleinere Abweichungen als bei der ersten Version dar und
 ist somit eine wesentliche Verbesserung. Zu sehen sind ebenfalls einige kleine Sprünge
 in beiden vermessenen Platinen, $+\SI{0.7}{\milli\volt}$ bei etwa 
 $\SI{-0.8}{\nano\ampere}$ sowie $+\SI{1}{\milli\volt}$ bei etwa $\SI{2}{\nano\ampere}$.
@@ -199,15 +200,15 @@ Die genaue Ursache dieser Sprünge ist nicht bekannt. Die Amplitude der Sprünge
 jedoch eine Änderung von nur 0.1\% dar, und ist somit akzeptabel.
 
 Insgesamt ist die Linearität des neuen Schaltkreises somit eine wesentliche Verbesserung
-im Vergleich zur ersten Version, und ist mehr als Ausreichend für die
+im Vergleich zur ersten Version und ist mehr als Ausreichend für die
 hier gesetzten Zielparameter.
 
 \FloatBarrier
 
 \subsection{Bandbreite}
 
-In diesem Abschnitt werden die Übertragungsfunktionen und Bandbreiten der erstellten 
-Platinen genauer untersucht.
+Um zu bestätigen, dass der neue Schaltkreis des TIVs eine ausreichende Bandbreite
+liefert, werden folgend die Übertragungsfunktionen der Revision vermessen.
 Es wird hierfür dieselbe Methode wie aus Kapitel \ref{chap:v10_measurement_bandwidth} 
 genutzt. Abbildung \ref{fig:v11_measurement_bandwidth} zeigt die gemessenen Übertragungsfunktionen
 der zweiten Platinenversion, wobei mehrere Platinen mit variiertem Rückkoppelwiderstand
@@ -229,7 +230,7 @@ Alle Platinen bis auf die $\SI{47}{\mega\ohm}$ Variante weisen einen Abfall von
 -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
 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
+$\SI{82}{\mega\ohm}$ 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
@@ -259,12 +260,12 @@ entnommen werden. Diese sind in Tabelle \ref{table:v11_bandwidths} dargestellt.
     \end{tabular}
 \end{table}
 
-Im Vergleich zur ersten Revision 
-bieten die $\SI{20}{\mega\ohm}$ und $\SI{47}{\mega\ohm}$ varianten der Platinen
-eine höhere Bandbreite als die Platinen der ersten Revision, während die 
+Im Vergleich zur ursprünglichen Version 
+bieten die $\SI{20}{\mega\ohm}$ und $\SI{47}{\mega\ohm}$ Varianten der Platinen
+eine höhere Bandbreite als die Platinen der ursprünglichen Version, während die 
 $\SI{120}{\mega\ohm}$ Variante eine niedrigere Bandbreite aufweist. 
-Diese Diskrepanz liegt vermutlich ebenfalls am beobachteten Verhalten der Kaskadenschaltung, und
-ist erneut im Falle der $\SI{47}{\mega\ohm}$ Variante von Vorteil.
+Diese Diskrepanz liegt vermutlich ebenfalls am beobachteten Verhalten der Kaskadenschaltung
+und ist erneut im Falle der $\SI{47}{\mega\ohm}$ Variante von Vorteil.
 
 Abbildung \ref{fig:v11_comparison_bandwidth} zeigt einen direkten Vergleich der 
 Bandbreiten der TIV-Stufen der vorherigen und neuen Revison für 
@@ -280,9 +281,9 @@ ist hierbei deutlich zu erkennen.
         $\SI{47}{\mega\ohm}$ Varianten von der alten und neuen Revision.}
 \end{figure}
 
-Da die Filterstufe zwischen den Revisionen nicht geändert wurde, 
-da das Filterverhalten bereits als ausreichend empfunden wurde, wird hier nicht
-erneut darauf eingegangen.
+Die Filterstufe zwischen den Revisionen wurde nicht geändert, 
+da das Filterverhalten bereits als ausreichend empfunden wurde.
+Somit wird hier nicht erneut darauf eingegangen.
 
 Zusammengefasst besitzen die Varianten der $\SI{82}{\mega\ohm}$ und
 $\SI{120}{\mega\ohm}$ eine zu geringe Bandbreite, während 
@@ -293,11 +294,10 @@ Bandbreite besitzen. Die neue Revision der Platine erfüllt somit die Anforderun
 
 \subsection{Rauschen}
 
-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.
+Folgend wird das Rauschen der Revision vermessen und mit der originalen Version
+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. Abbildung \ref{fig:v11_measurement_noise} zeigt die Rauschspektren der zweiten
-Platinenrevision.
+vermessen. Abbildung \ref{fig:v11_measurement_noise} zeigt die Rauschspektren der Revision.
 
 \begin{figure}[ht]
     \centering
@@ -310,7 +310,7 @@ Platinenrevision.
 \end{figure}
 
 
-Wie in der ersten Revision ist hier deutlich eine Abhängigkeit des Rauschlevels
+Wie in der ursprünglichen Version ist hier deutlich eine Abhängigkeit des Rauschlevels
 vom Rückkoppelwiderstand zu erkennen, wobei erneut ein kleinerer Widerstand
 ein höheres Rauschniveau einbringt.
 Zusätzlich ist die Verteilung des Rauschens merklich anders. Für alle Versionen
@@ -318,18 +318,19 @@ scheint eine kleine Erhöhung um $\SI{30}{\kilo\hertz}$ zu liegen, wobei
 diese in der $\SI{47}{\mega\ohm}$ Variante merklich stärker ausfällt.
 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 
+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 
 gleichen Frequenzen wie die Resonanzen in der Bandbreite. Somit ist zu vermuten,
 dass die gleiche Ursache für beide Effekte zuständig ist.
 
-Abbildund \ref{fig:v11_v10_comparison_noise} zeigt den direkten 
-Vergleich der ungefilterten Rauschspektren der ersten und Revision 
+Abbildung \ref{fig:v11_v10_comparison_noise} zeigt den direkten 
+Vergleich der ungefilterten Rauschspektren der originalen Platine und der
+Revision 
 der $\SI{47}{\mega\ohm}$ Version des Schaltkreise.
 Trotz des kleineren Eingangsspannungsrauschens des ADA4817 liegt ein 
 insgesamt leicht größeres Rauschniveau vor. Dies stimmt jedoch nur bei offenem 
-Eingang. Das Rauschen der ersten Revision mit dem LTC6268-10 vergrößert sich bei
+Eingang. Das Rauschen der ursprünglichen Version mit dem LTC6268-10 vergrößert sich bei
 steigender Eingangskapazität, während das Rauschen der Revision 
 kaum von der Eingangskapazität abhängt (siehe Kapitel \ref{chap:v11_measurement_ims_stability}).
 Unter realen Bedingungen ist somit das 
@@ -339,8 +340,8 @@ Rauschen der Revision besser.
     \centering
     \includegraphics[scale=0.8]{datavis/V1_Measurements/revision_compare_noise.png}
     \caption[Vergleich des Rauschspektrums
-    der Revisionen der $\SI{47}{\mega\ohm}$ Variante]{\label{fig:v11_v10_comparison_noise}Vergleich des Rauschspektrums
-    der Revisionen der $\SI{47}{\mega\ohm}$ Variante.}
+    der Revision der $\SI{47}{\mega\ohm}$ Variante]{\label{fig:v11_v10_comparison_noise}Vergleich des Rauschspektrums
+    der Revision der $\SI{47}{\mega\ohm}$ Variante.}
 \end{figure}
 
 \FloatBarrier
@@ -385,7 +386,7 @@ genutzte LTC6268-10.
 \end{table}
 
 Insgesamt ist somit das Rauschen der Revision des TIVs nutzbar.
-Zwar ist das Rauschen im Vergleich zur ersten Revision geringfügig erhöht, jedoch
+Zwar ist das Rauschen im Vergleich zur ursprünglichen Version geringfügig erhöht, jedoch
 bieten alle Versionen der Schaltung mit Ausnahme des $\SI{20}{\mega\ohm}$ TIVs
 ein akzeptabel geringes Rauschen.
 
@@ -397,9 +398,9 @@ 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 $\SI{47}{\mega\ohm}$
+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 
+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.
 
@@ -413,14 +414,14 @@ 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 vor liegt. Diese beträgt
-jedoch nur ca. 2dB, und liegt in einem Bereich der durch den nachfolgenden
+Diskrepanz der Bandbreiten um die Eckfrequenz herum vorliegt. Diese beträgt
+jedoch nur ca. 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 auf zu weisen.
+Das Verhalten der TIVs scheint somit eine gute Konsistenz aufzuweisen.
 Es ist somit nicht notwendig, die Platinen nach der Anfertigung noch weiter
-ab zu stimmen.
+abzustimmen.
 
 \subsection{Einfluss der Kaskadenschaltung}
 
@@ -434,8 +435,8 @@ 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
+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. $\SI{60}{\kilo\hertz}$
 absenkt.
 
@@ -473,7 +474,7 @@ Frequenzen höher ist. Zwar weist die Version ohne Tiefpassfilter in den höhere
 Frequenzen stärkeres Rauschen auf, dieses wird jedoch von der nachfolgenden
 Filterstufe entfernt.
 
-Da die Bandbreite beider Versionen ausreichend ist, und die Variante
+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.
 
@@ -513,7 +514,7 @@ Grenzfrequenz der gesamten Schaltung nach oben verschiebt. Entsprechend
 Kapitel \ref{chap:opamp_aol_limit_explained} und 
 \ref{chap:opamp_cascade_explained} lässt dies darauf schließen,
 dass die Bandbreite der $\SI{47}{\mega\ohm}$ 
-durch die offene Verstärkung des OpAmps limitiert ist,
+durch die offene Verstärkung des OpAmps limitiert ist
 und nicht durch das GBWP oder die Rückkoppelwiderstände. Dies ist von Vorteil, da sich
 hierdurch die Bandbreite der Schaltung durch Umverteilung der Verstärkung beliebig einstellen
 lässt, ohne hierbei die Stabilität des Schaltkreises zu gefährden.
@@ -549,9 +550,9 @@ werden, d.h. die zweite Stufe so klein wie möglich, um das Rauschen zu verminde
 
 \section{Fazit}
 
-Die Revision korrigiert erfolgreich die Instabilität, welche in der ersten Revision
+Die Revision korrigiert erfolgreich die Instabilität, welche in der ursprünglichen Version
 festgestellt wurde.
-In den restlichen Parametern schneidet sie vergleichbar gut wie die erste Revision ab.
+In den restlichen Parametern schneidet sie vergleichbar gut wie die ursprüngliche Version ab.
 Zudem lässt sich durch die korrekte Einstellung der Verstärkungsverteilung der kaskadierten
 Stufe die Bandbreite des Schaltkreises arbiträr limitieren, was eine zusätzliche Rauschreduktion
 ermöglicht.