From d7b6fccad980887e184b778f731a7e7c43c43f2b Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: David Bailey Date: Thu, 22 Aug 2024 17:07:42 +0200 Subject: [PATCH] corrections(mom): continue on pg40 on --- TeX/Kapitel/Auslegung.tex | 17 +++++---- TeX/Kapitel/Grundlagen.tex | 7 ++-- TeX/Kapitel/RevisionV11.tex | 55 ++++++++++++++++------------- TeX/Kapitel/Vermessung.tex | 69 +++++++++++++++++++------------------ 4 files changed, 83 insertions(+), 65 deletions(-) diff --git a/TeX/Kapitel/Auslegung.tex b/TeX/Kapitel/Auslegung.tex index 2bcf80a..1fed796 100644 --- a/TeX/Kapitel/Auslegung.tex +++ b/TeX/Kapitel/Auslegung.tex @@ -237,7 +237,9 @@ nützlich.\todo{Rewrite this more understandably} \subcaption{Potential innerhalb des Flipchip} \end{subfigure}\hspace{0.15\linewidth} - \caption{\label{fig:cst_r_potentials}Potentialfelder der elektrostatischen Simulation + \caption[Potentialfelder der elektrostatischen Simulation + der Widerstände, verschiedene Ansichten]{ + \label{fig:cst_r_potentials}Potentialfelder der elektrostatischen Simulation der Widerstände, verschiedene Ansichten. Deutlich zu erkennen ist die gleichmäßige Verteilung des Potentialfeldes um die Anschlüsse der Widerstände herum.} @@ -536,7 +538,8 @@ einer realen Schaltung nicht einfach zu simulieren sind. \begin{figure}[hbt!] \centering \includegraphics[width=0.8\textwidth]{entwicklung/r_series/series_shielded.png} - \caption{\label{fig:r_series_para_comp_sim}Aufbau der Simulation zur + \caption[Aufbau der Simulation zur + Analyse des Effektes der Schirmungskapazitäten auf eine Widerstands-Serienschaltung]{\label{fig:r_series_para_comp_sim}Aufbau der Simulation zur Analyse des Effektes der Schirmungskapazitäten auf eine Widerstands-Serienschaltung.} \end{figure} @@ -544,7 +547,7 @@ einer realen Schaltung nicht einfach zu simulieren sind. \centering \includegraphics[scale=0.8]{datavis/Parasitics/Rf_series_shielded.png} \caption[Ergebnisse der Simulation - zur Analyse der Auswirkungen der Abschirmkapazitäten.]{ + zur Analyse der Auswirkungen der Abschirmkapazitäten]{ \label{fig:r_series_para_comp_results}Ergebnisse der Simulation zur Analyse der Auswirkungen der Abschirmkapazitäten. Zu erkennnen ist, dass eine zu kleine Abschirmung der Erdkapazität nicht entgegen wirken @@ -702,7 +705,7 @@ Die Ergebnisse hiervon sind in Abbildungen \ref{fig:opamp_gbwp_variation_result_ \centering \includegraphics[scale=0.8]{datavis/Parasitics/SingleStage_Cfp_Sweep.png} \caption[Ergebnisse der Simulation eines idealen - OpAmp mit variierter parasitärer Widerstandskapazität.]{ + OpAmp mit variierter parasitärer Widerstandskapazität]{ \label{fig:opamp_gbwp_variation_result_2}Ergebnisse der Simulation eines idealen OpAmp mit variierter parasitärer Widerstandskapazität $C_\mathrm{1}$. Zu erkennen ist die Verringerung der Bandbreite bei steigender @@ -769,7 +772,7 @@ Hierfür werden zwei Möglichkeiten erprobt: \centering \includegraphics[scale=0.2]{grundlagen/CascadeOpAmp.drawio.png} \caption[Beispielhafte Schaltungen zur Erhöhung - des OpAmp GBWP.]{\label{fig:opamp_gbwp_increase_schematics}Beispielhafte Schaltungen zur Erhöhung + des OpAmp GBWP]{\label{fig:opamp_gbwp_increase_schematics}Beispielhafte Schaltungen zur Erhöhung des OpAmp GBWP durch Kaskadierung mehrerer OpAmps.} \end{figure} @@ -875,7 +878,9 @@ genügend GBWP und kleinen Eingangsleckströmen, um als TIV nutzbar zu sein. \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 + \caption[Schaltkreis der LTSpice-Simulation zur + Bestimmung OpAmp-Rauschens]{ + \label{fig:opamp_vin_noise_schematic}Schaltkreis der LTSpice-Simulation zur Bestimmung OpAmp-Rauschens.} \end{figure} diff --git a/TeX/Kapitel/Grundlagen.tex b/TeX/Kapitel/Grundlagen.tex index c532561..75b29cb 100644 --- a/TeX/Kapitel/Grundlagen.tex +++ b/TeX/Kapitel/Grundlagen.tex @@ -191,7 +191,8 @@ Hierbei ist $V_{\mathrm{n,rms}}$ der RMS-Wert des Rauschens, $k_B$ die Boltzmann \begin{figure}[hb] \centering \includegraphics[scale=0.13]{grundlagen/Schematic_Resistor.drawio.png} - \caption{\label{fig:example_r_noise}Schematische Darstellung + \caption[Schematische Darstellung + eines realen Widerstandes nach \cite{WikipediaResistors2024May}]{\label{fig:example_r_noise}Schematische Darstellung eines realen Widerstandes nach \cite{WikipediaResistors2024May}.} \end{figure} @@ -317,7 +318,9 @@ Die grundlegende Schaltung ist hierbei in \ref{fig:example_tia_circuit} aufgefü \begin{figure}[hb] \centering \includegraphics[scale=0.2]{grundlagen/OpAmp_TIA.drawio.png} - \caption{\label{fig:example_tia_circuit}Grundlegender Schaltkreis eines Transimpedanzverstärkers, + \caption[Grundlegender Schaltkreis eines Transimpedanzverstärkers, + eigene Darstellung nach \cite{Reinecke2018Oct}]{ + \label{fig:example_tia_circuit}Grundlegender Schaltkreis eines Transimpedanzverstärkers, eigene Darstellung nach \cite{Reinecke2018Oct}.} \end{figure} \todo{Find a citation for this?} diff --git a/TeX/Kapitel/RevisionV11.tex b/TeX/Kapitel/RevisionV11.tex index 4e9e881..c699608 100644 --- a/TeX/Kapitel/RevisionV11.tex +++ b/TeX/Kapitel/RevisionV11.tex @@ -2,7 +2,7 @@ \cleardoublepage \chapter{Revision des TIVs} -In diesem Kapitel wird auf die zweite Revision der Platine eingegangen. +In diesem Kapitel wird auf die 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 @@ -60,7 +60,8 @@ Abbildung \ref{fig:v11_tia_schematic} zeigt den geänderten Schaltkreis auf. \begin{figure}[hb] \centering \includegraphics[width=0.9\textwidth]{Auslegung/v1.1/tia_stage.png} - \caption{\label{fig:v11_tia_schematic}Schaltkreis der zweiten Revision des + \caption[Schaltkreis der Revision des + Verstärkerteils des TIVs]{\label{fig:v11_tia_schematic}Schaltkreis der Revision des Verstärkerteils des TIVs.} \end{figure} @@ -85,7 +86,7 @@ Die Rückkoppelwiderstände und Abschirmwiderstände (R19 bis 13, R15 bis 18, R2 plus die anpassenden Spannungsteiler (R24, R14, R19) sind unverändert vom ersten Schaltungsdesign. -Abbildung \ref{fig:v11_tia_pcb} zeigt die Auslegung des PCBs der zweiten Revision. +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. Aus diesem Grund wird hierauf nicht mehr genauer eingegangen. @@ -93,7 +94,7 @@ Aus diesem Grund wird hierauf nicht mehr genauer eingegangen. \begin{figure}[hb] \centering \includegraphics[width=0.7\textwidth]{Auslegung/v1.1/tia_pcb.png} - \caption{\label{fig:v11_tia_pcb}Auslegung des PCBs der zweiten Revision + \caption{\label{fig:v11_tia_pcb}Auslegung des PCBs der Revision des TIVs} \end{figure} @@ -104,13 +105,13 @@ des Rückkoppelpfades für die zweite Stufe des Verstärkers, welches für die S notwendig ist sowie weniger Störquellen einkoppelt. Der Vollständigkeit halber zeigt Abbildung \ref{fig:v11_pcb_3d_image} ein 3D-Modell -der zweiten Revision der Platine. Die restlichen Schaltungsteile wurden nicht modifiziert, +der Revision der Platine. Die restlichen Schaltungsteile wurden nicht modifiziert, weshalb auf diese hier nicht mehr eingegangen wird. \begin{figure}[hb] \centering \includegraphics[width=0.9\textwidth]{Auslegung/v1.1/pcb_3d.png} - \caption{\label{fig:v11_pcb_3d_image}3D-Modell der zweiten Revision des PCBs} + \caption{\label{fig:v11_pcb_3d_image}3D-Modell der Revision des PCBs} \end{figure} \FloatBarrier @@ -118,7 +119,7 @@ weshalb auf diese hier nicht mehr eingegangen wird. \section{Vermessung der Revision} -In diesem Kapitel wird die zweite Revision der Platine +In diesem Kapitel wird die Revision der Platine vermessen und auf weitere Fehler überprüft. Es werden, wenn nicht anders beschrieben, dieselben Methoden wie aus Kapitel \ref{chap:measurements} genutzt. Wo angemessen, sollen Vergleiche mit der vorherigen Version gezogen werden. @@ -216,9 +217,9 @@ aufgebaut wurden. \centering \includegraphics[scale=0.8]{datavis/V1_Measurements/V1.1-a1/bandwidths.png} \caption[Messungen der Übertragungsfunktionen - der Platinen der zweiten Revision]{\label{fig:v11_measurement_bandwidth} + der Platinen der Revision]{\label{fig:v11_measurement_bandwidth} Messungen der Übertragungsfunktionen - der Platinen der zweiten Revision. Zu erkennen + der Platinen der Revision. Zu erkennen ist die Abhängigkeit der Bandbreite vom Rückkoppelwiderstand.} \end{figure} @@ -245,7 +246,7 @@ entnommen werden. Diese sind in Tabelle \ref{table:v11_bandwidths} dargestellt. \begin{table}[hb] \centering \caption{\label{table:v11_bandwidths}-3dB-Frequenzen des ungefilterten - TIV-Ausgangs der zweiten Revision} + TIV-Ausgangs der Revision} \begin{tabular}{ |r|r|r| } \hline Widerstand & -3dB Punk \\ @@ -268,13 +269,14 @@ 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 die $\SI{47}{\mega\ohm}$ Variante. Der steilere Abfall sowie die -leicht höhere -3dB-Frequenz der zweiten Revision +leicht höhere -3dB-Frequenz der Revision ist hierbei deutlich zu erkennen. \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 + \caption[Vergleich der Bandbreiten der + $\SI{47}{\mega\ohm}$ Varianten von der alten und neuen Revision]{\label{fig:v11_comparison_bandwidth}Vergleich der Bandbreiten der $\SI{47}{\mega\ohm}$ Varianten von der alten und neuen Revision.} \end{figure} @@ -301,8 +303,8 @@ Platinenrevision. \centering \includegraphics[scale=0.8]{datavis/V1_Measurements/V1.1-a1/noises.png} \caption[Durchschnittliches Rauschspektrum der Platinen - der zweiten Revision]{\label{fig:v11_measurement_noise}Durchschnittliches Rauschspektrum der Platinen - der zweiten Revision. + 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.} \end{figure} @@ -323,20 +325,21 @@ 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 zweiten Revision +Vergleich der ungefilterten Rauschspektren der ersten und 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 -steigender Eingangskapazität, während das Rauschen der zweiten Revision +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 -Rauschen der zweiten Revision besser. +Rauschen der Revision besser. \begin{figure}[ht] \centering \includegraphics[scale=0.8]{datavis/V1_Measurements/revision_compare_noise.png} - \caption{\label{fig:v11_v10_comparison_noise}Vergleich des Rauschspektrums + \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.} \end{figure} @@ -381,7 +384,7 @@ genutzte LTC6268-10. \end{tabular} \end{table} -Insgesamt ist somit das Rauschen der zweiten Revision des TIVs nutzbar. +Insgesamt ist somit das Rauschen der Revision des TIVs nutzbar. Zwar ist das Rauschen im Vergleich zur ersten Revision geringfügig erhöht, jedoch bieten alle Versionen der Schaltung mit Ausnahme des $\SI{20}{\mega\ohm}$ TIVs ein akzeptabel geringes Rauschen. @@ -389,7 +392,7 @@ ein akzeptabel geringes Rauschen. \subsection{Konsistenz des Schaltkreises} In diesem Abschnitt wird darauf eingegangen, wie wiederholbar -der Aufbau der zweiten Revision der Platine ist. +der Aufbau der Revision der Platine ist. Ein wichtiger Aspekt des in dieser Arbeit entwickelten TIVs ist der reproduzierbare Aufbau ohne größere manuelle Abstimmungen der Abschirmung oder anderer Komponenten. @@ -403,7 +406,8 @@ diese Kopie dasselbe Verhalten aufweist wie die original vermessene Platine. \begin{figure}[h] \centering \includegraphics[scale=0.8]{datavis/V1_Measurements/V1.1-a1/bandwidth_consistency.png} - \caption{\label{fig:v11_bandwidth_consistency_check}Vergleich der Bandbreiten + \caption[Vergleich der Bandbreiten + zweier identischer TIV-Platinen]{\label{fig:v11_bandwidth_consistency_check}Vergleich der Bandbreiten zweier identischer TIV-Platinen.} \end{figure} @@ -493,12 +497,13 @@ den gleichen Messsystemen wie in den vorherigen Messungen (siehe Kapitel \includegraphics[scale=0.8]{datavis/V1_Measurements/V1.1-a1/CascadeSeries/bandwidths.png} \caption[Übertragungsfunktionen eines $\SI{47}{\mega\ohm}$ TIVs mit varriierter Verstärkung der zweiten - Stufe der Kaskade.]{ + Stufe der Kaskade]{ \label{fig:v11_cascade_bandwidths}Übertragungsfunktionen eines $\SI{47}{\mega\ohm}$ TIVs mit varriierter Verstärkung der zweiten Stufe der Kaskade. Erkennbar ist ein starker Einfluss auf die Bandbreite.} \end{figure} +\todo{Use ratio of amp} Abbildung \ref{fig:v11_cascade_bandwidths} zeigt die Übertragungsfunktionen der getesteten Varianten. @@ -520,7 +525,9 @@ wichtig. Höhere Bandbreiten werden durch die Filterstufe entfernt. \begin{figure}[h] \centering \includegraphics[scale=0.8]{datavis/V1_Measurements/V1.1-a1/CascadeSeries/noises.png} - \caption{\label{fig:v11_cascade_noises}Rauschspektren eines + \caption[Rauschspektren eines + $\SI{47}{\mega\ohm}$ TIVs mit varriierter Verstärkung der zweiten + Stufe der Kaskade]{\label{fig:v11_cascade_noises}Rauschspektren eines $\SI{47}{\mega\ohm}$ TIVs mit varriierter Verstärkung der zweiten Stufe der Kaskade.} \end{figure} @@ -542,7 +549,7 @@ werden, d.h. die zweite Stufe so klein wie möglich, um das Rauschen zu verminde \section{Fazit} -Die zweite Revision korrigiert erfolgreich die Instabilität, welche in der ersten Revision +Die Revision korrigiert erfolgreich die Instabilität, welche in der ersten Revision festgestellt wurde. In den restlichen Parametern schneidet sie vergleichbar gut wie die erste Revision ab. Zudem lässt sich durch die korrekte Einstellung der Verstärkungsverteilung der kaskadierten diff --git a/TeX/Kapitel/Vermessung.tex b/TeX/Kapitel/Vermessung.tex index 6146fed..da472ce 100644 --- a/TeX/Kapitel/Vermessung.tex +++ b/TeX/Kapitel/Vermessung.tex @@ -64,7 +64,7 @@ der Messung vom Sollwert. \begin{figure}[H] \centering \includegraphics[scale=0.8]{datavis/V1_Measurements/1G_47M_Linearity.png} - \caption[Messergebnisse der Linearitätsmessung.]{\label{fig:measurement_v1_linearity} + \caption[Messergebnisse der Linearitätsmessung]{\label{fig:measurement_v1_linearity} Messergebnisse der Linearitätsmessung des $\SI{47}{\mega\ohm}$ TIVs. Es sind wie gewünscht keine merklichen Nichtlinearitäten zu erkennen.} \end{figure} @@ -94,30 +94,30 @@ Einknicken der Ausgangsspannung zu erkennen. Dies lässt sich durch die Versorgu des Verstärkers erklären, welche bei ca. $\SI{\pm2.5}{\volt}$ liegt, wodurch die Ausgangsspannung begrenzt ist. -In Zusammenfassung ist die Linearität des Schaltkreises mehr als Ausreichend, und +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. \subsection{Bandbreite} \label{chap:v10_measurement_bandwidth} -In diesem Abschnitt wird die Bandbreite des Systems untersucht. -Hierbei wird sowohl die Bandbreite der TIV-Stufe ohne Filterung, -als auch die gesamte Bandbreite mit Filterung, vermessen. +Nun wird die Übertratungsfunktion der TIVs betrachtet. +Hierbei werden sowohl die Bandbreite der TIV-Stufe ohne Filterung, +als auch die gesamte Bandbreite mit Filterung vermessen. Für einen Verstärker wie den TIV ist eine Übertragungsfunktion gewünscht, welche möglichst flach verläuft und erst ab einer gewissen Grenzfrequenz dann möglichst steil abfällt. Der glatte Verlauf unterhalb der Grenzfrequenz erlaubt für eine verzerrungsfreie Übertragung eines Signals, während der steile -Abfall nach der Grenzfrequenz ungewünschte Signale heraus filtert. +Abfall nach der Grenzfrequenz ungewünschte Signale herausfiltert. Die Übertragungsfunktionen werden mithilfe eines {\em Analog Discovery Pro 3} Oszilloskop + Funktionsgenerator aufgenommen. -Der Ausgang des Funktionsgenerators an eine Photodiodenbox angeschlossen, +Der Ausgang des Funktionsgenerators wird 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 +bis in die oberen $\SI{100}{\kilo\hertz}$ flach und konstant und muss somit nicht weiter beachtet werden. Der Ausgang der Photodioden-Box wird an den Eingang des TIVs angeschlossen. Der gefilterte und ungefilterte Ausgang des TIVs werden jeweils mit dem {\em Analog Discovery Pro 3} vermessen. @@ -166,7 +166,7 @@ Die gemessenen Die Übertragungsfunktionen aller drei Platinen weisen akzeptables Verhalten auf, d.h. einen glatten Verlauf vor der Grenzfrequenz und einen Abfall von ca. -20dB/Dekade. Lediglich die Grenzfrequenz des -$\SI{120}{\mega\ohm}$ Schaltkreises ist relativ gering, und bietet somit +$\SI{120}{\mega\ohm}$ Schaltkreises ist relativ gering und bietet somit wenig Spielraum für die nachfolgende Filterung. Ebenfalls von Interesse ist die Übertragungsfunktion des gefilterten Ausgangs. @@ -178,7 +178,7 @@ dargestellt. \centering \includegraphics[scale=0.8]{datavis/V1_Measurements/bandwidth_ch2.png} \caption[Übertragungsfunktionen des gefilterten Ausgangs - der Platinen bei variiertem Rückkoppelwiderstand.]{ + der Platinen bei variiertem Rückkoppelwiderstand]{ \label{fig:v10_bandwidths_ch2}Übertragungsfunktionen des gefilterten Ausgangs der Platinen bei variiertem Rückkoppelwiderstand. Zu erkennen ist die Eckfrequenz des Filters bei $\SI{30}{\kilo\hertz}$} @@ -187,9 +187,9 @@ dargestellt. Die Auslegung der Filterstufe soll erst ab der Grenzfrequenz von $\SI{30}{\kilo\hertz}$ einen Abfall von -40dB/Dekate einbringen, wobei Frequenzen unterhalb der Grenzfrequenz nicht beeinflusst werden sollten. -Diese Verhalten ist auch deutlich in der Messung zu erkennen. Die -3dB-Frequenzen +Dieses Verhalten ist auch deutlich in der Messung zu erkennen. Die -3dB-Frequenzen der gefilterten Ausgänge sind in Tabelle \ref{table:v10_bandwidth_filters} aufgelistet. -Wie bereits theorisiert ist die Bandbreite der $\SI{120}{\mega\ohm}$-Variante zu gering +Wie bereits theorisiert, ist die Bandbreite der $\SI{120}{\mega\ohm}$-Variante zu gering für die vollen $\SI{30}{\kilo\hertz}$. Die anderen beiden Varianten besitzen genug Bandbreite. @@ -215,7 +215,7 @@ Die Eckfrequenz des Filters sowie der -40dB/Dekade-Abfall ist deutlich zu erkenn \centering \includegraphics[scale=0.8]{datavis/V1_Measurements/bandwidth_filter_compare.png} \caption[Vergleich der Übertragungsfunktion - des gefilterten und ungefilterten Ausangs des $\SI{47}{\mega\ohm}$ TIVs.]{ + des gefilterten und ungefilterten Ausangs des $\SI{47}{\mega\ohm}$ TIVs]{ \label{fig:v10_bandwidth_filter_compare}Vergleich der Übertragungsfunktion des gefilterten und ungefilterten Ausangs des $\SI{47}{\mega\ohm}$ TIVs. Die Filterung ist deutlich ab $\SI{30}{\kilo\hertz}$ zu erkennen, mit @@ -228,7 +228,9 @@ Die Eckfrequenz des Filters sowie der -40dB/Dekade-Abfall ist deutlich zu erkenn \subsubsection{Einfluss der Abschirmung} \label{chap:measurements_v10_shielding} -In diesem Abschnitt wird der Einfluss der Abschirmung genauer untersucht. +Ein relevantes Element des Schaltungsdesigns ist die Abschirmung, welche +zum Ausgleich der parasitären Kapazitäten ausgelegt wurde. +Der konkrete Effekt dieser Abschirmung wird nun betrachtet. Um diesen zu messen, werden die Abschirmungselektroden durch Änderung des Widerstandsteilers auf zu hohe/zu niedrige Spannungen im Vergleich zum Sollwert gelegt. @@ -258,7 +260,7 @@ gewünscht. Die flachste, und somit am besten geeignetste, Übertragungsfunktion ergibt sich mit einer leicht zu hohen Filterspannung, zwischen x1 und x1.1. -Dies lässt sich leicht mit der E24-Serie von Widerständen erreichen, und benötigt +Dies lässt sich leicht mit der E24-Serie von Widerständen erreichen und benötigt somit keine teureren Widerstände zur Einstellung der Abschirmung. Hieraus kann geschlossen werden, dass die Abschirmungen einen merklichen und wichtigen Einfluss auf @@ -269,8 +271,9 @@ notwendig für die Funktionalität des TIVs. \subsubsection{Messung ohne Abschirmung} -In diesem Kapitel soll die Übertragungsfunktion der Variante -ohne Abschirmung vermessen werden. +Um zu bestätigen dass die Abschirmung notwendig ist, wird +eine PCB-Variante ohne jegliche Abschirmungen angefertigt, +und dessen Übertragungsfunktion sollte vermessen werden. Dies war jedoch nicht möglich, da die Platine keinen stabilen Ausgang besaß. Der Ausgangspegel des TIVs ohne Abschirmung der Rückkoppelwiderstände bildet eine Rechteckwelle aus, @@ -283,41 +286,41 @@ dargestellt. \begin{figure}[hb] \centering \includegraphics[scale=0.8]{datavis/V1_Measurements/unshielded_47M.png} - \caption[Ausgangsspannung des TIV-Schaltkreises ohne Abschirmung.]{\label{fig:v10_unshielded_waveform} + \caption[Ausgangsspannung des TIV-Schaltkreises ohne Abschirmung]{\label{fig:v10_unshielded_waveform} Ausgangsspannung des TIV-Schaltkreises ohne Abschirmung. Deutlich zu erkennen ist die starke Oszillation der Ausgangsspannung, welche bis an die Spannungsgrenzen des Ausgangs geht.} \end{figure} -Deutlich zu erkennen ist die oszilliernde Natur -der Spannung. Die Wellenform ist zu erklären durch den Einfluss parasitärer -Erdungskapazitäten auf die hochohmigen Potentiale der Rückkoppelwiderstände. -Dies wurde bereits in Kapitel \ref{chap:r_para_mitigations} theorisiert, und +Die oszilliernde Natur +der Spannung ist deutlich zu erkennen. Die Wellenform ist durch den Einfluss parasitärer +Erdungskapazitäten auf die hochohmigen Potentiale der Rückkoppelwiderstände zu erklären. +Dies wurde bereits in Kapitel \ref{chap:r_para_mitigations} theorisiert und die Messungen in \ref{chap:measurements_v10_shielding} wiesen auch auf eine Instabilität bei zu kleiner Abschirmung hin. -Die Instabilität bei keiner Abschirmung ist somit erwartet, und weißt zusätzlich darauf 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. Eine Operation gänzlich ohne Abschirmungselektroden ist nicht möglich. -\FloatBarrier -\newpage +\clearpage \subsection{Rauschen} \label{chap:v10_measurement_noise} -In diesem Abschnitt wird das Rauschen des Schaltkreises genauer untersucht. -Das Rauschverhalten ist relevant für die Signalqualität, und somit für die -Detektionsgrenzen, welche erreicht werden können. Generell sind niedrigere +Das Rauschverhalten ist relevant für die Signalqualität und somit für die +Detektionsgrenzen, welche erreicht werden können. Aus diesem Grund wird dieses +nun genauer vermessen. +Generell sind niedrigere Rauschwerte besser, wobei auch die Verteilung der Rauschenergie relevant ist, d.h. ob es gewisse Frequenzen mit Spitzen oder Frequenbereiche mit erhöhtem oder niedrigerem Rauschen gibt. -Um das Rauschen der Platinen auf zu nehmen, wird der Eingang des TIVs +Um das Rauschen der Platinen aufzunehmen, wird der Eingang des TIVs mit einer Abschirmkappe abgedeckt. Zusätzlich wird der Aufbau in ein Metallgehäuse eingebaut, um äußere Störsignale zu verringern. Es wird für jede Platine das FFT-Spektrum von $\SI{500}{\hertz}$ bis $\SI{1}{\mega\hertz}$ aufgenommen, wobei jeweils 1000 Spektren -summiert und der Durchschnitt berechnet wird, um die durchschnittliche Verteilung +genutzt werden, um die durchschnittliche Verteilung des Rauschens zu berechnen. Die aufgenommenen Spektren sind in Abbildung \ref{fig:v10_noises_ch1} dargestellt. @@ -326,7 +329,7 @@ Abbildung \ref{fig:v10_noises_ch1} dargestellt. \includegraphics[scale=0.8]{datavis/V1_Measurements/noises.png} \caption[Durchschnittliches Rauschspektrum des ungefilterten Ausgangs - der drei Platinen.]{\label{fig:v10_noises_ch1}Durchschnittliches Rauschspektrum + der drei Platinen]{\label{fig:v10_noises_ch1}Durchschnittliches Rauschspektrum des ungefilterten Ausgangs der drei Platinen bei abgeschirmtem, offenem Eingang. Die gleichmäßige Verteilung des Rauschens ist sichtbar.} @@ -336,10 +339,10 @@ Deutlich zu erkennen ist die Abhängigkeit des Rauschens von der Widerstands-Gr welches der Vorhersage aus Kapitel \ref{chap:r_noise} entspricht. Das Rauschen ist bei allen drei Platinen relativ gleichmäßig verteilt, mit einer flachen Spitze bei ca. $\SI{30}{\kilo\hertz}$. -Es sind keine Frequenz-Spitzen zu erkennen, und keine Resonanzen. +Es sind keine Frequenz-Spitzen und keine Resonanzen zu erkennen. Zusätzlich wird das Verhalten der Filter-Stufe auf das Rauschen -betrachtet. Es wird mithilfe des selben Messaufbaus das Rauschen +betrachtet. Mithilfe des selben Messaufbaus wird das Rauschen des gefilterten Ausgangs aufgenommen und aufgezeichnet. Abbildung \ref{fig:v10_noises_ch2} zeigt die aufgenommenen Spektren.