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David Bailey 2024-08-22 17:07:42 +02:00
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@ -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