Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Generator funkcji na xr2206 i zakłócenia przy niskich częstotliwościach

27 Lis 2012 13:49 5580 27
  • Poziom 9  
    Witam,
    Pracuję nad generatorem funkcji z kitu avt 2495 opartym na kostce xr2206. Wydał mi się całkiem przyjazny i rozwojowy. Modulacje am, fm, fsk. Jest czym się bawić.
    Generalnie nie miałem problemu ze wstępnymi regulacjami i uruchomieniem zestawu (ani testowego układu ze specyfikacji kostki).

    Napotkałem jednak na problem, którego źródła nie umiem zidentyfikować.
    Chodzi mianowicie o wzrost zakłóceń wraz ze spadkiem generowanej częstotliwości.

    Na oscyloskopie wygląda to tak:

    Link


    Studiowanie dokumentacji nie poskutkowało świadomością błędu. Jestem jednak początkujący i wiele rzeczy jest dla mnie niezrozumiałe. Poszukiwania wskazówek w necie zakończyły się fiaskiem.
    Moje podejrzenia to:
    - źle odfiltrowane zasilanie,
    - kondensatory odpowiadające za generowanie częstotliwości,

    Warto dodać, że nie dorobiłem się jeszcze sondy oscyloskopowej i pomiary wykonuję ekranowanym przewodem. Nie sądzę jednak aby była to główna przyczyna.

    Link do specyfikacji: xr2206
    Link do schamtu: avt 2495

    help...
    Darmowe szkolenie: Ethernet w przemyśle dziś i jutro. Zarejestruj się za darmo.
  • Poziom 38  
    Z tego co zobaczyłem jak dla mnie to wina oscyloskopu/sondy.
    Nie piszesz przy jakich częstotliwościach to widać - nie możesz wówczas dać większej podstawy czasu na oscyloskopie? (aby widać było jeden - dwa okresy)? oraz czy nie da się poprawić/wyregulować wyzwalania?
  • Poziom 9  
    Nagram wieczorem drugi film i napiszę od jakiej częstotliwości zaczynają się te zakłócenia.
    Sprawdzę też przebiegi na króciutkim kabelku aby zminimalizować potencjalne pojemności. Jeśli jest to znaczący czynnik, to powinna być także widoczna zmiana na lepsze, prawda?
    Dodatkowo, dla porównania, puszczę niską częstotliwość z generatora z telefonu. To też może coś powiedzieć...
  • Specjalista - urządzenia lampowe
    nifelheim napisał:
    Nagram wieczorem drugi film i napiszę od jakiej częstotliwości zaczynają się te zakłócenia.


    Ustaw oscyloskop tak jak trzeba, bo jak na razie tam żadnych zakłóceń nie widać, a jedynie problemy z zaskokiem synchronizacji.
    Możesz doprowadzić oscyloskop do synchronizacji przez podanie sygnału z wyjścia G4 na wejście wyzwalania.
  • Poziom 9  
    Podłączyłem sygnał z punktu G4 do wejścia synchronizacji w moim oscyloskopie.
    Miałem szczere nadzieję, że to pomoże. Niestety żadnej poprawy. Nie udało mi się znaleźć ustawień dających lepsze wyniki. Ale zapewne są szanse, że nie zrobiłem tego poprawnie.

    Wrzucam drugi film.
    Początkowa częstotliwość to 100kHz, końcowa około 16kHz.

    Link


    Dla porównania podłączyłem generator z komórki i puściłem sygnał 10Hz.
    Też bez sondy. Nawet z dość długim dodatkowym kablem.
    Obraz czyściutki, bez żadnych szumów.
  • Poziom 38  
    To nie są żadne zniekształcenia sygnału, lecz problemy z oscyloskopem.
    Przykład z sygnałem z komórki tu na nic, gdyż ma inną wartość napięcia, inny kształt.
    Problem bierze się prawdopodobnie z tego że przy niższych częstotliwościach układ synchronizacji oscyloskopu gubi sygnał - bo ten jako trójkąt wcale nie jest najlepszy jako sygnał wyzwalający gdyż jego "stromość" maleje w miarę obniżania częstotliwości.
    Nie znam tego oscyloskopu, ale na pewno są tem regulacje od synchronizacji - czułość, (poziom, próg itp), poza tym są możliwe różne rodzaje wyzwalania, polaryzacji itp.
    Gdy widzisz te "zniekształcenia" - kręć i reguluj wyzwalanie/synchronizacja czy jak to tam jest opisane.
    Wypadałoby poznać oscyloskop na którym robisz pomiary.
    W ostateczności możesz ustawić synchronizację zewnętrzną i doprowadzić sygnał do we.X albo może jest tam inne osobne we. "synchro", ale sygnał najlepiej podać tam prostokątny. Bo o ile pamiętam XR2206 ma dwa wyjścia: sin/tr i prostokąt, więc trójkąt podajesz na we.Y a prostokąt na synchronizację.
  • Poziom 9  
    Niestety nie byłem w stanie doprowadzić do synchronizacji oscyloskopu.
    Przeprowadziłem jednak eksperyment z najprostszym układem testowym z datasheetu.
    Zjechałem do 2Hz otrzymując czyste przebiegi na oscyloskopie.
    Wniosek: coś jest nie tak na płytce.
    Może być to wina kiepskich lutów np? Czego jeszcze?
  • Pomocny post
    Poziom 1  
  • Poziom 9  
    nemo07, dziękuję za fachową opinię i wskazanie wrażliwych punktów projektu.

    Mimo, iż nie poruszam się swobodnie w podanych przez Ciebie zagadnieniach, postaram się doprowadzić projekt do zadowalającej postaci.

    Zgodnie z sugestią zacznę od zasilania symetrycznego.
    Spróbuję wykorzystać do tego celu filtry pojemnościowe, kondensatory odsprzęgające (ceramiczne 100n) i parę LM317+LM337. Czy okiem praktyka wygląda to rozsądnie? Znalazłem też ciekawy artykuł o redukcji tętnień LMów: http://www.tnt-audio.com/clinica/regulators_noise2_e.html
    Od razu nasuwa mi się też następujące pytanie: jak zmierzyć tętnienie rzędu 1mVpp czy 0.1 mVpp? Jaka jest dobra praktyka?
    Czy będę w stanie zrobić to używając posiadanego starego poradzieckiego oscyloskopu?

    nemo07 napisał:
    [...]W idealnym przypadku te punkty zasilania zrodla powinny byc dobrze filtrowanie i odsprzezone od zasilania pozostalych fragmentow ukladu (t.j. od Vcc i Vee). Zasilanie emiterow T1/T2 powinno byc perfekcyjnie odfiltrowane wzgledem masy lokalnej zrodla, t.j. punktu uziemienia rezystorow R18/R20. [...]

    Mógłbyś powiedzieć coś więcej?
    Chciałbym przy okazji budowy tego urządzenia nauczyć się jak najwięcej, a wykorzystanie źródła prądowego do sterowania xr2206 jest dobrą ku temu okazją :D
    Intuicja podpowiada mi, że chodzi o odseparowanie układu źródła prądowego od reszty układu, a jego zasilanie ma być dodatkowo filtrowane kondensatorami o dużych i małych pojemnościach (podobnie jak w samym zasilaniu). Poprzez odseparowanie mam na myśli fizyczne usytuowanie układu na pcb i prowadzenie masy. Ale to są moje domysły wytworzone na podstawie płytkiej jeszcze wiedzy oraz krótkiej praktyki.

    No i na koniec. Dotknąłeś tematów współczynnika sygnału do szumu i dynamiki sygnału. Zdecydowanie muszę się podciągnąć z tych zagadnień. Czy nie posiadasz przypadkiem źródła wiedzy, który by mi to umożliwił? Książka, link... ?
    Nie czekam oczywiście na gotowe. Przyznać muszę jednak, że każdy drogowskaz będzie pomocny.
  • Pomocny post
    Poziom 1  
  • Poziom 9  
    Dziękuję za te informacje.
    Myślę, że poradzę sobie teraz z pomiarami tętnień. Bardzo jestem ciekaw efektów.
    Wiadomości o źródle prądowym natomiast przyswoję sobie przy przy udziale literatury :D
    Bardzo mi pomogłeś. Biorę się do dzieła.
  • Poziom 1  
  • Poziom 9  
    Tak jak piszesz, nowe zasilanie planuję na ±12V. Kierowałem się datasheetem xr2206. Wydaje mi się, że dysponując wyższym napięciem będę miał większą swobodę w pozostałych częściach projektu.
    Choć natrafiłem w sieci na informację, że ten xr przy wyższych wartościach zasilania wprowadza niby jakieś zakłócenia przy niższych częstotliwościach. Nie wierzę w to do końca i sprawdzę napięcie podawane, co by nie było w samej dokumentacji.

    Po pomiarach zasilania sprawdzę jak zachowuje się ono w układzie ze stałą częstotliwością. Następnie postaram się rozkminić sterowanie za pomocą źródła prądowego właśnie.
    Fajnie, że wskazujesz też inne sposoby realizowania źródła. Będę w stanie na jednym projekcie nauczyć się, i co ważniejsze porównać, zachowania różnych sposobów wykonania zadania.
  • Poziom 1  
  • Poziom 9  
    No cóż, rzeczywiście projekt z edw nie wypalił. Ale już tam.
    Zawsze to jakieś doświadczenie :|
    Dzisiaj dokupiłem do lm317 regulator lm337. Niestety mieli tylko Fairchild, a lm317 mam STMicroelectronics (w sklepie też tylko takie). Niestety dokumentacja fairchild jest dość uboga i nie mogę porównać żadnych charakterystyk. Dla spokojności jeszcze poszukam 337 od ST.
    Transformator dam TS 8/10, 2x10,5V. Po wyprostowaniu da ponad 14V, a uwzględniając spadki napięć na regulatorach (na oko) powinno być do dyspozycji 12V. Mam nadzieję, że niczego nie pominąłem w tym rozumowaniu.
    No i spróbuję pomierzyć te tętnienia.
  • Poziom 1  
  • Poziom 9  
    Zapomniałem też o spadku 1,4V na prostowniku.
    Edit: z dokumentacji odczytałem dla I=0,15A Ud = 0,9V

    Pojawił mi się problem:
    Jeśli napięcie tętnień ma być rzędu 0,1mV to korzystając ze wzoru:

    Utpp = Iwy / (2 * f * C) <=> C = Iwy / (2 * f * Utpp)
    gdzie (jak rozumiem): Iwy - prąd obciążenia 0,15A, Utpp - napięcie tętnień 1mV

    otrzymuję, że kondensator filtrujący musiałby mieć... 1,5F.
    Czy dobrze rozumuję?

    Jednocześnie pojawił mi się w głowie teoretyczno-optymistyczny koncept.
    Otóż: dokumentacja LM317 stanowi iż układ ten tłumi tętnienia max. do 80dB, a biorąc pod uwagę wykresy powiedzmy 50dB, czyli ok. 300x, tak?
    To czy można tak zrobić, że kondensator filtrujący wstępnie wygładzi tętnienia do powiedzmy 0.1V (C≈15000uF), a LM zrobi resztę?

    I drugi pomysł, a właściwie całe zagadnienie jak dla mnie, czyli dławiki tętnień. Racja to?

    Czy są inne sposoby na osiągnięcie 0.1mV tętnień?
  • Pomocny post
    Poziom 1  
  • Poziom 9  
    Spędziłem cały wieczór na obliczaniu tego kondensatora.
    Liczyłem wg wzoru co podałem, wg takiego z uwzględnieniem rezystancji wewnętrznej transformatora (która nomen omen wyszła mi na poziomie 0,84R) i wg Twojej zależności.
    Zestawiłem sobie to w arkuszu kalkulacyjnym i doszedłem do wniosku, że skoro LMy tłumią z siłą 80dB to zakładając tętnienia na poziomie 0,5Vpp za kondensatorem, regulatory zmniejszą je do 0,05mVpp.
    Wtedy kondensatory mogłyby mieć wartość 2200uF (1500uF z podanej przez Ciebie zależności). Nie będę ukrywał, że jest mi na rękę taka wartość, gdyż akurat posiadam dwie sztuki :D
    Szukałem też tych niskoszumnych regulatorów, LT317 i LT337, ale nie dokopałem się do żadnego sklepu, który ma je w ofercie.
    Jutro pomyślę nad układem do pomiaru tych wartości wg wskazówek, które podałeś wyżej.

    Opracowałem schemat zasilania. Właściwie te chyba nie ma tu nic szczególnego. Wklejam go jednak do konsultacji. Sugerowałem się powyższymi rozważaniami, obliczeniami i oczywiście datasheetami.
    Generator funkcji na xr2206 i zakłócenia przy niskich częstotliwościach

    Dzisiaj opracuję i prześlę PCB.
  • Poziom 1  
  • Poziom 9  
    nemo07 napisał:
    Moje wyprowadzenie zakladalo idealny kondensator filtru (ESR = 0 Ω). Realne wartosci ESR dla kondensatora elektrolitycznego moga lezec w zakresie kilku mΩ do ulamka Ω, zaleznie od typu i producenta. Jezeli zalozymy ESR = 0.1 Ω oraz pik pradu ladujacego rzedu 1 A, otrzymamy "szpilki" napiecia nalozone na teoretyczny model (idealnego kondensatora).
    Taka szpilka pradu generuje tez szpilke 1 mV na odcinku Cu o rezystancji 1 mΩ. Dlatego w zasilaczach niskoszumnych layout PCB jest krytyczny.

    W końcu pojmuję o co chodzi z tą zależnością i czym w praktyce się objawia :D
    Jako, że będę musiał zamówić kilka elementów (w tym rezystory metalizowane) mogę zamówić też cztery kondensatory elektrolityczne 4700uF/25V LowESR (po dwa równolegle). Teoretycznie mają mieć impedancję na poziomie 0.07R. W takim układzie oczekiwane tętnienia mają być na poziomie 0,12Vpp za kondensatorem, a 0,01mVpp za regulatorem.

    nemo07 napisał:
    ...Zwroc uwage, ze ch-ka Ripple Rejection v Frequency dla regulatora liniowego opada typowo poczynajac od kilkuset Hz wzwyz (podobnie maja sie ch-ki Power Supply Rejection v Freq. wzmacniaczy operacyjnych).
    Dlatego istotne jest blokowanie zaklocen wyzszych czestotliwosci przed regulatorem, w tym, poprzez filtracje LC po stronie wejscia sieciowego.

    Tutaj muszę przyznać, że nie do końca rozumiem te wykresy, a konkretnie nie wiem jak interpretować oś odciętych.
    Czy jest to:
    a) częstotliwość zmian napięcia wejściowego? Jeśli tak, to rozumiem, że są to tętnienia sieci, za prostownikiem dwupołówkowym = 100Hz.
    b) częstotliwość związania z obciążeniem regulatora (mam na myśli częstotliwości generowanych przebiegów)?
    c) i jedno i drugie
    Wiem, że te pytania mogą brzmieć strasznie. Nie zadawałbym ich gdybym znał źródło wiedzy jak czytać dokumentacje. To jest jeden z moich największych problemów w nauce. I nie chodzi tu o język, tylko interpretacje danych.
    Wracając do tematu i filtrów LC przed regulatorem. Czy gdybym dał dławik 1,5mH i 2x4700uF w układzie filtru dolnoprzepustowego:
    Generator funkcji na xr2206 i zakłócenia przy niskich częstotliwościach
    to nie wytłumiłbym dodatkowo tych tętnień? Porachowałem ze wzoru częstotliwość rezonansową:
    f = 1/[(3,14*√(LC)] => f = 85Hz
    Czyli jak rozumiem częstotliwości ponad 85Hz będą tłumione. Czy taka indukcyjność, poza spadkiem napięcia na dodatkowej impedancji, wprowadzi jeszcze coś niepożądanego?

    nemo07 napisał:
    ...W masowej produkcji niskoszumnych/precyzyjnych IC's wioda Analog Devices, Burr-Brown (obecnie Texas Instruments), Linear Technology. Oferuja one online obszerne materialy: white papers, app. notes, app. reports, etc.
    Polecam.

    Na pewno się przyjrzę.

    nemo07 napisał:
    ...W odroznieniu od standardowych, dla typow low noise podawane sa szumy zwykle w zakresie od 10 Hz wzwyz i to ma wystarczyc. Wystarcza dla zastosowan audio. Nie wystarcza dla zastosowan precyzyjnych.
    Kiedy nie sa podawane szumy w bardziej interesujacym zakresie: 0.1 (0.01) ... 10 Hz, mozna spokojnie zalozyc, ze sa one wysokie lub bardzo wysokie (w przeciwnym razie producent nie omieszkalby ich obszernie kontemplowac na pierwszych stronach swojego data sheet).

    Tutaj znowu mam ten sam co wyżej problem z osadzeniem się w kontekście częstotliwości. Co mówi mi wykres Ripple Rejection vs Fequency dokładnie? Czym jest dla regulatora ta częstotliwość?
    (boję się, że jak to przeczytasz to odechce Ci się pisania :D )

    nemo07 napisał:
    ...Przy wysokich wymaganiach w tym wzgledzie zwykle sa konstruowane uklady na bazie specjalnie wybranych niskoszumnych elementow, gdyz innej alternatywy praktycznie nie ma.
    Faktycznym killerem w tym wzgledzie sa szumy 1/f. Ich filtracja bywa niepraktyczna, stad trend do stosowania ukladow "chopped" lub "chopper stabilized" ("Zero-Drift Op Amp").

    Myślę, że do tego dojdę. Przekartkowałem sobie z ciekawości awansem rozdział o niskoszumnych zasilaczach w Sztuce elektroniki. Jednak muszę iść małymi kroczkami.

    nemo07 napisał:
    ...nie zaluj miedzi.

    Dzięki wiadomościom na początku posta, wiem dlaczego.
    Ponownie, dziękuję za moc cennych informacji.
  • Poziom 1  
  • Poziom 9  
    nemo07 napisał:
    No, to juz prawdziwa rozpusta. Niemniej, o ile rdzen dlawika nie nasyci sie skladowa DC, daje on szerokopasmowe tlumienie, jesli dolozysz ceramiczne dyski.

    Ale rozpusta w jakim sensie? Za duża indukcyjność?
    Jak dobrać zatem wartości LC w takiej sytuacji?

    Dzięki za temat filtrów EMI. Widzę, że jest cała mnogość takich filtrów, że o ich różnych wartościach nie wspomnę. Są na AC, DC, bez połączeń galwanicznych (nawet takie mam po demontażu drukarek).
    Muszę poszukać informacji jak dobrać taki filtr
  • Poziom 1  
  • Poziom 9  
    Zmontowałem na płytce stykowej jedną "połówkę" zasilacza i pomierzyłem.
    Na razie, nie zakupiłem jeszcze wszystkich brakujących części, więc układ zbudowałem z użyciem kondensatora 2200uF i R1 węglowym 220R.
    Wyodrębniłem w tej konfiguracji trzy rodzaje zakłóceń.
    Zakłócenia:
    1. w przybliżeniu o stałej ilości cykli, powtarzające się z częstotliwością ok 62kHz o Upp≈0,01Vpp,
    2. powyższe "porcje" tętniące z częstotliwością ok 1,6MHz,
    3. nieuchwytne przez mój oscyloskop śmieci, które wyglądają jak szum, a co za tym idzie mogą być wspomnianymi wcześniej szumami 1/f.
    Spodziewałem się wartości 100x mniejszych.
    Zatem albo źle rachowałem, albo źle interpretuję pomiary, albo LM317 nie stłumił tętnień z siłą 80dB tylko 20dB.

    Opracowałem też mozaikę ścieżek pcb.
    Generator funkcji na xr2206 i zakłócenia przy niskich częstotliwościach
    Podczas pracy starałem się:
    - dać dużo miedzi na masę,
    - nie zapętlić masy,
    - zostawić nieco miejsca na ew. radiatory dla regulatorów
    - ustawić wszystkie kondensatory tym samym biegunem w tą samą stroną,
    - zachować, w miarę możliwości, symetrię.
    Czy wygląda to sensownie?
  • Poziom 1  
  • Poziom 9  
    Coraz więcej staje się jasne.
    Muszę kupić filtr EMI sprawdzić jak wpłynie na jakość sygnału wyjściowego.
    Pomyślałem jeszcze czy korzystnie nie wpłynąłby metalowy ekran płytki połączony z masą w okolicach wyjścia GND?
  • Poziom 9  
    Zmontowałem dzisiaj (testowo, na płytce stykowej) cały układ zasilania + układ generatora sinusa.
    Efekt jitter jak się patrzy. Przebieg wariuje. Ciekawe jest to, że gdy odłączam się od sieci i przez krótką chwilę układ pracuje na kondensatorach wszystko nagle się klaruje.
    Podobnie jest gdy układ zasilam tylko z + i gnd. Gdy daję symetryczne zasilanie objawia się jitter.