H
Holger Schieferdecker
Guest
Hallo,
nun habe ich mich auch mal mit einer Rauschanalyse bei LTspice
beschäftigt. Da würde ich gerne wissen, wie gut man dem vertrauen kann
(z.B. den Modellen), oder wo evtl. Effekte reinspielen, die nicht mit
simuliert werden.
Das Projekt, um das es geht, ist folgendes: Der Ausgang eines Reglers
hat ein nominelles Rauschen von 20 µV_RMS (18 kHz Bandbreite, DAC mit 21
Bit, Amplitude +-6,5 V). Das Signal wird durch 20 geteilt und dazu ein
Offset zwischen +-8 V addiert. Das finale Signal ist also im
wesentlichen die Offsetspannung mit dem aufmodulierten Regelsignal mit
einer Amplitude von ca. 3,25 V. Dieses geht zu einem HV-Verstärker mit
Verstärkung 20. Auf der HV-Seite soll dann eine Spannung (an einem
Piezo) anliegen, die dem verstärkten Offset entspricht und wieder um ca.
+-6,5 V moduliert werden kann. Am Eingang des HV-Verstärkers ist ein
Widerstand von 1 kOhm gegen GND.
Der HV-Verstärker hat ein angegebenes Eigenrauschen von 50 µV_RMS.
Vorgabe war, daà das Rauschen des Eingangssignals nach Verstärkung von
20 nicht höher ist als das Eigenrauschen. LTspice sagt mir, daà ich je
nach Offset schlimmstenfalls bei 2,5 µV_RMS liege (0,1 Hz bis 50 kHz
integriert). Nachdem effektiv sowieso nur 20 kHz benötigt werden, sollte
das eigentlich passen.
Der Schaltplan von LTspice ist unten.
Der Offset wird mit einem 10-Gang-Poti eingestellt. Das habe ich durch
zwei per Parameter veränderbare Widerstände simuliert. Oben und unten
ist jeweils ein Vorwiderstand und dann eine driftarme Spannung von +10 V
bzw. -10 V. Die ist mittels einer LT1021-10 Referenzspannungsquelle erzeugt.
Die Frage ist, was das Poti selbst für einen Einfluà auf das Rauschen
hat. Damit kenne ich mich nicht aus.
Die Ausgangsstufe ist parallel ausgeführt, das reduziert das Rauschen
etwas, und die Verstärker müssen jeder nicht so viel Strom liefern. Ich
weiÃ, daà wegen der parallelen 100 Ohm der effektive Gain im
HV-Verstärker dann nur noch 19 statt 20 ist, aber das ist ok.
Was habe ich evtl. sonst noch übersehen?
Wäre ein Testaufbau auf Lochraster überhaupt sinnvoll? Letztendlich soll
eine geätzte Leiterplatte zum Einsatz kommen (2-lagig).
Sind bedrahtete Bauteile schädlich? Die LT1021 ist auf den ersten Blick
nur im DIP-Gehäuse gut verfügbar, die OP27 habe ich als DIP schon hier.
Danke für euer Mitdenken,
Holger
Version 4
SHEET 1 880 772
WIRE -544 -48 -656 -48
WIRE 80 0 16 0
WIRE 176 0 160 0
WIRE -608 48 -608 32
WIRE -1152 64 -1264 64
WIRE -656 64 -656 -48
WIRE -640 64 -656 64
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WIRE -544 80 -576 80
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WIRE 80 160 -16 160
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SYMBOL voltage -832 256 R0
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WINDOW 39 0 0 Left 0
SYMATTR Value2 AC 6
SYMATTR InstName V3
SYMATTR Value SINE(0 6.5 10k)
SYMBOL Opamps\\\\OP27 -608 16 R0
SYMATTR InstName U2
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SYMATTR InstName R2
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SYMATTR InstName R3
SYMATTR Value 100
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SYMATTR InstName E1
SYMATTR Value 150
SYMBOL Misc\\\\EuropeanResistor -992 128 R0
SYMATTR InstName R4
SYMATTR Value 60.343
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SYMATTR InstName V5
SYMATTR Value 15
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WINDOW 39 0 0 Left 0
SYMATTR InstName V6
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SYMATTR InstName R11
SYMATTR Value {Rt}
SYMBOL Opamps\\\\OP27 -1216 128 R0
SYMATTR InstName U3
SYMBOL Opamps\\\\OP27 112 80 R0
SYMATTR InstName U1
SYMBOL Misc\\\\EuropeanResistor 176 -16 R90
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SYMATTR InstName R1
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SYMATTR InstName R14
SYMATTR Value 1k
SYMBOL Misc\\\\EuropeanResistor -80 176 R90
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SYMATTR InstName R15
SYMATTR Value {Rsum}
SYMBOL Misc\\\\EuropeanResistor -80 320 R90
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SYMATTR InstName R16
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SYMATTR InstName C2
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SYMBOL cap -1504 320 R0
SYMATTR InstName C3
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SYMATTR InstName R13
SYMATTR Value {Rfg}
SYMBOL Opamps\\\\OP27 -304 128 R0
SYMATTR InstName U4
SYMBOL Opamps\\\\OP27 112 416 R0
SYMATTR InstName U5
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SYMATTR InstName R5
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SYMBOL Misc\\\\EuropeanResistor 0 512 R0
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WINDOW 3 27 56 VTop 2
SYMATTR InstName R17
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SYMBOL Misc\\\\EuropeanResistor 304 464 R90
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SYMATTR InstName R18
SYMATTR Value {Rmix}
SYMBOL References\\\\LT1021-10 -2448 400 R0
SYMATTR InstName U6
SYMBOL Misc\\\\EuropeanResistor -2224 336 R90
WINDOW 0 5 56 VBottom 2
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SYMATTR InstName R6
SYMATTR Value 36k
SYMBOL Misc\\\\EuropeanResistor -2112 336 R90
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WINDOW 3 27 56 VTop 2
SYMATTR InstName R9
SYMATTR Value 36k
SYMBOL Opamps\\\\OP27 -2016 272 R0
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SYMATTR InstName C4
SYMATTR Value 1µ
SYMBOL cap -2240 240 R0
SYMATTR InstName C5
SYMATTR Value 1µ
SYMBOL Opamps\\\\OP27 -1776 496 R0
SYMATTR InstName U8
SYMBOL Misc\\\\EuropeanResistor -1824 528 R90
WINDOW 0 5 56 VBottom 2
WINDOW 3 27 56 VTop 2
SYMATTR InstName R19
SYMATTR Value 4k7
SYMBOL Misc\\\\EuropeanResistor -1712 384 R90
WINDOW 0 5 56 VBottom 2
WINDOW 3 27 56 VTop 2
SYMATTR InstName R20
SYMATTR Value 4k7
TEXT -768 552 Left 2 ;.tran 0 1m
TEXT -464 552 Left 2 !.noise V(Out) V3 dec 100 0.1 50k
TEXT -464 520 Left 2 !.meas NOISE ono INTEG V(onoise)
TEXT -1816 64 Left 2 !.param R=100
TEXT -1816 96 Left 2 !.param R2=5000-{R}
TEXT -1816 136 Left 2 !.step param R 1 4900 800
TEXT -1816 32 Left 2 !.param Rt=390
TEXT -768 520 Left 2 ;.ac dec 20 1 10Meg
TEXT -464 408 Left 2 !.param Rsum=470
TEXT 216 -24 Left 2 !.param Rfg=470
TEXT -464 440 Left 2 ;.step param Rsum 300 700 100
TEXT -1280 488 Left 2 !.param Cflt=4.7u
TEXT -1280 520 Left 2 ;.step param Cflt 10u 100u 10u
TEXT 216 32 Left 2 !.param Rmix=100
TEXT -968 -88 Left 3 ;PID Output
TEXT -624 -88 Left 3 ;Scale 1/20
TEXT -1464 -88 Left 3 ;Offset Generation
TEXT -2208 -88 Left 3 ;Stable Voltage for Offset
TEXT -8 -120 Left 3 ;Add Offset to Signal\\nOutput Buffer with effective
Gain 1
nun habe ich mich auch mal mit einer Rauschanalyse bei LTspice
beschäftigt. Da würde ich gerne wissen, wie gut man dem vertrauen kann
(z.B. den Modellen), oder wo evtl. Effekte reinspielen, die nicht mit
simuliert werden.
Das Projekt, um das es geht, ist folgendes: Der Ausgang eines Reglers
hat ein nominelles Rauschen von 20 µV_RMS (18 kHz Bandbreite, DAC mit 21
Bit, Amplitude +-6,5 V). Das Signal wird durch 20 geteilt und dazu ein
Offset zwischen +-8 V addiert. Das finale Signal ist also im
wesentlichen die Offsetspannung mit dem aufmodulierten Regelsignal mit
einer Amplitude von ca. 3,25 V. Dieses geht zu einem HV-Verstärker mit
Verstärkung 20. Auf der HV-Seite soll dann eine Spannung (an einem
Piezo) anliegen, die dem verstärkten Offset entspricht und wieder um ca.
+-6,5 V moduliert werden kann. Am Eingang des HV-Verstärkers ist ein
Widerstand von 1 kOhm gegen GND.
Der HV-Verstärker hat ein angegebenes Eigenrauschen von 50 µV_RMS.
Vorgabe war, daà das Rauschen des Eingangssignals nach Verstärkung von
20 nicht höher ist als das Eigenrauschen. LTspice sagt mir, daà ich je
nach Offset schlimmstenfalls bei 2,5 µV_RMS liege (0,1 Hz bis 50 kHz
integriert). Nachdem effektiv sowieso nur 20 kHz benötigt werden, sollte
das eigentlich passen.
Der Schaltplan von LTspice ist unten.
Der Offset wird mit einem 10-Gang-Poti eingestellt. Das habe ich durch
zwei per Parameter veränderbare Widerstände simuliert. Oben und unten
ist jeweils ein Vorwiderstand und dann eine driftarme Spannung von +10 V
bzw. -10 V. Die ist mittels einer LT1021-10 Referenzspannungsquelle erzeugt.
Die Frage ist, was das Poti selbst für einen Einfluà auf das Rauschen
hat. Damit kenne ich mich nicht aus.
Die Ausgangsstufe ist parallel ausgeführt, das reduziert das Rauschen
etwas, und die Verstärker müssen jeder nicht so viel Strom liefern. Ich
weiÃ, daà wegen der parallelen 100 Ohm der effektive Gain im
HV-Verstärker dann nur noch 19 statt 20 ist, aber das ist ok.
Was habe ich evtl. sonst noch übersehen?
Wäre ein Testaufbau auf Lochraster überhaupt sinnvoll? Letztendlich soll
eine geätzte Leiterplatte zum Einsatz kommen (2-lagig).
Sind bedrahtete Bauteile schädlich? Die LT1021 ist auf den ersten Blick
nur im DIP-Gehäuse gut verfügbar, die OP27 habe ich als DIP schon hier.
Danke für euer Mitdenken,
Holger
Version 4
SHEET 1 880 772
WIRE -544 -48 -656 -48
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