Sallen-Key-Filter mit Switch DG 409 für 4 Frequenze n...

[UB]

Hallo.

Ist ja viel geschrieben worden aber wie versprochen das Ergebnis.
Es ging um einen Filter der variabel ist und Störungen etwas filtert.
Kurz gesagt es lag ganz woanders. Ein Kollege gab mir ein Gerät wo
der Filter angehängt werden soll. Das Signal wird am Gerät durch-
geschleift wie er sagte.
Na ja, wenns nur so gewesen wäre. Es sind die kleinen Dinge die
einem das Leben ver..süssen...
Nachdem ich keinen Meter weiterkam - gesagt - getan - das Gerät
aufgemacht und siehe da... nichts durchgeschleift - sondern da war
schon ein TP-Filter 1.Ord. der als Grenzfrequenz ~1kHz hatte. Das
erklärt jetzt warum 30 Hz und 300Hz durchkamen und bei 1kHz allerdings
schon schlecht und 3kHz noch schlechter durchkamen. Filter raus - und
siehe da...works-as-designed...
Ach ja, der DG409 ist gar nicht so schlecht. Wenn man im Hinter-
kopf behält dass er im durchgeschalteten Zustand ca. 100 Ohm hat
und das berücksichtigt ist das Ergebnis gar nicht mal so schlecht.
Hiermit alles im grünen....
Danke an alle die mich hier unterstützt haben.

Gruß Uli

 

[Helmut Schellong]

On 08/09/2020 01:20, UB wrote:
[...]

Nachdem ich keinen Meter weiterkam - gesagt - getan - das Gerät
aufgemacht und siehe da... nichts durchgeschleift - sondern da war
schon ein TP-Filter 1.Ord. der als Grenzfrequenz ~1kHz hatte. Das
erklärt jetzt warum 30 Hz und 300Hz durchkamen und bei 1kHz allerdings
schon schlecht und 3kHz noch schlechter durchkamen. Filter raus - und
siehe da...works-as-designed...
Ach ja, der DG409 ist gar nicht so schlecht. Wenn man im Hinter-
kopf behält dass er im durchgeschalteten Zustand ca. 100 Ohm hat
und das berücksichtigt ist das Ergebnis gar nicht mal so schlecht.
..

Das erklärt auch, warum es zuvor keine überzeugende Lösung gab.

DG409 würde ich im Audio-Bereich allerdings nicht verwenden.
Wegen der starken Verzerrungen an 100 Ohm.


--
Mit freundlichen Grüßen
Helmut Schellong var@schellong.biz
www.schellong.de www.schellong.com www.schellong.biz
http://www.schellong.de/c.htm
http://www.schellong.de/htm/audio_proj.htm
http://www.schellong.de/htm/audio_unsinn.htm

 

[Leo Baumann]

Am 09.08.2020 um 11:59 schrieb Helmut Schellong:

G409 würde ich im Audio-Bereich allerdings nicht verwenden.
Wegen der starken Verzerrungen an 100 Ohm.

Jetzt spinnt er wieder \"Verzerrungen an 100 Ohm\" ...

 

[Dieter Michel]

Hallo Leo,

>> G409 würde ich im Audio-Bereich allerdings nicht verwenden. >> Wegen der starken Verzerrungen an 100 Ohm. > Jetzt spinnt er wieder
\"Verzerrungen an 100 Ohm\" ...
beim schnellen Suchen nach Datenblättern finde ich in den
Spezifiaktionen direkte Angaben für Verzerrungswerte eher
selten mal - außer vielleicht mal ein pauschales \"low distortion\"
in einer Featureliste.

Es gibt allerdings Grafiken zur Abhängigkeit des R_on von
der Signalamplitude. Je nach Beschaltung kann das natürlich
zu Verzerrungen führen, wenn die nachfolgende Schaltung
z.B. so niederohmig ist, dass die Variation von R_on sich
nennenswert (also im Rahmen dessen, was man für niedrige
THD zu akzeptieren bereit ist) signalabhängig ändert.
Für niedrige THD bräuchte man also einen flachen R_on-Verlauf
bzw. eine entsprechende Beschaltung des Schalterausgangs.

Was ich z.B. gefunden habe, ist eine Application Note
von Maxim, in der es u.a. auch um Verzerrung geht:

<https://www.maximintegrated.com/en/design/technical-documents/app-notes/5/5299.html>

Die dort gezeigten Beispiele beziehen sich natürlich auf
Maxim-Produkte. Ausdrücklich als Beispiel genannt ist da
etwa der MAX4992, der laut Datenblatt für Audio Signal Routing
und mit einem THD+N von 0.004% spezifiziert ist:

<https://www.maximintegrated.com/en/products/analog/analog-switches-multiplexers/MAX4992.html>

Das ist jetzt nur ein bisschen Datenblattrecherche.
Ich habe früher zwar auch mal Analogschalter eingesetzt,
aber nicht für Audiozwecke, so dass ich da keine Erfahrungen
als Entwickler habe.

Viele Grüße

Dieter

 

[Leo Baumann]

Am 09.08.2020 um 15:04 schrieb Dieter Michel:

Hallo Leo,

beim schnellen Suchen nach Datenblättern finde ich in den
Spezifiaktionen direkte Angaben für Verzerrungswerte eher
selten mal - außer vielleicht mal ein pauschales \"low distortion\"
in einer Featureliste.

Es gibt allerdings Grafiken zur Abhängigkeit des R_on von
der Signalamplitude. Je nach Beschaltung kann das natürlich
zu Verzerrungen führen, wenn die nachfolgende Schaltung
z.B. so niederohmig ist, dass die Variation von R_on sich
nennenswert (also im Rahmen dessen, was man für niedrige
THD zu akzeptieren bereit ist) signalabhängig ändert.
Für niedrige THD bräuchte man also einen flachen R_on-Verlauf
bzw. eine entsprechende Beschaltung des Schalterausgangs.

Was ich z.B. gefunden habe, ist eine Application Note
von Maxim, in der es u.a. auch um Verzerrung geht:

https://www.maximintegrated.com/en/design/technical-documents/app-notes/5/5299.html


Die dort gezeigten Beispiele beziehen sich natürlich auf
Maxim-Produkte. Ausdrücklich als Beispiel genannt ist da
etwa der MAX4992, der laut Datenblatt für Audio Signal Routing
und mit einem THD+N von 0.004% spezifiziert ist:

https://www.maximintegrated.com/en/products/analog/analog-switches-multiplexers/MAX4992.html


Das ist jetzt nur ein bisschen Datenblattrecherche.
Ich habe früher zwar auch mal Analogschalter eingesetzt,
aber nicht für Audiozwecke, so dass ich da keine Erfahrungen
als Entwickler habe.

Verzerrungen entstehen im Analogschalter durch eine gekrümmte
U-I-Kennlinen zwischen Source u. Drain - das hat mit dem Ron als Ursache
nichts zu tun. Natürlich hat der Strom durch den Schalter einen Einfluß.

 

[Helmut Schellong]

On 08/09/2020 15:04, Dieter Michel wrote:

Hallo Leo,

G409 würde ich im Audio-Bereich allerdings nicht verwenden. >> Wegen der
starken Verzerrungen an 100 Ohm. > Jetzt spinnt er wieder
\"Verzerrungen an 100 Ohm\" ...
beim schnellen Suchen nach Datenblättern finde ich in den
Spezifiaktionen direkte Angaben für Verzerrungswerte eher
selten mal - außer vielleicht mal ein pauschales \"low distortion\"
in einer Featureliste.

Es gibt allerdings Grafiken zur Abhängigkeit des R_on von
der Signalamplitude. Je nach Beschaltung kann das natürlich
zu Verzerrungen führen, wenn die nachfolgende Schaltung
z.B. so niederohmig ist, dass die Variation von R_on sich
nennenswert (also im Rahmen dessen, was man für niedrige
THD zu akzeptieren bereit ist) signalabhängig ändert.
Für niedrige THD bräuchte man also einen flachen R_on-Verlauf
bzw. eine entsprechende Beschaltung des Schalterausgangs.

Das wurde im Thread auch in
07/31/2020 20:05 und 08/01/2020 07:10
abgehandelt.

Abhängig sind Verzerrungen natürlich von den Werten
der angrenzenden Widerstände.
Wenn 220k vom DG409 geschaltet wird, ist meist nur
mit vernachlässigbaren Verzerrungen zu rechnen.

Die CDC1006 und CDC1014 sind wesentlich besser.


--
Mit freundlichen Grüßen
Helmut Schellong var@schellong.biz
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http://www.schellong.de/c.htm
http://www.schellong.de/htm/audio_proj.htm
http://www.schellong.de/htm/audio_unsinn.htm

 

[Marcel Mueller]

Am 09.08.20 um 01:20 schrieb UB:

Ach ja, der DG409 ist gar nicht so schlecht. Wenn man im Hinter-
kopf behält dass er im durchgeschalteten Zustand ca. 100 Ohm hat
und das berücksichtigt ist das Ergebnis gar nicht mal so schlecht.
Hiermit alles im grünen....

Man kann mit den Analogschalter sehr präzise Audio schalten, wenn man
nur virtuelle Masse schaltet. Also einfach verschiedene Filternetzwerke
umschalten.

Da stören dann nur noch die Parasitärkapazitäten zu den abgeschalteten
Netzwerken. Aber die bekommt man auch noch weg, indem man die ungenutzen
Filternetzwerke mit einem zweiten Schalter gegen echte Masse
kurzschließt. Da man dann nur noch Umschalter braucht bieten sich die
billigen, räudigen 4053 als Schalter an, die diese Aufgabe mühelos
erledigen, wenn man das Substrat auf U- legt.

+--------+
| |
in ---| Filter |-----------*--- out
| | |
+--------+ |
| |
| |
+------+ |
| | |\\ |
GND ---| 4053 |------|-\\ |
| | | >--+
+------+ +--|+/
| |/
GND

Das ganze braucht je Filter einen Umschalter. Bei dem sind aber sowohl
RDSon als auch Kapazität weitgehend egal.
Dazu braucht man natürlich invertierende Multiple-Feeback-Filter.

Auf Sallen-Key lässt sich das Verfahren in Grenzen auch übertragen,
allerdings muss man dann gegen den Ausgang kurzschließen. Damit bleiben
zumindest die Parasitärkapazitäten der Analogschalter gegen Masse übrig.


Marcel

 

[Dieter Michel]

Hallo Leo,

Verzerrungen entstehen im Analogschalter durch eine gekrümmte
U-I-Kennlinen zwischen Source u. Drain - das hat mit dem Ron
als Ursache nichts zu tun.

hm, die Steigung der U-I-Kennlinie sollte doch eigentlich
der R_on bei der jeweiligen Amplitude sein, oder seh ich
das jetzt so auf die Schnelle falsch?

Ich hab den Bezug auf das Verzerrungsverhalten jetzt auch
vor allem aus der genannte Application Note (Abschnitt über
Verzerrungen) bzw. der Tatsache geschlossen, dass z.B. im
Datenblatt für den DG409 eigentlich kaum etwas Verzerrungs-
bezogenes zu finden war, und mir die R_on Kennlinie als
einzige im Datenblatt als plausibler Kandidat vorkam.

Auf der anderen Seite nennen verschiedene Websites den DG409
als besonders für Audio-Anwendungen geeignet (zum Beispiel
<https://www.primare.net/wp-content/uploads/2017/06/PRE30-Tech-paper.pdf>),
liefern aber eigentlich keine richtigen Verweise
auf belastbare Quellen.
Viele Grüße

Dieter

 

[Leo Baumann]

Am 09.08.2020 um 20:47 schrieb Dieter Michel:

hm, die Steigung der U-I-Kennlinie sollte doch eigentlich
der R_on bei der jeweiligen Amplitude sein, oder seh ich
das jetzt so auf die Schnelle falsch?

Aber bei einem Analogschalter ist da ein MOSFET drin und die
U-I-Kennlinie von Source nach Dain ist nicht linear wie bei einem
Widerstand, dummerweise.

 

[Dieter Michel]

Hallo Leo,

hm, die Steigung der U-I-Kennlinie sollte doch eigentlich >> der R_on bei der jeweiligen Amplitude sein, oder seh ich
das jetzt so auf die Schnelle falsch?

Aber bei einem Analogschalter ist da ein MOSFET drin und die
U-I-Kennlinie von Source nach Dain ist nicht linear wie bei einem
Widerstand, dummerweise.

ja, das ist klar. Aber wenn die U-I-Kennlinie nicht
linear ist, heißt das doch, dass R_on signalabhängig ist

In der Application Note von Maxim heißt es im Abschnitt
zu Verzerrungen:
\"A changing signal level can modulate the RON, causing
a variation in the insertion loss of the switch.\"

Das sollte doch eigentlich der Effekt sein, oder habe
ich da ein Brett vorm Kopf?

Viele Grüße

Dieter

 

[Leo Baumann]

Am 10.08.2020 um 00:10 schrieb Dieter Michel:

ja, das ist klar. Aber wenn die U-I-Kennlinie nicht
linear ist, heißt das doch, dass R_on signalabhängig ist

In der Application Note von Maxim heißt es im Abschnitt
zu Verzerrungen:
\"A changing signal level can modulate the RON, causing
a variation in the insertion loss of the switch.\"

Das sollte doch eigentlich der Effekt sein, oder habe
ich da ein Brett vorm Kopf?

Ja, wenn Du so willst, obwohl \"modulate\" in diesem Zusammenhang nicht
richtig ist. Es ist keine Modulation es ist klirren.

 

[Sebastian Wolf]

Am 10.08.2020 um 02:11 schrieb Leo Baumann:

Am 10.08.2020 um 00:10 schrieb Dieter Michel:
ja, das ist klar. Aber wenn die U-I-Kennlinie nicht
linear ist, heißt das doch, dass R_on signalabhängig ist

In der Application Note von Maxim heißt es im Abschnitt
zu Verzerrungen:
\"A changing signal level can modulate the RON, causing
a variation in the insertion loss of the switch.\"

Das sollte doch eigentlich der Effekt sein, oder habe
ich da ein Brett vorm Kopf?

Ja, wenn Du so willst, obwohl \"modulate\" in diesem Zusammenhang nicht
richtig ist. Es ist keine Modulation es ist klirren.

Mach einfach deine Übungsaufgaben, und nimm deine Medikamente.

 

[Leo Baumann]

Am 10.08.2020 um 06:31 schrieb Sebastian Wolf:

Am 10.08.2020 um 02:11 schrieb Leo Baumann:
Am 10.08.2020 um 00:10 schrieb Dieter Michel:
ja, das ist klar. Aber wenn die U-I-Kennlinie nicht
linear ist, heißt das doch, dass R_on signalabhängig ist

In der Application Note von Maxim heißt es im Abschnitt
zu Verzerrungen:
\"A changing signal level can modulate the RON, causing
a variation in the insertion loss of the switch.\"

Das sollte doch eigentlich der Effekt sein, oder habe
ich da ein Brett vorm Kopf?

Ja, wenn Du so willst, obwohl \"modulate\" in diesem Zusammenhang nicht
richtig ist. Es ist keine Modulation es ist klirren.

Mach einfach deine Übungsaufgaben, und nimm deine Medikamente.

Geh\' weg Du Hirni, der Analogschalter klirrt, also nehm\' ich den nicht
zum Messen und für Lala.

 

[Sebastian Wolf]

Am 10.08.2020 um 09:14 schrieb Leo Baumann:

Am 10.08.2020 um 06:31 schrieb Sebastian Wolf:
Am 10.08.2020 um 02:11 schrieb Leo Baumann:
Am 10.08.2020 um 00:10 schrieb Dieter Michel:
ja, das ist klar. Aber wenn die U-I-Kennlinie nicht
linear ist, heißt das doch, dass R_on signalabhängig ist

In der Application Note von Maxim heißt es im Abschnitt
zu Verzerrungen:
\"A changing signal level can modulate the RON, causing
a variation in the insertion loss of the switch.\"

Das sollte doch eigentlich der Effekt sein, oder habe
ich da ein Brett vorm Kopf?

Ja, wenn Du so willst, obwohl \"modulate\" in diesem Zusammenhang nicht
richtig ist. Es ist keine Modulation es ist klirren.

Mach einfach deine Übungsaufgaben, und nimm deine Medikamente.

Geh\' weg Du Hirni, der Analogschalter klirrt, also nehm\' ich den nicht
zum Messen und für Lala.

Du nimmst den sowieso nur theoretisch...

 

[Dieter Michel]

Hallo Leo,

ja, das ist klar. Aber wenn die U-I-Kennlinie nicht
linear ist, heißt das doch, dass R_on signalabhängig ist
In der Application Note von Maxim heißt es im Abschnitt >> zu Verzerrungen:>> \"A changing signal level can modulate the RON,
causing>> a variation in the insertion loss of the switch.\"
Ja, wenn Du so willst, obwohl \"modulate\" in diesem Zusammenhang nicht > richtig ist. Es ist keine Modulation es ist klirren.

was da gemeint ist, wenn ich es richtig verstehe, ist,
dass R_on abhängig ist vom (Nutz-)Signal, also umgekehrt
betrachtet, dass das Signal den Wert von R_on moduliert.

Und R_on ist i.d.R. in irgendeiner Form - abhängig von
der Beschaltung des Schalterausgangs - Teil eines Spannungs-
teilers, der die Ausgangsspannung der ganzen Geschichte
beeinflusst. Dadurch kommt das Nutzsignal sowohl als
Eingangssignal der Schaltung vor, als auch nochmal in der
Formel für das Teilerverhältnis des besagten Spannungsteilers.
Wenn man das alles ausmultipliziert, gibt es auch mindestens
Terme, in denen das Eingangssignal quadriert, also nichtlinear
verarbeitet wird, und das bringt u.a. die Verzerrungen.

Ich habe hier eine Version der Application Note 5299 von
Maxim in der Version von 2013 (zu finden unter
https://archive.eetasia.com/www.eetasia.com/STATIC/PDF/201302/EEOL_2013FEB26_AMP_AN_01.pdf?SOURCES=DOWNLOAD>)

in der u.a. die THDmax über die R_on Flatness berechnet wird
(Seite 4, Gleichung 2b). Der dort u.a. genannte MAX4855 ist
als Audio Switch spezifiziert und hat laut Spec ein R_on von
0,75 Ohm und eine R_on-Flatness von 0,18 Ohm.

Nach der Überschlagsformel aus der App Note wäre bei einer
Ausgangsbelastung von 600 Ohm z.B. ein max. THD von
0,18/600 = 0,03% zu erwarten. Im Datenblatt liegt der Wert
eher bei 0,017% - für eine 600Ohm Last aber eigentlich
gar nicht so schlecht. Den Switch kann man sicher auch
höherohmig beschalten. Bei 10kOhm sollte man da eher bei
0,0018% landen, wobei ich nicht weiß, wie belastbar
diese Überschlagsformel ist und welche Faktoren bei sehr
niedrigen Verzerrungen evtl. sonst noch eine Rolle spielen.

Viele Grüße

Dieter

 

[Helmut Schellong]

On 08/10/2020 00:10, Dieter Michel wrote:

Hallo Leo,

hm, die Steigung der U-I-Kennlinie sollte doch eigentlich >> der R_on bei
der jeweiligen Amplitude sein, oder seh ich
das jetzt so auf die Schnelle falsch?

Aber bei einem Analogschalter ist da ein MOSFET drin und die U-I-Kennlinie
von Source nach Dain ist nicht linear wie bei einem Widerstand, dummerweise.

ja, das ist klar. Aber wenn die U-I-Kennlinie nicht
linear ist, heißt das doch, dass R_on signalabhängig ist

In der Application Note von Maxim heißt es im Abschnitt
zu Verzerrungen:
\"A changing signal level can modulate the RON, causing
a variation in the insertion loss of the switch.\"

Das sollte doch eigentlich der Effekt sein, oder habe
ich da ein Brett vorm Kopf?

Ja, das ist genau der Effekt.
Ich schrieb das bereits in 07/31/2020 19:31, also letzten Monat.
Außerdem nannte ich als einziger das Wort \'moduliert\'.

https://www.mouser.de/datasheet/2/256/DG408-DG409-1513585.pdf

Diagramm Seite 5, links oben.
Das Diagramm zeigt gewaltige Verzerrungen, aber auch kleine
Bereiche ohne große Verzerrungen.

_Nur_ bei Versorgung mit 40V (±20V) ist ein Bereich für Signal ±5V
vorhanden, der fast ohne Verzerrungen bleibt.
Bereits bei Versorgung mit ±15V ist der Widerstand bei 53 Ohm
und steigt per Gerade auf 60 Ohm durch +10V wie auch durch -10V.
Das ist eine Widerstandsänderung von 13%.
Und die besten OPV (OPA1612) haben einen Klirrfaktor von 0.000015%.
Man kann diesen 1000-fach verschlechtern, durch Verwendung
von Analog-Schaltern.
Im HighEnd-Bereich absolut indiskutabel.

Leo Baumann versteht nicht, daß \'modulieren\' ein Tätigkeitswort
und Klirrfaktor ein Hauptwort ist, das einen Zustand zeigt.
Erst wird moduliert - danach kann der Klirrfaktor festgestellt werden.


--
Mit freundlichen Grüßen
Helmut Schellong var@schellong.biz
www.schellong.de www.schellong.com www.schellong.biz
http://www.schellong.de/c.htm
http://www.schellong.de/htm/audio_proj.htm
http://www.schellong.de/htm/audio_unsinn.htm

 

[Dieter Michel]

Hallo Helmut,

> https://www.mouser.de/datasheet/2/256/DG408-DG409-1513585.pdf > Diagramm Seite 5, links oben.> Das Diagramm zeigt gewaltige
Verzerrungen, aber auch kleine> Bereiche ohne große Verzerrungen.
mit Verzerrungen meinst Du jetzt Variation von R_on, oder?

Die Veränderung von R_on hat natürlich Einfluß auf die THD,
die hängt aber auch von der Ausgangsbeschaltung ab.

Ich würde natürlich für Audioanwendungen auch eher einen
Analogswitch nehmen, der für dafür gemacht ist. In Bezug
auf R_on würde man da wohl auf die Flatness, also die
Variation von R_on in Abhängigkeit vom Signal, und
generell vielleicht einen niedrigeren R_on achten,
solange das nicht anderswo Nachteile hat.

Aber im Prinzip muss man den Ausgang ja nicht niederohmig
belasten, sondern kann einen Impedanzwandler nachschalten.
Auch wenn man das nicht macht - bei professionellem
Studioequipment hat man durchaus Eingangsimpedanzen im
Bereich von 20kOhm. Damit würde ich mal die verschiedenen
Analog-Switch-Varianten mal durchrechnen und sehen, ob ich
damit auf die Verzerrungswerte komme, die ich für die
betreffende Entwicklung anpeile.

Viele Grüße

Dieter

 

[Helmut Schellong]

On 08/10/2020 13:44, Dieter Michel wrote:

Hallo Helmut,

https://www.mouser.de/datasheet/2/256/DG408-DG409-1513585.pdf > Diagramm
Seite 5, links oben.> Das Diagramm zeigt gewaltige
Verzerrungen, aber auch kleine> Bereiche ohne große Verzerrungen.
mit Verzerrungen meinst Du jetzt Variation von R_on, oder?

Ja, das angegebene Diagramm zeigt ja genau die.

Die Veränderung von R_on hat natürlich Einfluß auf die THD,
die hängt aber auch von der Ausgangsbeschaltung ab.

Ich würde natürlich für Audioanwendungen auch eher einen
Analogswitch nehmen, der für dafür gemacht ist. In Bezug
auf R_on würde man da wohl auf die Flatness, also die
Variation von R_on in Abhängigkeit vom Signal, und
generell vielleicht einen niedrigeren R_on achten,
solange das nicht anderswo Nachteile hat.

Ja, ich neige zurzeit dazu, SolidState-Relays zu verwenden.
Die haben eine galvanische Trennung durch die Ansteuerung
mit IR-Licht. Die Modulation des R_on entfällt prinzipbedingt.
Die gibt es bis mindestens 0,5 Ohm R_on (CDC1014).
Es sind da zwei MOSFET antiseriell geschaltet.
Das entsprechende Diagramm zeigt eine perfekte symmetrische Gerade.


--
Mit freundlichen Grüßen
Helmut Schellong var@schellong.biz
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