Digitale Impulse herausfiltern

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Digitale Impulse herausfiltern

Neuer Beitragvon willy am Dienstag 6. März 2007, 21:23

Hallo,

habe die Hoffnung hier Hilfe zu finden.
Folgende Problematik: Habe eine Steuerung die über einen 2 Draht Bus mit verschiedene Bus-Teilnehmer kommuniziert (ähnlich RS485). Jetzt kommt das Problem, die Teilnehmer bekommen hierüber auch ihre Versorgungsspannung (Gleichspannung). Und gerade diese Gleichspannung stört mich, da ich nur die reine RS485 Signale brauche.
Kann ich dies durch in Reihe geschaltete Kondensatoren erreichen und wenn ja mit welchen Werten bzw wie berechnet man diese.
Die Werte der Bus Leitung habe ich leider noch nicht ganz ermitteln können:
Gleichspannungsanteil= ca. 13V ; Daten-Impulslänge=208µS

Vielen Dank schon mal!
willy
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Neuer Beitragvon gonimax am Mittwoch 7. März 2007, 16:18

hallo, ob das mit Kondensatoren funzt ? ... für Gleichspannungsabblockung klaro, aber für die Beibehaltung der Signalform weniger - eine Rechecksignalform würde "abgeschliffen". Ausserdem koennten Reflexionen auftreten - es sei denn, es wird ordentlich terminiert/kompensiert. Falls das aber nicht stören sollte, muss Dir nur noch jemand was über die Dimensionierung erzählen *gg*

....event. hilft ein pnp-Transistorstufe, die mit geeignetem Kollektorwiderstand für eine geringe Gleichspannung gegen Masse gemessen) sorgt. Ob es funzen würde, kann ich nicht sagen, also nur eine Idee...

oder ein anderer Umwandler, der mit zwei Versorgungsspannungen (z.B. +13V ... 0 ... -13V) gegen eine virtuelle Masse arbeitet. Das Gleichspannungssignal würde dann von der virtuellen gegen die echte masse ca. 0V ergeben. Denkbar wäre vielleicht auch de Realisierung via entsprechend vorgespannten OPV, welcher für die DC-Offset-Verschiebung werkelt... oder wohl angebrachter, einen Leitungstreiber-IC zu nutzen

so, soll als Denkanstoss meinerseits genügen ... abert gibt ja noch mehr Elektroniker hier :wink:
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Neuer Beitragvon Stromus am Mittwoch 7. März 2007, 16:31

1. Warum sollte es Reflexionen geben?
2. Ein Koppelkondensator würde den Gleichspannungsanteil unterdrücken. Es ergibt sich ein Rechtecksignal mit +/- Anteilen
Stromus
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Neuer Beitragvon gonimax am Mittwoch 7. März 2007, 17:52

hallo @Stromus ...es scheint mir, wir haben uns nicht gesucht, aber igendwie "gefunden" ...nix für ungut :wink:

wenn steilflankige Impulse/Flanken durch/über einen Kondensator "getrieben" werden, wirkt bekanntlich die Lade/Entladecharakteristik des Kondensators - ein relativ gutes Rechtecksignal kann dadurch verformt werden ... i.V.m. vorherrschenden Induktivitäten kann es zu Resonanzen kommen, die sich in Reflexionen, Mantelwellen usw. auswirken können, und besonders dann, wenn eine grössere Entfernung zwischen Transmitter und Receiver zu überbrücken ist.

Zugegeben, bei nicht zu hohen/schnellen Bus/Baudraten relativiert sich das etwas, bzw. ist dann nicht so sehr kritisch
gonimax
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Neuer Beitragvon Stromus am Donnerstag 8. März 2007, 07:26

Hallo Gonimax,

ich kann mir ein wenig vorstellen, was Reflexionen sind :D Deshalb hatte ich die Frage nicht gestellt. Ein weiterer Grund ist sicherlich nicht eine unnötige Polemik zu starten.
Ich bin nur nicht mit Deiner Aussage einverstanden, und kann aber auch nicht die Finger davon lassen, weil ich dieses Thema für sehr interessant halte. Es ist fraglich, ob dieser Punkt so shnell noch dran kommt, und deshalb noch ein Mal die Frage:

warum sollten in diesm Fall Reflexionen entstehen?

Hier noch ein Mal der Kern dieser Diskussion:

Ausserdem koennten Reflexionen auftreten - es sei denn, es wird ordentlich terminiert/kompensiert
Stromus
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Neuer Beitragvon gonimax am Freitag 9. März 2007, 15:42

hallo @Stromus ...ich versuchs kurz zu machen, denn es ist schon fast ein wissenschaftliches Thema, aber interessant allemal

in der Digitaltechnik i.Vm. Leitungsbussen kommen mit hoeher werdenden Frequenzen mit steilflankigen Impulsen Laufzeiteinflüsse der Übertragungsleitung zum tragen. Dabei gibt es hauptsächlich zwei Ursachen:

- Überkopplungen: durch Gleichtaktschwankungen, und

- Reflexionen: durch Fehlanpassung und Stoßstellen des Wellenwiderstandes, sowie u.U. unsaubere Signale (Einbrüche nach der Rechteckflanke, oder Spikes nach der Abklingflanke) ... sie machen sich als Überschwingen der Spannung am Anfang und Ende der Leitung bemerkbar

wenn ein "unsauberes" Signal nicht generiert wird, bzw. den Wellenwiderstandsverhältnissen bzw. dem Anpassungsnetzwerk der Transceiver-Ports kein Optimum vorherrscht, und vielleicht (bei sehr langen Leitungen) Pegelverluste auftreten, die den "sicheren" Hysteresewerten der Eingangsport nicht mehr entsprechen, kommt es unweigerlich zu Störungen/Fehlinformationen/Aussetzern

das Problem verstärkt sich, wenn die Flanke einen relativ langsamen Verlauf nimmt, also das "Durchfahren" von Low zu High (unsicherer/undefinierter Zustand)

Im Falle des Fragestellers, kann wohl der Kondensator zum Einsatz kommen, da einerseits seine Verbindung nicht mehrere 100m beträgt, und andererseits seine angegebenen Zeiten doch eher im niedrig anzusiedelndem Spektrum liegen. Falls es unwahrscheinlicherweise doch zu Stoerungen kommen sollte, muss die Leitung entsprechend terminiert werden.

Ich wollte nur verschiedene Lösungsansätze mit ihren Problematiken ansprechen, also bitte nicht überbewerten
:wink:

@willy, probiere es ruhig mal mit Kondensator, terminieren kannst es ja dann immer noch, falls Informationsverluste bemerkbar sein sollten, wie gesagt, bei kurzen Entfernungen nicht so gravierend.

@Stromus, entschuldige, dass ich zunächst das Prob zu hoch geschraubt habe, und versuche künftige "Tips/Anmerkungen" etwas simpler an-, bzw. mehr auf die unmittelbare Fragestellung einzugehen, versprochen :)
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Neuer Beitragvon Stromus am Freitag 9. März 2007, 18:27

Hallo Gonimax,

Du brauchst Dich nicht entschuldigen, es hat keinen Grund gegeben!
Du hast nur eine Aussage gemacht, mit der ich nicht einverstanden gewesen bin. Das ist alles. Man kann davon ausgehen, dass eine Kleinigkeit Rückfragen verusrsacht, deren korrekte Beantwortung wiederum die Glubwürdigkeit des Forums erhöht.

Zum Thema Reflexionen:

die Betrachtungstiefe kann selbstverständlich vergrößert werden (vielleicht hat jemand Lust dazu???), aber die ganze Geschichte darf trotzdem verkürzt werden ohne dennoch auf die Konsistenz des Inhaltes Einbüße zu erfahren.
Mann nehme doch an es wird versucht eine Quelle mit einer bestimmten Frequenz, mit einer Last zu verbinden. Es werden dazu eine Hinleitung und eine Rückleitung verwendet. Diese Konstelation besteht aus vielen Längsinduktivitäten + Ohmsche Widerstände (seriell) entlang der Leitung und aus vielen Kapazitäten zwischen den Leitungen. Im Sprachgebrauch wird dafür der sog. Belag verwendet. Wir wollen hier die Sache nicht verkomplizieren, denn die Idee ist wichtig. Im Ersatzschaltbild ergibt das im großen und ganzen eine Konstelation dargestellt als Quelle + L + R + C. Der wellenwiderstand ist als Wurzel (L/C) dargestellt. Man merkt die Ähnlichkeit mit der Resonaz eines LC-Kreises seriell geschaltet. Wir erinnern uns, dass bei der Resonaz, die Blindwiderstände gleich sind => XL = wL = XC = 1/WC (a se citi W = Omega). Daraus folgt mathematisch, dass W (wir wissen was W ist nicht wahr? W = 2 x Pi x Resonanzfrequenz) = 1/[Wurzel(LC)].
Wenn wir jetzt dieses W aus der Resonanzbedingung in die Formeln für die jeweiligen Blindwiderstände substituieren bekommen wir:
XL = WL = L x 1/[Wurzel(LC)] = Wurzel (L/C)
Und weil wir gesagt haben XL = WL = XC = 1/WC => XC = Wurzel (L/C)

Aha! Der Wellenwiderstand ist die spezifische Impedanz bei Resonanz. Was passiert, wenn nun die Schaltung keine Dämpfung hat? Bei Resonanz sind die Blindwiderstände gleich, die Spannungsabfälle darauf sind viel größer als die Spannung unserer Quelle und 180° Phasenverschoben. Der Kreis ist niederohmig und die einzige Strombremse wäre ein Widerstand in der Leitung. Der Spannungsabfall auf diesem Widerstand ist exakt gleich der Spannung unserer Quelle (die Spannungen der Blindwiderstände sind gleich und 180° phasenverschoben => sie heben sich gegenseitig auf). Wenn also die Frequenz der Quelle mit der Resonanzfrequenz des Kreises identisch sind, dann resoniert die Schaltung.

Jetzt stellen wir uns vor wir übertragen eine Frequenz via zwei Leitungen (Hin und zurück) an eine Last. Damit ist im Ersatzschaltbild die Signalquelle mit L + C seriell und die Last als parallel zu dem C zu sehen. Wir wissen, dass im Resonanzfall die Spannungen an L und C viel größer werden als die Spannung der Quelle. Aha, wenn also die Last einen ohmschen Widerstand besitzt, der viel größer als die Impedanz des Kondensators bei dieser Frequenz ist, und der Resonanzfall ist gegeben, dann "sieht" der Lastwiderstand "R" diese große Spannung auf "C" auch. Im Falle einer sog. Anpassung wird R = XC = XL gewählt. Damit wird die maximale Leistung übertragen. Da aber diese Resonanzüberhöhung der Spannung die Energie nicht liefern kann, wird deren Amplitude so zu sagen klein geklopft. Aha durch Anpassung verschwindet diese Überhöhung der jeweiligen Spannungen auf L und C.
Jetzt stellen wir uns vor die Quelle wäre ein Rechtecksignal. Dieses Rechteck ist auch nichts anderes als die Summe vieler Sinus-Signale mit Frequenzen als vielfaches der Frequenz unseres Rechtecksignals. Wenn jetzt die Verbindung Last-Quelle diese LC-Eigenschaft aufweist und die LC-Kombination auf einer dieser Frequenzen resoniert, dann besteht die Möglichkeit, dass die Last diese Amplitudenüberhöhung bei der Resonanzfrequenz erfährt (das Rechtecksignal auf der Last hat in der Summe der Sinussignale plötzlich eins dieser Sigale mit erhöhter Amplitude => verdrecktes Rechteck). Es sei denn die beschriebene Anpassung findet statt und der Lastwiderstand beträgt maximal R = Wurzel (L/C) => wie beschrieben wird die eine besagte Sinus zurückgepfiffen. Wenn das nicht der Fall ist, dann resoniert die Schaltung, die besagte Frequenz erfährt die Amplitudenüberhöhung und die ursprüngliche Summe der Sinussignale wird gestört. Das Rechtecksignal erscheint verdreckt!
Nun haben wir vor einen sog. Koppelkondensator ins Spiel zu bringen (jetzt kommen wir zu dem Punkt des Fragestellers!!!). Dieser Kondensator C2 wird seriell zu L der Leitung eingebracht (Leitung unterbrechen, C2 rein). Damit diese Sache Spaß macht MUSS dieser C2 die tiefste Frequenzkomponente des Rechtecksignals (die kleinste Frequenz aus der erwähnten Summe der Sinussignale, die das Rechteck ergeben) ohne Amplitudenverlust übertragen können. Kurz gesagt ist das ein viel größerer Kondensator als unser betrachtete Kondensator der Leitungen. Die neue Anpassungsbedingung lautet daher:

R_Last = Wurzel [L/(C_Leitung in Serie mit C2).

Diese neue Formel bedeutet eine Verkleinerung der Gesamtkapazität (zwei in Serie ergeben eine kleinere als die kleinste!) => das ergibt die Notwendigkeit eines größeren Wertes für R_Last bei Anpassung. Da aber die Bedingung lautet maximal Wurzel(L/C), decken wir mit der ursprünglichen Dimensionierung auch dise neue Situation ab. Das bedeutet der neue Kondensator wird keine Reflexionen verursachen. Man kann einen Fehler machen und einen Kondensator vorsehen, der so klein gewählt wird bis er sogar gleich oder auch kleiner als die Leitungskapazität ist (übertrieben dargestellt). In diesem Fall kommen aber verdreckte Signale zustande, weil untere Frequenzen herausgeschnitten werden und die restliche Summe der Sinuskomponenten nicht mehr das Rechtecksignal ergibt. Dagegen hilft keine Anpassung. C'est la vie!


So und jetzt was sind - "Überkopplungen: durch Gleichtaktschwankungen"???

Beinahe vergessen:


das Problem verstärkt sich, wenn die Flanke einen relativ langsamen Verlauf nimmt, also das "Durchfahren" von Low zu High (unsicherer/undefinierter Zustand)


Nein tut es nicht! In diesem Fall haben wir sowohl geradzahlige als auch ungeradzahlige Komponenten des Rechtecksignals. Wenn die Anpassung stattgefunden hat merken wir nichts unabhängig wie dicht oder nicht das Signalspektrum ist. Wenn die geradzahligen fehlen (sharfe Flanken) ist der Abstand zwischen zwei aufeinader folgenden Frequenzen nicht groß genug, dass die Resonanzfrequenz erfolgreich dazwichen liegen könnte :)
Stromus
25305
 

Praxis Test

Neuer Beitragvon willy am Sonntag 11. März 2007, 17:08

Hallo gonimax u. Stromus,

vielen Dank erstmal für Eure Antworten. Leider bin ich nicht so fitt in E-Technik wir Ihr :( . Habe darauf mal die Praxis ausprobiert. Da ich mir jetzt endlich einen Oszilloskop ausleihen konnte habe ich jetzt die Daten von der Bus Leitung (2 Draht): Gleichspannungsanteil = ca. 14,5 V; Bitlänge(Impulslänge) = 833mikro Sekunden entspricht 1200 Baud ; Impulshöhe = ca. 13,5 V.
Ich hatte leider nur 3 Kondensatoren (10µF Elko ; 0,33µF u. 10nF Folie), die brachte ich in Reihe zur RX+ Leitung. Ergebnis:
10nF Folie = keine stabile Impulse, Gleichspannungsanteil schwankte bei längere Übertragungstelegramme

0,33µF Folie= fast stabile Impulse, geringe Schwankungen bei längere Übertragungstelegramme

10µF Elko = stabile Impulse, so gut wie keine Schwankungen bei längere Übertragungstelegramme, allerdings dauerte es ein paar Sekunden bis die Gleichspannung kompensiert war

Die Impulslänge lässt sich durch das Oszilloskop nur schwer genau berechnen, schien mir aber unverändert.
Die Daten konnte ich mittels RS485 einlesen. Bei 0,33µF und 10µF gab es keine Abweichung der Daten. Daraus schließe ich, das 10nF zu wenig ist. Trotzdem bin ich mir nicht sicher, ob die RS485 mir den die Impulse verfälscht (Anpassung), nicht zulässt deshalb weil ich die Telegramme nicht plausibel entschlüsseln konnte. Ich habe auch überhaupt keine Ahnung ob hier noch ein Widerstand mit ins Spiel gebracht werden muss ?. Vielleicht könnt Ihr mir hier eine Hilfe geben, bitte allerdings um eine einfache Erklärung.
Danke noch einmal! :D
willy
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Neuer Beitragvon Stromus am Montag 12. März 2007, 13:07

Nein keine Widerstände!
Du bist nicht aufmerksam! Im ersten Post habe ich Dir bereits zu diesem Thema geschrieben:


1. Warum sollte es Reflexionen geben?
2. Ein Koppelkondensator würde den Gleichspannungsanteil unterdrücken. Es ergibt sich ein Rechtecksignal mit +/- Anteilen


Jetzt, wenn die Kommunikation zwischen 0V und XV funktioniert, dann stellt sich am Ausgang wegen Koppelkondensator eine Spannung zwischen -X/2...+X/2 V. Praktisches Beispiel:

zwei Teilnehmer "sprechen" via Rechtecksignale mit Pegeln zwischen 0...5V. Durch entkoppeln der Gleichspannung werden wir auf der Leitung Signale zwischen -2,5V...+2,5V bekommen.
Vielleicht hast Du Glück und die jeweiligen schaltungen verkraften diese Minus zwei komma Fünf Volt, aber der Rest hat nicht mehr die ursrünglich verlangten Pegeln in Höhe von 5V sondern nur noch die Helfte. Fazit: geht nicht.
Bevor aber Lösungen gesucht werden, ist ein Schaltplan ein Muss!
Stromus
25353
 


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