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1

Samstag, 8. Mai 2010, 12:58

Versteht jemand Sinn dieser Schaltung?

Hallo Zusammen,

ich beschäftige mich zur Zeit intensiver mit den Heli-Gyros, eigentlich will ich die darin steckende Regelung genauer verstehen, schaue mir zum Spass aber auch immer die Schaltung an. Einen Tipp von Achim folgend habe ich mir auch den EK2-0704B von ESky besorgt. Der Sinn der Schaltung mit der das Signal des (Murata)Gyrosensors ausgewertet wird bevor es an den ADC eines ATmega8 gegeben wird verstehe ich nun aber leider nicht.
Schaltung:
[RCLTV]3055[/RCLTV]
Bilder der Platine dazu hier (erstes Bild, anklicken)
Der Gyrosensor liefert ein Signal von ca. 1.35V + 0.66mV * Drehrate[°/s], sowie ein Referenzsignal. Ich verstehe nun die Schaltung um den OP herum nicht. Sieht aus wie ein aktives Filter, aber so ne Beschaltung habe ich noch nicht gesehen, und konnte sie auch nicht in den "typischen" Schaltungssammlungen finden. Könnte man auch einfach als einen "normalen" Tiefpass mit Vref als Bezugspunkt betrachten, aber was hat das für einen Sinn...
Irgend jemand eine Idee auf welcher langen Leitung ich da stehe?
Thx,
Olli

2

Samstag, 8. Mai 2010, 13:55

RE: Versteht jemand Sinn dieser Schaltung?

Olli, das kann nicht sein. ich schau mir das heute abend oder morgen mal an, aber ich wette, Du hast da einen Fehler drin.

3

Samstag, 8. Mai 2010, 14:21

RE: Versteht jemand Sinn dieser Schaltung?

Hey Achim, das will ich natürlich nicht ausschliessen, dass ich das einfach nur falsch abgezeichnet habe (obwohl ich mir eigentlich schon Mühe gegeben habe, und ich denke den "kritischen" Aspekt mit C2,C3, und R4 kann man auch schon aus deinem Foto ablesen). Wäre aber natürlich super nett wenn du das kontrollieren würdest, 4 Augen sehen mehr als 2...
Bis denne, Olli

4

Samstag, 8. Mai 2010, 14:48

RE: Versteht jemand Sinn dieser Schaltung?

Mhh, in der tat komisch, sähe nach einer Art sich selbst überlistendem Differenzierer aus.
Wird ja richtig spannend. ;)

Edit: ja, wenn man die Schaltung etwas anders zeichnet, wirds deutlicher: es gibt einen Zweig für die Gleichspannung und einen Pfad für Wechselspannung in dem der OPAMP wirkt. Interessant währen auch die Werte der beiden C's. Leider kann ich kein spice, sonst könnte man mal simulieren. Aber ich kann auch mal die Platine an Funktionsgenerator und Oszi hängen.

Der Sinn könnte sein, die Reaktionsgeschwindigkeit des Gyrobausteins zu erhöhen, halt ein Hochpassfilter.

Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »amm« (8. Mai 2010, 15:21)


5

Samstag, 8. Mai 2010, 16:10

RE: Versteht jemand Sinn dieser Schaltung?

übersehe nicht dass R3 direkt mit R5 verbunden ist... dass sieht dann eher so aus wie ein R-C Glied, wobei das C ein "kompliziertes Z" ist
irgendwie glaube ich nicht dass die die Reaktionsgeschwindigkeit erhöhen wollen, der Gyro ist doch eigentlich schnell genug, ich würde eher auf irgendwas mit Drift oder Temp.-kompensation oder so tippen
Funktionsgenerator habe ich leider nicht ;(

Edit: wenn ich mich nicht verrechnet habe dann ergibt sich als Übertragungsfunktion, wenn man mal den Tiefpass am Anfang und das R am Ende (also R1,R2,C1,R5) weglässt:
Uaus = 1/(1+R3/Z) Uein + 1/(1+Z/R3) Uref
Z(w) = - 1/( w (w R4 C2 C3 - i (C2+C3)) )
bzgl. Uein verhält sich das also wie ein R3-Z Glied, bei kleinen w also tatsächlich wie ein RL Glied (Hochpass) mit L = C2+C3, und bei grossen w wie ein Tiefpass ohne Phasendrehung. bzgl. Uref verhält sich das umgekehrt, wie ein Z-R3 Glied.
aber wo der Sinn liegt erschliesst sich mir immer noch nicht so recht

Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »OlliW« (8. Mai 2010, 18:09)


RudiRolf

RCLine User

Beruf: Mechaniker

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6

Samstag, 8. Mai 2010, 21:12

Hallo
Ich habe eigendlich auch nicht viel Elektronikerfahrung aber könnte es sein dass dies , da ein Wechselspannungsanteil von der Phasenlage gedrht wird , ein Filter um ein Rauschen oder eine bestimmte Frequenz zu filten ?
Funktionsgenerator wär schön zum testen .
MfG
Rudi

haschenk

RCLine User

Beruf: Dipl. Ing.

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7

Samstag, 8. Mai 2010, 23:07

Hallo,

Olli, ich denke, du wirst da noch etwas ablöten und messen müssen...

Wert von C2 und C3, dann kann man´s rechnen (Frequenzgang) und/oder nachbauen. Signalgenerator hab ich; nichts Tolles (Conrad), aber zusammen mit Scope und Frequenzzähler geht´s halbwegs.

Unter dem LM358 verbirgt sich auch noch was, Pin 1 -3 kann ich noch keinen Sinn abgewinnen.

Der Gleichspannungsanteil wird (Arbeitspunkt) wird direkt durchgeschleift. Irgendeine Driftkompensation ist nicht zu erkennen (wenn da nicht unter dem LM358 noch was ist).

Ist eigentlich sicher, daß die Last an "OUT" vernachlässigbar ist ? Was kommt dahinter, ADC ?

Gruß,
Helmut

8

Samstag, 8. Mai 2010, 23:25

Hey Helmut,
pin 1 ist offen
pin 2 ist auf +3.6V (=Vcc)
pin 3 ist auf GND
OP1 des LM358 ist IMHO einfach stillgelegt
nach dem 100Ohm (R5,V_OUT) kommt direkt ADC7 des ATmega8L-8AU

die C2,C3 abzulöten habe ich kurz angedacht, aber, hey, die sind winzig... da ist dann ziemlich sicher was kaput danach, und dafür ist's mir zu teuer...

Achim hat den ja, und besitzt sowohl F-Gen wie Oszi -> mal sehen was er sagt
Olli

PS: vorallem frage ich mich halt was der ganze Aufwand überhaupt soll. Im KDS800 ist genau der gleiche Gyrosensor drinnen, und ist einfach nur über nen RC-Glied am ADC0-Eingang angeschlossen (im HK401B genauso), und der KDS800 gilt ja nun wirklich nicht als der Schlechteste... im Gegensatz zu den ESky-Dingern...

Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »OlliW« (8. Mai 2010, 23:32)


9

Samstag, 8. Mai 2010, 23:30

@Helmut: Nein unter dem LMV358 ist nichts. Jedenfalls behaupte ich das mal ohne nach geguckt zu haben. (EDIT: Da war Olli schneller..)
Er (LMV358) wird einfach nur halb verwendet, Pin2 ist auf Pin8 geroutet, Der Output von OPAMP A hängt in der Luft. Chinesische Magie eben, war kein LMV321 zu kriegen oder der wäre teurer gewesen, oder...

Den Rest schau ich mir morgen mal an, leider muss an ja doch was ablöten um den Funktionsgenerator einspeisen zu können. Ich denke mal den 2K2.
Ich hab noch nicht so klar, was ich füttern soll. Wohl UOffset +1.35V und mal einfach probieren... Rechteck-Sprungantwort würde mich interessieren

Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »amm« (8. Mai 2010, 23:32)


10

Samstag, 8. Mai 2010, 23:33

Zitat

Ich hab noch nicht so klar, was ich füttern soll
"einfach" den Frequenzgang? :D
EDIT: ich denke ich würde mit nem Treiber (wenn es der Ausgang des F-Gens nicht eh schon ist) direkt an R3 (also zwischen R1 u. R3) gehen, dann reicht ein Kabel anlöten...

Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »OlliW« (8. Mai 2010, 23:36)


11

Sonntag, 9. Mai 2010, 00:00

Zitat

Original von OlliW

Zitat

Ich hab noch nicht so klar, was ich füttern soll
"einfach" den Frequenzgang? :D
EDIT: ich denke ich würde mit nem Treiber (wenn es der Ausgang des F-Gens nicht eh schon ist) direkt an R3 (also zwischen R1 u. R3) gehen, dann reicht ein Kabel anlöten...

Der Generator macht das mit (ist schließlich one of the best ;)), nur, was sagt der Gyro-Output dazu?

haschenk

RCLine User

Beruf: Dipl. Ing.

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12

Sonntag, 9. Mai 2010, 00:43

Hallo,

ich bin mir mit dem LM358 noch nicht so sicher...

Warum und wohin führt die breite Leiterbahn vom Pluspol von C4 unter den OpAmp, obwohl es ein Stückchen weiter oben schon eine Verbindung (zusammen mit C5) zu Pin 5 gibt ?

Pin 2 (invertierender Eingang) des "unteren" OpAmps führt zum linken der 3 rechteckigen großen Anschlußfelder am Platinenrand... das muß doch einen Grund haben. Aber ich finde auch keinen Sinn darin.

Könnte es sein, daß die o.e. breite Leiterbahn von C4 ( = Vcc) zu Pin 2 führt ? Dann wäre der OpAmp wirklich totgelegt.

EDIT: So wird´s wohl sein...


Olli:

Zitat

die C2,C3 abzulöten habe ich kurz angedacht, aber, hey, die sind winzig...

0805 oder 0603 ? Die sollte man eigentlich schon runterkriegen. Am einfachsten die ganze Ecke mit Lötzinn "überschwemmen" und dann mit der Pinzette wegnehmen. Die Teilchen können die Temperatur schon ab; die größe Gefahr ist, daß sie sich irgendwohin verkrümeln...

Ich arbeite bei solchen Sachen immer mit einem weißen Untergrund (Papier), einem Schälchen mit hohem Rand für die Teile, heller Spotlampe und mit einer Uhrmacherlupe (10x). Manchmal erschreckt man dann, wenn die Lötkolbenspitze mit in den Sichtbereich kommt bzw. kommen muß. Ohne Lupe geht da aber nichts mehr.


Zitat


Zitat:
Original von OlliW
Zitat:
Ich hab noch nicht so klar, was ich füttern soll

"einfach" den Frequenzgang?
EDIT: ich denke ich würde mit nem Treiber (wenn es der Ausgang des F-Gens nicht eh schon ist) direkt an R3 (also zwischen R1 u. R3) gehen, dann reicht ein Kabel anlöten...

Der Generator macht das mit (ist schließlich one of the best ), nur, was sagt der Gyro-Output dazu?


Frequenzgangmessung:
An Eingang der Schaltung (variable) Sinusfrequenz anlegen, parallel 1. Strahl vom Scope und gfls. Frequenzzähler, Quelle muß (rel.) niederohmig sein. An den Ausgang der Schaltung den 2. Strahl des Scopes. So ist Amplituden- und Phasengang messbar.


Gruß,
Helmut

PS. Nur mal so ein Gedanke: Könnte die Schaltung eine Art "analoges Komplementärfilter" sein ? Macht man sonst immer digital, bei Sensorfusion..

Dieser Beitrag wurde bereits 5 mal editiert, zuletzt von »haschenk« (9. Mai 2010, 01:08)


13

Sonntag, 9. Mai 2010, 04:02

C4+ hat auch noch Verbindung zum Ref-Ausgang des Gyros! IMHO führt die Bahn von C4+ unter den LM358 zu einem Via und von dort zum Ref-Pin.
die 3 Pads unten stellen die Verbindung der Gyroplatine zur Hauptplatine dar, das linke grosse Pad ist 3.6V, in der Mitte GND, und rechts geht's zum ADC7-Pin.
=> C4+ hat NICHT Verbindung zu Vcc, sondern puffert zusammen mit C5 den Gyro-Ref-Ausgang

Komplementärfilter: muss ich gestehen, sagt mir (noch) nichts, erstes Googeln hat mich auch (noch) nicht weiter gebracht, aber tatsächlich ist die Übertragungsfunktion so etwas wie a * Signal1 + (1-a) * Signal2 (wobei a frequenzabhängig ist), klingt nach Datenfusion...

soetwas in der Art hatte in ganz Anfangs auch mal gedacht, dass V_ref benutzt wird um das eigentliche Signal irgendwie um etwas zu korrigieren, aber: welche tolle Info sollte in V_Ref stecken? Wenn z.B. mech. Vibrationen sich sowohl in V_Signal sowie in V_Ref bemerkbar machen würden, dann könnte man die vielleicht rauskorregieren, oder wenn beide die T-Drift mitmachen, oder Schwankungen von Vcc, oder... (aber warum sollte dann nicht ein einfaches "-" genügen). Also, wenn man wüsste das in V_Ref irgendeine Info steckt, dann würde man sich IMHO dem Sinn der Schaltung sehr nähern, nur, ich komme nicht dahinter welche Info das sein könnte...

... und warum es die ESky-Leute mit zusätzlichen Bauteilen (=Kosten bzw weniger Verdienst) zu bezahlen bereit sind, wo es doch der "Rest" der Welt mit Erfolg nicht macht...

Olli

Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »OlliW« (9. Mai 2010, 04:05)


14

Sonntag, 9. Mai 2010, 10:58

Zitat

Original von OlliW
soetwas in der Art hatte in ganz Anfangs auch mal gedacht, dass V_ref benutzt wird um das eigentliche Signal irgendwie um etwas zu korrigieren, aber: welche tolle Info sollte in V_Ref stecken?

Vref ist nur die interne Refernzspanung des Gyrobausteins, und das wars auch schon. Zumindest kann man durch deren Verwendung die Auswirkungen des thermischen Drift's ein bisschen senken (was sicher nicht viel bringt). Ist doch nett, dass Murata schon eine Referenzspannung mitliefert, die ja auch der Bezugspunkt für neutral ist.
Dadurch kann man in der Beschaltung etwas sparen.

Hier ist es ja nur einfach der Arbeitspunkt für den OPAMP an In+ der ja unsymetrisch gespeist ist.
Ich werde mal bei der Gelegenheit den Absolutbetrag von Vref unter die Lupe nehmen.

Dieter Hirschmann schreibt zum Differentiator:"...hat die Aufgabe, ein Ausgangssignal zu liefern, dessen Amplitude der Änderungsgeschwindigkeit du-e/dt des Eingangssignals proportional ist. Differentiatoren werden beispielsweise in Analogrechnern dazu verwendet, aus einer der Geschwindigkeit eines beweglichen Objekts proportionalen Spannung die Beschleunigung des Objekt zu ermitteln." ( S.84, RPB 65, 1978 ). Was nicht deutlich wird ist die Funktion von C3. Aus meiner Sicht ist der aber nötig um den Gleichspannungsanteil des Differentiators am dessen Ausgang zu eliminieren. Eine Zumischung des Gleichspannungsanteils über einen Widerstand brächte dagegen nur Nachteile.

15

Sonntag, 9. Mai 2010, 11:03

Ich bin sicher nicht der Op Amp Filter Experte, aber ich würde behaupten, das Ding ist ein Bandpaß.

R1 und C1 sind dabei die Tiefpaß Komponente.
R3, C2, C3 sind der Hochpaß.

R4 hat natürlich einen Einfluss auf die Übertragungsfunktion, wird aber auch dafür gebraucht, den OP Gleichspannungsmässig einzustellen - Überlegung, was wäre wenn es diesen Widerstand nicht gäbe!

V_Ref wird wohl auch diesen Zweck erfüllen.
Würde V_Ref fehlen, hätte der OP AMP keinen definierten Arbeitspunkt.
Oder man müsste 2 Widerstände als Spannungsteiler bereitstellen.
Aber das spart man sich und man zapft direkt V_Ref an.

Der Gleichspannungsmässige Arebeitspunkt am Ausgang dürfte vom Eingang abhängig sein und deshalb auch bei ca. 2V liegen.

R2 ist ja sehr hochohmig und hat somit wenig einfluß als Spannungsteiler.
Ich denke, der Widerstand soll C1 im Ausgeschalteten Zustand entladen.

Wirklich testen kann man die Übertragungsfunktion aber nur durch durchwobbeln des Frequenzbereiches.

16

Sonntag, 9. Mai 2010, 11:15

Also:
Vref ist schon mal "gefühlt" sehr stablil. Muss noch ein wenig warten bis sich das DMM aufgewärmt hat.
Vref= 1,34466V bei 3.6V Vcc absolut (ich gehe mal von einem absoluten Fehler von +-50ppm aus).
Also durchaus brauchbar für die gesamte Peripherie.

Vref arbeitet ab 2.2V stabil

Vcc Vref
2.5 1.34445
2.6 1.34448
2.7 1.34451
2.8 1.34453
2.9 1.34455
3.0 1.34457
3.1 1.34459
3.2 1.34461
3.3 1.34462
3.4 1.34464
3.5 1.34465
3.6 1.34466
3.7 1.34468
3.8 1.34469
3.9 1.34470
4.0 1.34471
4.1 1.34472
4.2 1.34473
4.3 1.34474
4.4 1.34475
4.5 1.34476
4.6 1.34477
4.7 1.34478
4.8 1.34479
4.9 1.34480
5.0 1.34481

Lässt schließen auf eine Abhängigkeit
Vin/Vout 1V/100µV ->0,1mV/Volt->0,01%

Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »amm« (9. Mai 2010, 11:50)


17

Sonntag, 9. Mai 2010, 13:14

So, hier mal eine Kurve:
Wobbel linear:
Start: 0,5Hz
Stopp: 50Hz
Marker bei 5Hz
Offset 1.340V
Amp: 0.5 Sinus

Ich musste das Ganze über 2µ2 ankoppeln wegen der niedrigen Frequenzen.
Sieht irgendwie nach einem simplen Tiefpass aus, kann das sein?
»4712« hat folgendes Bild angehängt:
  • Wobbel.png

Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »amm« (9. Mai 2010, 13:16)


18

Sonntag, 9. Mai 2010, 13:37

Noch eine Kurve:
Wobbel linear:
Start: 0,2Hz
Stopp: 20Hz
Marker bei 1Hz
Offset 1.340V
Amp: 0.5 Sinus
»4712« hat folgendes Bild angehängt:
  • Wobbel2.png

19

Sonntag, 9. Mai 2010, 13:39

Noch eine Kurve:
Wobbel linear:
Start: 0,05Hz
Stopp: 5Hz
Marker bei 1Hz
Offset 1.340V
Amp: 0.5 Sinus
»4712« hat folgendes Bild angehängt:
  • Wobbel3.png

20

Sonntag, 9. Mai 2010, 13:43

Auch ganz unten passiert nichts ungewöhnliches mehr:
Wobbel linear:
Start: 0,01Hz
Stopp: 1Hz
Marker bei 1Hz
Offset 1.340V
Amp: 0.5 Sinus
»4712« hat folgendes Bild angehängt:
  • Wobbel4.png