TIM-Signalgenerator ?

Nähere Infen (korrekte Mehrzahl von "Info" ) habe ich nicht, aber eine einfache Überlegung führt auch zum Ziel:

Ein perfektes Rechtecksignal enthält keine geradzahligen Harmonischen. Ein tiefpassgefiltertes auch nicht.
Erst wenn das Tastverhältnis nicht mehr exakt 1:1 ist, und/oder steigende und fallende Flanken (schon vor dem Filtern) nicht exakt spiegelgleich sind, können gerade Harmonische dazukommen. Und dann kommt ja noch die Mischung mit dem Sinus, und danach typischerweise ein Buffer, da könnten sich also weitere gerade Klirrkomponenten einschummeln.

Ich sehe die -80dB-Peaks also als Resultat eines nicht perfekten Generators. In dem Stereoplay-Plot mag ich auch ganz kleine Huggels bei 2*f1 und 4*f1 erkennen, ganz knapp über dem Rauschflur bei -90dB. Also haben die wohl einen Generator gehabt, der eben gute 10dB weniger an geradzahligen Komponenten erzeugt als deine beiden Quellen. Dass dein DIY-Generator genausoviel "Dreck" macht wie der deines Messplatzes und wie der, den Ottala seinerzeit benutzt hat, ist wohl reiner Zufall. Ich kann da keine gewollte Systematik erkennen.

Grüße, Klaus

Hallo,

das scheint in erster Linie eine "praktische" Hürde zu werden, da ich mich nicht in der Lage sehe, einen derart "perfekten" Rechteckgenerator herzustellen.

Der im DIY Generator temporär verwendete Pulsgenerator der Spitzenklasse hat eine Anstiegs-und Abfallzeit von bis zu 900pS, und -soweit überhaupt noch messbar- absolute Symmetrie. Ab etwa 500 nS erzielte ich übrigens keine weitere Verbesserung.
Kein mir bisher bekannter Rechteckgenerator schafft es, von "sich aus" frei von geraden Harmonischen zu bleiben. Hast du denn sowas schonmal in diesen Größenordnungen erlebt?
Wie haben die das vor 25 Jahren so hinbekommen? "Mehr" kann ich momentan nicht zaubern.
Duty cycle absolut 50%...Was kann man noch tun?
Ich werde wohl morgen nochmal ein paar Versuche starten, aber momentan weiss ich nicht, wie ich das hinkriegen soll. Wenn es -tatsächlich- nur an der "Qualität" des Rechtecksignals liegen sollte, hat sich die Sache wohl erledigt.

Hast du ECL-Gatter rumliegen? Damit müsste man, wegen der volldifferentiellen Technik, mE einen sehr symmetrischen Generator, also Oszillator + 2*Teiler(/2) bauen können, evtl. mit AC-Kopplung und Schaltschwellenabgleich.
Mit 74ers aller Art, weil unsymmetrisch, wird man nur mit aufwändiger Trimmung ein exaktes 1:1-Tastverhältnis hinbekommen (und es wird bestimmt driften). Symmetrische Flanken sind dann das kleinere Problem, bleibt noch der Klirr des Filters/Mischers/Buffers. Auch da wäre durchgehend symmetrisch sicher eine Schaltungsoption, alles Geradzahlige sollte sich komplett rauscanceln, nach peniblem Abgleich... im Prinzip müsstest du erstmal das gefilterte Rechteck allein (ohne anliegenden Sinus, aber mit der kompletten Schaltung) im Speki bei den geradzahligen Komponenten unter den Rauschflur gedrückt bekommen....

Grüße, Klaus

Die meisten mir bekannten "besseren" Pulsgeneratoren sind in ECL Technik aufgebaut. Ich habe im ersten Anlauf drei verschiedene hochkarätige Pulsgeneratoren ausprobiert, die allesamt trotz höchster Präzision (wie ich sie wohl nicht aufbauen kann) diese Eigenschaft (also -90db) von sich aus nicht erreichen. Sie liegen alle zwischen -75 und -80 dB

Bevor ich jetzt viele Stunden (und sicher Tage) opfere, werden ich mir erstmal weitere "Fertiggeneratoren" ausleihen, um mal zu sehen, was überhaupt machbar ist.

Haben die Generatoren alle innen 2:1 Teiler drin oder nicht ? Das ist erst mal das absolute Muß, um Symmetrie des Rechteckes zu bekommen.
Dann natürlich noch die Flankensteilheiten (die auch schon bei der Ansteuerung des 2:1 Teilers) und An, Abstiegszeiten. Und dann würde ich noch das leidige Thema der Masseführung und Speisespannungsentkopplung sicherheitshalber erwähnen wollen, das bei Digitalschaltungen oft unterschätzt wird. Also neben 100nF auch noch 10...22µ und 100...220µ dicht am/ direkt übeer den Schaltkreis.
Wellenwiderstandseinhaltung/Reflektionen können auch ein Problem bei schnellen Pulsen sein.

Wie sieht der genaue Ausgang dieser Schaltungen aus ? Gibt es da noch ein analoges Teil, das die Symmetrie zur Nullinie herstellt oder macht das nur ein Auskoppelkondensator ? Und wenn ja sind diese FFT-Bilder vor dieser Ausgangsstufe oder danach gemessen ?

Im Moment habe ich keine Schaltungsunterlagen zu den benutzten Pulsgeneratoren. Wegen dem zuschaltbaren, variablen Tastverhältnis gehe erstmal nicht von einem Flipflop oder sonstigem Teiler am Ausgang aus.
Das Netzteil und die Masseführung schliesse ich aber aus, da die Geräte sehr aufwendig und sorgfältig gebaut sind.
(1990 war das die 10.000 DM Klasse)....Naja...Das hilft hier jetzt auch nichts.

Und wenn ja sind diese FFT-Bilder vor dieser Ausgangsstufe oder danach gemessen ?

Die Messungen sind am Augang der Geräte gemacht worden. Es sind "Fertiggeräte" die nicht aufgeschraubt wurden, und von denen ich auch nicht alle Spezifikationen habe.
Die Toleranz des 50%igen, schaltbaren Tastverhältnis ist zugegebenermaßen "unbekannt". Kästchen Zählen ist ja nicht zielführend
Die Generatoren haben allesamt einen 50 Ohm Ausgang. Ich habe sein sehr kurzes Kabel und einen (durchgeführten) 50 Ohm Termiator am Messgerät benutzt. Aber...ob mit oder ohne machte hier keinen Unterschied.

Wenn ich garnicht weiterkomme, werde ich -sofern ich mich dazu aufraffen kann- etwas aus ECL Bausteinen zusammenlöten. Ich müsste davon noch einiges haben.

Hat denn jemand von euch einen Rechteckgenerator aufgebaut, bzw einen dagehabt, bei dem ihr eine derartige Abstinenz der geraden Harmonischen bemerkt habt?
Ich habe sowas bisher nie gezielt untersucht. Vielleicht werde ich damit jetzt anfangen.
Die Theorie ist jetzt soweit "klar"...Die Praktische Umsetzung ist (für mich) bis jetzt noch eine Hürde.

Ultraschall schrieb:

Und dann würde ich noch das leidige Thema der Masseführung und Speisespannungsentkopplung sicherheitshalber erwähnen wollen, das bei Digitalschaltungen oft unterschätzt wird. Also neben 100nF auch noch 10...22µ und 100...220µ dicht am/ direkt übeer den Schaltkreis. Wellenwiderstandseinhaltung/Reflektionen können auch ein Problem bei schnellen Pulsen sein.

Äh, so richtig schnelles Zeugs blockt man mit 1:3:10:30:... Verhältnissen, sich vom Chip entfernend, und anfangen muss man mit 10pF, höchstens. 100nF, selbst in SMD, sind kapazitiv für so schnelle Strom-Flanken (sub-ns) praktisch gar nicht "da", bzw. eine Spule...

-scope- schrieb:

Hat denn jemand von euch einen Rechteckgenerator aufgebaut, bzw einen dagehabt, bei dem ihr eine derartige Abstinenz der geraden Harmonischen bemerkt habt? Ich habe sowas bisher nie gezielt untersucht. Vielleicht werde ich damit jetzt anfangen.

Zu beidem, leider nein. Das Problem ist ja auch, dass man nur einen bereits gefilteren Rechteck sinnvoll FFTen kann, denn zu schnelle Flanken überfahren sonst den Messverstärker und man "misst" dessen Effekte wie unsymm.Slewing. Und nur mit einem einzelnen passiven -20dB/Dekade-Tiefpass wird es auch problematisch, weil je nach Quali des R und C (auch hier unbedingt eine Parallel-Orgie mit guten Keramikern) die Höchstfrequenz nicht sauber unterdrückt wird, und ausserdem die geringe Flankensteilheit evtl. generell nicht aussreicht, um den Messverstärker auch kleinsignalmäßig nicht zu überfahren, in der Bandbreite. Die Anfordeungen an das Filter und dessen Layout sind immens, wenn wir da mit sub-ns-Flanken reinschiessen. Von daher ist das mit ECL evtl. doch nicht die sinnvollste Variante.
Vielleicht ist es einfacher, mit eher lahmen 74HC zu arbeiten und zu versuchen, per AC-Kopplung und/oder einstellbarem Offset das Tastverhältnis zu trimmen. Um durchgehend symmetrische Schaltungstechnik, zumindest ab incl. der letzten Digitalstufe (bei der Pulsausgabe) und allem weiteren Analogzeugs wird man aber kaum herumkommen, denke ich. Allerdings braucht man dann Batterie-Betrieb bzw. ein sehr gutes Netzteil mit gerinster kapazitiver Kopplung, um das Signal unsymmetrisch in das (gar geerdete) DUT einspeisen zu können.

Grüße, Klaus

Die ganze Geschichte darf nicht zu kompliziert werden. Es darf und soll keine "Entwicklung" werden, da sie absolut "brotlos" ist. Ich werde wohl noch einige Fertiggeneratoren ausprobieren, und -eventuell- versuchen einen möglichst symmetrischen, ausreichend schnellen Generator herzustellen. Grosse Erwartungen, die
-90dB zu erreichen, habe ich aber jetzt eigentlich nicht mehr.

Unsymetrisches Slewing-auch.
Wer sagt, das das nicht außerdem schon die Ausgänge der Gatter machen ?
Und noch eine Sache die mir beim Sitzen am See heute eingefallen ist: Überschwinger bzw. Einschwinger an den Ausgänge der Gatter (Sorry, aber mein Glaube an den perfekten Rechteck an Gatterausgängen wurde 1985 gründlich zerstört.)
Also Scope, es kann kompliziert werden....

Grüße an Dich und KSTR

Ultraschall schrieb:

Unsymetrisches Slewing-auch. Wer sagt, das das nicht außerdem schon die Ausgänge der Gatter machen?

Deswegen ja differentiell, dann ist das in der Differenz in sich wieder symmetrisch.

Und noch eine Sache die mir beim Sitzen am See heute eingefallen ist: Überschwinger bzw. Einschwinger an den Ausgänge der Gatter (Sorry, aber mein Glaube an den perfekten Rechteck an Gatterausgängen wurde 1985 gründlich zerstört.)

Nö, Gatterausgänge schwingen selber nicht über (sauberes Layout/Bypassing vorausgesetzt). Mit ordentlicher Leitungsterminierung, also Serien-R am Sender + Parallel-R (+C, wg. DC) am Empfänger, gemäß Leitungsimpedanz, schwingt auch nix über. Der Gatterausgang muss natürlich eine geringe Ausgangsimpedanz haben, gegenüber dem Terminierungs-R, sonst wird es unsauber. Und genug dynamischen Strom, also Bustreiber nehmen.
Und beim Messen per Oszi braucht's schon einen Tastkopf mit extrem niedgriger Kapazität (FET-Probe) und kurzer Masseleitung, also mit 10cm-Krokoklemme wird das nix. Für solche Zwecke muss man schon einen Koax-Testpoint auf die Platine mit bauen, in den man den Tastkopf direkt reinstecken kann.

In dieser AppNote von Linear steht da einiges zu:
AN47 High Speed Amplifier Techniques

Grüße, Klaus

In dem verlinkten PDF geht es wohl um all die Dinge, die ich bei meinen Pulsgeneratoren nicht befürchten musste. Das Rechteck ist absolut frei von overshoots, preshoots, ringing usw...Es ist ein "Bilderbuch-Rechteck"....Zumindest auf dem Oszilloskop...Wie mit dem Lineal gezogen...."Das" allein ist es aber wohl nicht gewesen.

Ich vermute, dass mein Problem an der Nichteinhaltung der Symmetrie (also genauestes 50% Tastverhältnis) zu finden war. Und zwar in minimalen Größenordnungen .Ich komme zu der Annahme, da ich vorhin einen alten arbiträren Funktionsgenerator (Lecroy 9109) ausprobiert habe. Er hat zwar "nur" 10 ns Anstiegs. und Abfallzeit, scheint aber exakte Symmetrie zu besitzen. Mit 50 Ohm abgeschlossen, und sehr rudimentär "passiv" tiefpassgefiltert, liefert er sofort das gewünschte Ergebnis.

... wenn einem tho viel guteth wiederfährt,
dath itht schon einen Athbach Uralt wert.

Wenn es in Deutschland wieder richtig kalt wird, werde ich vielleicht trotzdem versuchen, einen tauglichen Generator aufzubauen, um ein etwas klareres Bild darüber zu bekommen, welcher Aufwand, bzw welche Toleranzen letztendlich nötig sind.
Ich vermute anhansd der bisherigen Erkenntnisse, dass die Symmetrie extrem sein muss.
Beim Lecroy kann man die Zeiten per Software genau festlegen. Die Software für Standardsignale Rechteck (50%), Sinus und Rechteck kommen dabei aus einem geräteinternen ROM.

Rein "Visuell" über ein gutes Oszilloskop, gab es keine erahnbaren Unterschiede der Rechtecke....Nun...0,01% Klirr sieht man einem Sinus ja auch nicht an.

Ein sehr alter Beitrag inzwischen...dennoch hänge ich was an.

Ich habe kürzlich begonnen TIM zu messen und benutze dazu einfach meinen PC mit externer Soundkarte: Steinberg Audio-Interface UR-242 (Sampling Frequenz 192kHz, ASIO Treiber) mit der Software ARTA.

Der "Loop-Modus" zeigt, dass dieses Set-up für die Messungen sehr gut geeignet ist. Keine geradzahligen Oberwellen im 3,15 kHz Rechtecksignal, sehr sauber. Also das Problem, das scope zu lösen versuchte, ist hier gar nicht vorhanden. Auch -100 dB unter dem Pegel der 3,15 kHz Rechteckgrundwelle noch keine geradzahligen Oberwellen (6,30; 12,60 kHz,...); die bekomme ich ggf. erst durch das Messobjekt in der Kette.



Ich messe damit bis unter weniger als 0,002% TIM herunter.

Z.B. hat die Yamaha M-4 Endstufe von 1980 so wenig (< 0,002% TIM gemessen mit diesem Aufbau). Ein SABA Receiver HiFi-Stereo Studio 8120 (G) von 1970 misst 0,1% TIM, ebenso ein LUXMAN Receiver FQ-990 aus dem Jahr 1971. Ein Grundig Receiver R 2000 von 1980 misst schon 10x weniger, 0,01% TIM und ein SABA Receiver Ultra-HiFi professional 9241 von 1977 hat 0,03% TIM. Alle gemessen bei 10W Ausgangsleistung an 4 Ohm Last.

Gruß
Reinhard

Also das Problem, das scope zu lösen versuchte, ist hier gar nicht vorhanden

richtig,
weil die Bandbreite deines Testsignals auf etwa 100kHz begrenzt ist
(was bei Messungen für den Hausbedarf voll ausreicht,
da auch irgendwelches Audiosignal heutzutage Bandbreiten-begrenzt ist )

Hallo Kay,

...könnte man auf die schnelle vermuten. Aber scope schrieb, dass er einen kommerziellen DIM100 verwendet, der ist 100kHz gefiltert.

Nein, 100kHz Filterung ist nicht der Grund. Auch mit DIM30, also 30kHz 1-Pol-Filter, bekommt man die störende Oberwelle bei 2 x 3,18 kHz = 6,36 kHz (bei neuen Modellen 2 x 3,15 kHz = 6,30 kHz), obwohl dort sogar schon bei 30 kHz Grenzfrequenz (-3dB) abgeschnitten wird. Man kann es ganz leicht in SPICE (oder LTSpice) simulieren und kommt damit schnell auf den Punkt..

Die geradzahlige Oberwelle ist bei idealem, unendlich steilen Anstieg des Rechtecksignals verschwunden, so wie es auch die Fourieranalyse bei einem idealen Rechteck mathematisch verlangt. Sie kommt aber ins Spiel, wenn man die Anstiegszeit auf endliche Werte begrenzt. Die 6,36 kHz Harmonische (bzw. 6,30 kHz) wird um so stärker, je weniger steil der Anstieg (und Abfall) des Rechtecks ist.

Bei einer Rechteckanstiegs- (und Abfall-)zeit von 0,5µs ist die erste geradzahlige Oberwelle der Rechteckgrundfrequenz sehr störend, bei 0,1µs sieht man sie im FFT noch deutlich, bei 0,01µs noch gerade erkennbar und bei 0,001µs ist sie praktisch verschwunden (< -100 dB). Nur lassen sich solche extremen Anstiegszeiten analog nur schwer erzeugen, mit digitaler Synthese aber schon.

Auch die Abweichung von exakter 1:1 Symmetrie der Rechteckperiode, führt, wie von scope zu recht vermutet, zum Erscheinen der Geradzahligen Oberwelle.

Scope hatte zwar nach dem Oszilloskopbild den Eindruck, dass sein Rechteck schon perfekt aussah, aber es war noch nicht gut genug. Der Punkt ist also hier, wie steil und wie exakt symmetrisch der verwendete Rechteckgenerator das Signal erzeugen kann.Digitale Signalerzeugung) ist für diesen Zweck ganz offensichtlich sehr viel günstiger als ein analoger Rechteckgenerator. Darin muß auch die Ursache liegen, daß in der ersten Publikation von Otala die Harmonische erkennbar ist, während vermutlich in den zitierten viel späteren veröffentlichen Testbeispielen, die scope erwähnte, ein digitaler Rechteckgenerator (DDS) eingesetzt wurde. Auch der Lecroy 9109 Funktionsgenerator, mit dem scope die Oberwelle auch nicht hatte, verwendet digitale Signalsynthese.

Darauf wollte ich hinaus.


Hier ein Messbeispiel an der Yamaha M-4 Stereo-Endstufe

Die erste geradzahlige Oberwelle des 3,15 kHz Rechtecksignals bei 6,30kHz ist selbst bei -120dB nicht sichtbar, liegt also liegt >110dB unter der 3,15 kHz Grundwelle, die selbst eine Amplitude von -10dB hat (in der Abbildung ist das Signal nur bis-20dB gut zuerkennen, die Linie darüber ist etwas dünner, geht aber bis -10 dB).




Gruß
Reinhard