Saubere 5 V | Astronomie.de - Der Treffpunkt für Astronomie
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Saubere 5 V

Michael_Haardt

Mitglied
Heute war es zu warm, um irgendwelche Arbeit draussen zu erledigen, also Zeit zum Basteln.

5 V ist als Spannung für digitale und auch manche analoge Bauteile sehr beliebt, aber für analoge Zwecke sind die Störungen digitaler Bauteile unerwünscht. Darum haben analoge Baugruppen gerne einen eigenen Spannungsregler, der dann natürlich mehr Spannung braucht.

Der AD8318 ist so ein Fall: Er braucht 5 V und das Datenblatt sagt nichts zu der nötigen Qualität, aber schon die einfachsten und billigsten Module aus China haben immer einen LDO, was nahelegt, dass die Spannung sauber sein sollte. Der AD8318 braucht bis zu 68 mA, dazu kommen noch ein paar mA für den Spannungsteiler des LDOs. Der AMS1117, der auf vielen
AD8318 Boards zu finden ist, braucht wenigstens 1,3 V Dropout, d.h. insgesamt sind bei wenigstens 6,3 V 80 mA gefragt und das mit einem niederfrequentem Störspektrum, welches dieser LDO gut ausregeln kann.

Die Alternativen sind ein extra Netzteil, ein Stepup Wandler oder eine Ladungspumpe. Da nur wenig Leistung gebraucht wird, bietet sich eine Ladungspumpe an, die bei niedriger Frequenz und eher runden Flanken auch selbst wenig Störungen erzeugt.

Eine beliebte Ladungspumpe wird mit dem NE555 aufgebaut. Leider ist der NE555 nicht sehr leistungsfähig und mit einer Gegentaktstufe aus Transistoren fällt relativ viel Spannung durch deren Sättigungsspannung ab. Zudem braucht man mehr Bauteile.

Leistungsfähiger und einfacher ist ein Rechteckgenerator durch den OpAmp eines günstigen Audioverstärkers. Der LM386 ist ein gut verfügbarer Klassiker. Das Rechtsignal hat saubere und etwas schräge Flanken, d.h. die Oberwellen sollten sich in Grenzen halten. Ich sehe unter Last 7,2 V mit Ripple bis zu 0,15 V. Damit sollte der LDO bei 18 kHz gut klarkommen, ohne dass er unnötig viel Verlustleistung hat.

Die Frage ist jetzt noch, wie ich das Modul HF-dicht in ein Gehäuse bringe. Es hat zwei SMA-Buchsen als SMD-Bauteile, d.h. Weißblech fällt eher aus. Aluguss und die Bohrungen für Buchsen mit Alulot benetzen? Dann wäre es wohl besser, wenn ich die Eingangsbuchse gegen ein Modell tausche, was man mit dem Gehäuse verschrauben kann, und den Ausgang mit einer kleinen Verlängerungsleitung baue.

Michael
 

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dr_big

Mitglied
Mein Lieblingsspannungsregler ist ja der LT1074 (oder 1076). Absolut problemlos und einfach als Step-Up oder Step-Down einzusetzen. Wenn die Spannung sauber sein soll einfach noch ein paar LC Filter dahinter setzen und evtl. noch einen Linearregler. Hast du eigentlich keine 12V zur Verfügung, wo du direkt anzapfen kannst?
 

Michael_Haardt

Mitglied
12 V wären eine Alternative, nur braucht man dann einen DCDC-Wandler mit ein paar Ampere für alles, was 5 V digital braucht und wenn ich das AD8318 Modul, oder sonst ein Modul mit eigenem 5 V LDO mit 12 V versorge, dann wird der LDO schon ziemlich heiß, d.h. ich brauche dann besser noch einen Abwärtswandler statt eines Aufwärtswandlers. Darum steht da die klein gedruckte Aufforderung +7 V. Insgesamt wird es nicht einfacher.

Ich bin nicht für analoge Elektronik geschaffen und froh, wenn ich eine Schaltung verstehe und auf etwas Lochraster aufbauen kann. PCBs sind als Einzelanfertigung auch heute nicht geschenkt und ich bin kein Layouter, der versteht, wie man das Layout für einen guten DCDC-Wandler macht. Vom Wirkungsgrad her kriegt man einen DCDC-Wandler sicher besser hin als eine Ladungspumpe. Die Module von Ebay haben gerne gefälschte Bauteile, d.h. fertig kaufen ist nicht einfach, wenn es auf Original-ICs ankommt.

Wenn ich ein 18 kHz Rechtecksignal mit harmlosen Flanken sehe, dann weiß ich, dass da nicht viele Oberwellen drin sind. Ich habe kein Meßgerät für das Spektrum. Das ist der Charme einer Ladungspumpe: Anspruchslose Elektronik, tut's auf dem Steckbrett und auf Lochraster, kann jeder verstehen und kostet quasi nix. :)

Michael
 

dr_big

Mitglied
Jetzt bin ich verwirrt und weiß ehrlichgesagt nicht, was du wirklich brauchst. Der LT1074 kann beides, aufwärts und abwärts mit einigen Ampere, das ganze mit wenigen externen Bauteilen und ganz einfach auf Lochrasterplatine aufzubauen. Linearregler wie der LT1083 können auch linear abwärts mit einigen Ampere. Eingangs schreibst du von 68mA, das kann ja nun wirklich der einfachste Regler, auch von 12V auf 5V (bei 0,07A ca. 0,5W Verlustleistung).
 

Michael_Haardt

Mitglied
Das Modul braucht 7 V und ca. 80 mA insgesamt (68 mA für den AD8318 alleine), aber der Rest des Systems braucht 5 V, d.h. entweder hat man nur 5 V und muss aufwärts wandeln, oder wie von Dir vorgeschlagen 12 V, aber dann muss man einmal abwärts auf 5 V wandeln und zusätzlich noch abwärts auf 7 V.

Wenn man den LDO auf dem Modul statt mit 7 V mit 12 V versorgt, steigt die Verlustleistung erheblich an. Das ist keine gute Idee.

Im Datenblatt vom LT1074/1076 stehen in der Tat keine Layouthinweise. Ob das bedeutet, dass er unkritisch ist, oder ob der Layouter selbst wissen muss, was er tut, kann ich nicht sagen. Allerdings will er wenigstens 8 V sehen, d.h. von 5 V aufwärts geht damit nicht.

Michael
 

dr_big

Mitglied
Wie schon geschrieben würde ich bei 68mA einfach einen linearen Spannungsregler an 12V betreiben, das macht 0,5W Verlustleistung und liefert die sauberste Spannung. Es gibt auch Festspannungsregler mit 7,5V Ausgangsspannung oder du nimmst z.B. einen LM317T und stellst ihn passend ein.
 

Michael_Haardt

Mitglied
Wie ich schon schrieb: Das geht natürlich, aber dann brauche ich einen zusätzlichen DCDC-Wandler für die 5 V der digitalen Komponenten, z.B. Raspberry Pi.

Ich schaue mal, welche Anforderungen die nächsten Komponenten so haben und überlege dann, ob ich das Netzteil von 5 V auf 12 V plus DCDC-Wandler wechsele.

Michael
 

dr_big

Mitglied
Für den Rest nimmst du den LT1074, die Schaltung aus dem Datenblatt ist wirklich einfach umzusetzen und liefert dir als Step down von 12V auf 5V sicher 10A für die ganze restliche Elektronik.
Lieber gleich zwei getrennte Versorgungen und dafür saubere Spannung an deinem AD8318 Modul.
 
Hallo in die Runde,

das Thema hatten wir ja schon mal bei Deiner Versorgung für den LNB.
Ich versorge meinen 21cm Empfangspfad ja mit 12V und der erste LNA hat einen eigenen 7805 mit kleinem Kühlkörper.
Bei gemischt analoger und digitaler Elektronik die 5V braucht, würde ich separate Regler nehmen. Wichtig sind natürlich Cs nahe an den Regleranschlüssen um Schwingen zu verhindern. Ein meist unterschätzter Punkt ist die Masseführung. Man sollte sich da ein paar Gedanken zu den Bezugspotentialen machen, Sichwort "Spannungsabfall auf Masseleitung".
Zur Abschirmung machst Du Dir, meiner Meinung nach, zu viele Gedanken.

Viele Grüße und gutes SNR,
Reinhard
 

Michael_Haardt

Mitglied
DCDC-Wandler für 5 V aus 12 V kann man fertig kaufen, die muss man nicht selbst bauen, und sie kosten etwa so viel wie Schaltnetzteile. Da kann man gleich zwei Netzteile nehmen und mit den 5 V die digitalen Teile versorgen und mit den 12 V und jeweils eigenen Unterreglern die analogen Teile. Wie gesagt, ich schaue mir an, was noch so kommt. Erstmal bleibe ich bei 5 V als alleiniger Versorgung, aber das ist kein Zwang. Eine Ladungspumpe oder ein LM317 ist etwa der gleiche, geringe Aufwand.

Bei einem LNA würde ich zusehen, seinen persönlichen LDO nicht unnötig heizen zu lassen. Wolfgang rechnete vor, dass eine Kühlung mit Peltiers den Aufwand nicht lohnt, aber deutlich heizen muss ja nicht sein.

Mir ist nicht klar, wie wichtig die Qualität der Versorgungsspannung eines LNA ist. Der LNA4ALL, ein anerkanntermaßen gutes Design, hat einen LDO, aber das scheint eher der Bequemlichkeit zu dienen, weil man ihn auch umgehen und direkt mit 5 V versorgen kann, und ich sehe nirgends Warnungen bzgl. Qualitätsverlusten. Liegt es vielleicht daran, dass das Frequenzspektrum der Radioastronomie weit weg von dem liegt, was in der Spannungsversorgung so rumgeistert?

Bei einem Power Meter sieht das evtl. anders aus, weil es eine Demodulation macht.

Reinhard: Ich machte mir Gedanken zur Masseführung und fragte ein paar Leute, aber es kam nicht viel dabei heraus. Bitte erhelle mich. :) Ich kann es durch die Abschirmung der SMA-Kabel nicht verhindern, Masseschleifen aufzubauen. Wie sollte ich die Masse in einem Aufbau mit Raspberry Pi, ADC, Power Meter, Bias Tee, LNB-Spannungsversorgung und LNB verkabeln? Gute Masseverbindungen sternförmig und nah an den SMA-Leitungen zu allen Komponenten, um die Schleifenfläche zu verringern? Eine Masseschiene oder ein Masseblech unter den Komponenten, um sie jeweils lokal mit kurzen Wegen anzuschließen? Oder ganz anders?

Ja, vielleicht mache ich mir zu viele Gedanken zur Abschirmung. Ich habe von E-Technik keinen Schimmer, so viel sollte klar sein, und orientiere mich an dem, was ich so sehe, und das sind immer kleine Metallgehäuse mit Durchführungsfiltern und SMA-Kabeln. Also denke ich mir, dass ich das besser auch so mache. Begründete Hinweise von Praktikern wären extrem hilfreich. Ich hätte das Power Meter auch in so einem Gehäuse gekauft, aber ausgerechnet das Modul gab es nur als Platine. Nun denn, immerhin kann ich es jetzt schon mal mit Spannung versorgen.

Michael
 
In den Masseschleifen bei SMA-verbundenen Modulen sehe ich auch ein gewisses Problempotential. Ich hatte damals überlegt, auf die Masseverbindung der Versorgungsspannung zu verzichten und mich auf den Außenleiter der Coax-Verbindung zu verlassen, nicht schön. Dann habe ich mich aber entschlossen, Masseleitung und +Leitung zu verdrosseln (Ferrittperle). Somit habe ich HF-mäßig keine Masseschleife und trotzdem eine solide Versorgung. Der 7805 ist bei mir nicht in unmittelbarer Nähe zum LNA, kann diesen also auch nicht aufheizen.
Deinen Gedanken mit den getrennten Netzteilen für digital und analog, sowie eigenen Unter-Reglern für analog halte ich für eine gute Idee.
Bei Abschirmungen für fertige SMA-Module habe ich auch keine praktikable Lösung. Bei mir hatte ich keine Probleme ohne Abschirmung der beiden LNAs, wahrscheinlich weil sie weit genug auseinander angeordnet sind. Ich hatte vorher auch Schwingneigung befürchtet, es aber ohne abzuschirmen einfach mal probiert.
Wird für mich höchste Zeit an dem Thema mal weiter zu machen, ich werde aber noch immer durch Dinge, die ich nicht beeinflussen kann, ausgebremst :-/. Aber das wird auch mal wieder anders.

LG & CS,
Reinhard
 
Zuletzt bearbeitet:
Hi nochmal,

hier nochmal ein paar Gedanken zur Masseführung:
- Schleifenfläche bei nicht vermeidbaren Masseschleifen verringern ist immer richtig.
- Bei hintereinander geschalteten SMA-Modulen würde ich es immer wieder so machen wie bei meinem 21cm Aufbau, also Masse- und +Leitung verdrosseln. Das verhindert zumindest HF-mäßige Masseschleifen. Verdrillen von + und Masseversorgungsleitung kann auch nicht schaden.
- Sternförmige Masse kenne ich von NF-Anwendungen, ist aber auch nicht immer die Lösung von Problemen :-/
- Bei HF-Schaltungen innerhalb von Geräten hat man oft eine durchgehende Massefläche auf der Oberseite des Prints. Für Basteleien habe ich mir mal eine Folie mit Punktraster erstellt, die belichte ich dann auf der Unterseite einer doppelseitigen Leiterplatte und lasse die Oberseite durchgehend. Die gebohrten Löcher werden dann auf der Ober-(Masse-)Seite angesenkt, wenn sie nicht grade auf Masse liegen sollen. Die Massepunkte werden auf der Oberseite verlötet, man braucht also keine separaten Massebahnen. Den Rest verdrahte ich mit 0,2mm Cu-Lack Draht. Die Methode hat sich bewährt.
- Dann gibt es auch noch die "Ugly-Methode". Unterseite Print durchgehend Masse, Bauteile zwischen Inseln auf der Oberseite. Das soll HF-mäßig nicht schlecht sein, habe ich aber bisher noch nicht gemacht.
- Ansonsten kenne ich HF-Signalpfade, bei denen die Masse "durchgereicht" wird, also wie eine Leiter aus einzelnen Stufen. Die Versorgung wird dann an jeder Stufe erneut gegen Masse abgeblockt (R/C). Die Versorgung erfolgt aus Richtung der Stufe, die am meisten Leistung machen muss (Minimierung der Spannungsabfälle an den R's der Abblockungen).
- Bei DC-Messaufgaben, was bei Dir evtl. im Detektor vorliegt, wird bei kleinen Signalen oft die Vierdraht-Technik eingesetzt. Das heißt, von der Masse der Quelle führt eine separate Messleitung zum Messkreis und eine evtl. vorhandene Potentialdifferenz wird verrechnet. Dazu muss aber das Schaltungsdesign / die Bauteile dafür ausgelegt sein. (Beispiel: Messung sehr niederohmiger Widerstände). Bei reinen HF-Pfaden hat man ja in der Regel eine Kopplung über C's und somit macht Vierdraht hier weniger Sinn.

So, das ist es was mir auf die Schnelle dazu einfällt.

Viele Grüße in die Runde,
Reinhard
 
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Michael_Haardt

Mitglied
Ich wollte für alles, was nicht HF ist, generell Durchführungsfilter (d.h. ein kleiner C nach Masse) und Ferritperlen im Modulgehäuse verwenden. Die Spannungsversorgung vom LNB ist so gebaut.

Jetzt bin ich aber verwundert, dass Du auch die Masse mit einer Ferritperle versiehst. Sitzt die Perle damit zwischen der Masse der Schaltung und dem Gehäuse?

Der Detektor ist mir noch ein Rätsel: Der Ausgang ist DC, 0-5 V (mit zig Nebenbedingungen zum wirklichen Bereich), 45 MHz Bandbreite (vermutlich verringerbar, habe ich noch nicht verstanden), und treibt ein paar mA. Alle Module, die ich bisher sah, haben eine SMA-Buchse. ADCs sind eher hochohmig, d.h. das wäre prädestiniert für ein Problem, weil nicht kapazitiv gekoppelt. Ich könnte den ADC in das gleiche Gehäuse wie den Detektor bauen und damit eng anbinden, und nur I2C rausführen. Das Ding ist sowieso eher was für grobe Tests wie Sonnendrift, d.h. Signal ohne Ende, und ein einfacher ADC kostet fast nix. Wenn ich noch mal einen brauche, kaufe ich noch einen. Wäre das besser?

Ich ahne jetzt, warum ich Designs sah, wo man die Ausgangsspannung des Detektors direkt in ein digitales Frequenzsignal umsetzt: Das kann man besser verteilen und man hat eine flexible Integrationszeit. Das wäre für einen empfindlichen, linearen Detektor also wohl die Schnittstelle der Wahl. Man braucht dann auch keine weiteren sauberen 5 V. :)

Michael
 
Wie ich schon schrieb, hat mein Versuchsaufbau mit dem "Vorsatz-" Horn keine Gehäuse um die China-Module.
Werden nun mehrere Module mit SMA-Kabeln verbunden, so hat man dadurch schon eine Masseverbindung. Verbindet man nun + und Masse der Versorgung mit der gemeinsamen Stromversorgung, bekommt man zwangsläufig Masseschleifen. Die Ferrittperlen über den Masseanschlüssen der Module machen die Masse-Versorgungsleitung für HF hochohmig und unterbindet so HF-Masseströme. Der DC-Anteil merkt von den Perlen nichts.
Für meinen späteren Aufbau mit prime-focus Antenne habe ich schon ein 50cm Alu Rauchrohr auf 27cm gekürzt, da soll dann ein Boden rein bei 25cm und nach Maßen vom Astropeiler ein Feed draus entstehen. Dort werde ich ein Gehäuse an den Außenradius anpassen und wasserdicht über den LNA, der direkt an der SMA-Buchse sitzt bauen. Das Gehäuse wird nur über das Rohr seine Masse bekommen. Die anderen Teile habe ich auch schon besorgt, dann wurde ich ausgebremst :-/. Aber es wird weiter gehen.
LG
 

Michael_Haardt

Mitglied
Ok, damit sind mir die Ferritperlen in der Masse klar: Man unterbricht die Masseschleife für HF in Richtung der Spannungsversorgung. Gibt das keine Probleme mit der Funktion von Abblockkondensatoren? NF-Störungen sind damit immer noch möglich. Warum machen die keine Probleme? Müsste man die SMA-Masse nicht auch kapazitiv verbinden?

Ich sehe nun den Vorteil einer Phantomspeisung: Keine Masseschleife.

Ich baue den ADC direkt in das Power Meter Modul ein. Das scheint mir Probleme zu vermeiden. Der ADC braucht kaum Strom und macht sich seine Referenzspannung selbst, d.h. er kriegt 10 Ohm in die Versorgung und hat seinen 100 nF Abblockkondensator damit für sich alleine (nach Gefühl dimensioniert, nicht gerechnet). Ich werde ja sehen, ob da was rauscht, wenn ich einen Kanal mit Masse verbinde.

"Radio astronomy for dummies" muss wohl erst noch geschrieben werden.

Michael
 
Hallo nochmal,

in die einzelnen Module gehören immer C's über die Versorgungsspannung. Die sind in den China-Modulen natürlich drin. Die C's sorgen dafür, dass für HF die Masse und + das Gleiche sind. Die C's im Versorgungsmodul wären dazu sowieso ungeeignet, da die Leitung für diese Frequenzen eine viel zu hohe Induktivität hat.

Den ADC ins Powermeter einzubauen ist die richtige Entscheidung, würde ich auch so machen. Die Abblockung 10Ohm/100nF ist ok.

Die Phantomspeisung spart vor Allem die zusätzliche Leitung, was beim Installationsaufwand von Vorteil ist (TV-Schüssel). Der LNB, der an der letzten prime-focus Antenne die ich bekommen habe dran war, hatte eine separate Speiseleitung. Das Ding war aber auch schon sehr alt.

LG und viel Erfolg beim Basteln,
Reinhard
 
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