PLL mit 4046

[Peter Engels]

Hallo zusammen,

ich bastel immer noch an meinen DVMs rum und habe nun eine neue Frage:

Um die Vorteile der 50Hz-Unterdrückung des Dual-Slope-Verfahrens bei
einem 7107 zu nutzen, habe ich versucht den 40kHz Takt mit Hilfe einer
4046-PLL aus dem Netzsignal zu gewinnen. Mit dem Ergebnis bin ich aber
nicht zufrieden:

Es ist klar erkennbar, dass die 40kHz mit dem 50Hz-Signal gekoppelt
sind, das kann ich mit einem Tongenerator für die 50Hz und
Frequenzzähler für das 40kHz nachweisen - das 50Hz-Signal zieht die
40kHz in der richtigen Richtung mit. Aber die Verknüpfung ist nicht
starr. Wenn ich mir auf meinem echten Zweistrahler das 50Hz und 40Khz
Signal bei fester 50Hz Frequenz gleichzeitig darstellen lasse, sehe ich
Folgendes:

Trigger auf 50Hz oder Line und Zeiteinstellung für das 40kHz-Signal:
Die Kurve "steht", zuckt aber und läuft mal nach links, dann nach
rechts.

Trigger auf 40kHz: Das 50Hz-Signal läuft in eine Richtung durch und
steht nur bei einer bestimmten Eingangsfrequenz.

Bin ich zu anspruchsvoll, oder habe ich einen Entwurfsfehler und wo
sollte ich den dann suchen? Wenn ihr Details braucht, stelle ich die
Schaltung gerne ins Netz.

MfG / Regards

Peter Engels

[Bernhard Deny]

Guten Morgen,

ohne den Rest der Schaltung zu kennen... warum nimmst Du nicht einfach
einen Quarzoszillator und teilst passend herunter? Die
Integrationsintervalle müssen ja nicht phasenstarr zur Netzfrequenz sein.
So stabil wirst Du Deine PLL so ohne Weiteres nicht hinbekommen, da
musst Du Dir schon ein paar Gedanken über die Regelschleife machen. Es
gibt von z.B. von National, Motorola u.a. einige Appnotes zu dem Thema.

Gruß,
Bernhard

Post by Peter Engels
Hallo zusammen,
Um die Vorteile der 50Hz-Unterdrückung des Dual-Slope-Verfahrens bei
einem 7107 zu nutzen, habe ich versucht den 40kHz Takt mit Hilfe einer
4046-PLL aus dem Netzsignal zu gewinnen. Mit dem Ergebnis bin ich aber
Es ist klar erkennbar, dass die 40kHz mit dem 50Hz-Signal gekoppelt
sind, das kann ich mit einem Tongenerator für die 50Hz und
Frequenzzähler für das 40kHz nachweisen - das 50Hz-Signal zieht die
40kHz in der richtigen Richtung mit. Aber die Verknüpfung ist nicht
starr. Wenn ich mir auf meinem echten Zweistrahler das 50Hz und 40Khz
Signal bei fester 50Hz Frequenz gleichzeitig darstellen lasse, sehe ich
Die Kurve "steht", zuckt aber und läuft mal nach links, dann nach
rechts.
Trigger auf 40kHz: Das 50Hz-Signal läuft in eine Richtung durch und
steht nur bei einer bestimmten Eingangsfrequenz.
Bin ich zu anspruchsvoll, oder habe ich einen Entwurfsfehler und wo
sollte ich den dann suchen? Wenn ihr Details braucht, stelle ich die
Schaltung gerne ins Netz.

[Peter Engels]

Hallo Bernhard,

Post by Bernhard Deny
ohne den Rest der Schaltung zu kennen... warum nimmst Du nicht einfach
einen Quarzoszillator und teilst passend herunter? Die
Integrationsintervalle müssen ja nicht phasenstarr zur Netzfrequenz sein.

Doch. Sonst funktioniert die Unterdrückung der Netzeinstrahlungen
nicht, weil sie im Intergral nicht rausfallen und die Anzeige
"zittert". Ein freilaufender Oszillator bringt an dieser Stelle
ebensowenig, wie ein Quartzoszillator, selbst wenn er im Ofen auf
konstanter Temperatur gehalten wird. Der Takt muss absolut netzsynchron
sein, sonst wird das nichts.

MfG / Regards

Peter Engels

[Bernhard Deny]

Hallo Peter,

Post by Peter Engels
Hallo Bernhard,

Post by Bernhard Deny
ohne den Rest der Schaltung zu kennen... warum nimmst Du nicht einfach
einen Quarzoszillator und teilst passend herunter? Die
Integrationsintervalle müssen ja nicht phasenstarr zur Netzfrequenz sein.

Doch. Sonst funktioniert die Unterdrückung der Netzeinstrahlungen
nicht, weil sie im Intergral nicht rausfallen und die Anzeige
"zittert". Ein freilaufender Oszillator bringt an dieser Stelle
ebensowenig, wie ein Quartzoszillator, selbst wenn er im Ofen auf
konstanter Temperatur gehalten wird. Der Takt muss absolut netzsynchron
sein, sonst wird das nichts.

sag mal, wieviel Stellen hat denn dieses Wunderding? 8.5???
Beim 7107 tickt ein RC-Oszillator(!), nur mal so als Hinweis...
Es geht hier "nur" um Serientaktunterdrückung. Beispiel für ein
industrielles Gerät: 15000 Digits Bereich, 70 dB
Serientaktunterdrückung, Zeitbasis: Quarz. Billige Quarz(oszillatoren)
bekommst Du mit 50 ppm Absolutgenauigkeit.
Deshalb: lass das mit der PLL, ist hier nicht nötig.

Gruß,
Bernhard

[Axel Schwenke]

Post by Bernhard Deny
sag mal, wieviel Stellen hat denn dieses Wunderding? 8.5???
Beim 7107 tickt ein RC-Oszillator(!), nur mal so als Hinweis...
Es geht hier "nur" um Serientaktunterdrückung.

Das Wort kannte ich bis eben noch gar nicht. Aber es scheint das
richtige zu bedeuten: die Unterdrückung von Fehlern durch Netzbrumm
auf der Meßgröße.

Post by Bernhard Deny
Deshalb: lass das mit der PLL, ist hier nicht nötig.

Sehe ich (bzw. die mir vorliegende Literatur) nicht so. Ohne Kopplung
von Meßintervall und Netzfrequenz ist die Dämpfung im wesentlichen von
der Länge des Meßintervalls abhängig mit ca. 10dB/Dekade. Integrations-
zeiten um 100ms (5 Perioden) haben schlimmstenfalls weniger als 25dB
Dämpfung, halbwegs abgeglichen auf 100ms eher 40dB (ein Beispiel aus
dem Text[1]: bei 100ms und 1% Frequenzabweichung sind es 40dB)

Wenn man die Integrationszeit nicht stark verlängern will, sollte man
den Takt per PLL an die Netzfrequenz koppeln und kommt dann auch über
100dB. Für 2000 Digits sollte man schon 60dB anstreben. Das wäre ohne
PLL (und Abgleich auf 1%) nur mit 10s Integrationszeit zu schaffen.


@Peter: deine Messungen besagen nicht sehr viel. Beim Triggern auf
die 50Hz ist die Triggerschwelle entscheidend. Wenn die wackelt,
dann wackeln die 40kHz auf dem Oszi auch. Beim Triggern auf 40kHz
gibts einfach zu viele Triggerpunkte. Du solltest die 40kHz runter-
teilen, z.B. auf 400Hz und dann darauf triggern.


[1] "Mikroelektronik in der Amateurpraxis 3",
Militärverlag der DDR, 1987


XL

[Peter Engels]

Hallo Axel,

Post by Axel Schwenke
Sehe ich (bzw. die mir vorliegende Literatur) nicht so. Ohne Kopplung

[...]

so genau hätte ich das als Hobbybastler nicht begründen können, aber
mir war klar, dass das nur netzsynchron funktionieren kann.

Post by Axel Schwenke
@Peter: deine Messungen besagen nicht sehr viel. Beim Triggern auf
die 50Hz ist die Triggerschwelle entscheidend. Wenn die wackelt,
dann wackeln die 40kHz auf dem Oszi auch. Beim Triggern auf 40kHz
gibts einfach zu viele Triggerpunkte. Du solltest die 40kHz runter-
teilen, z.B. auf 400Hz und dann darauf triggern.

Du hast natürlich Recht, das hatte ich mir nicht überlegt! Ich dachte,
phasenstarr ist phasenstarr ;-) Die Teiler sind zwangsweise auf der
PLL-Unit mit drauf, ich teile zweimal durch 10 (4518) und noch einmal
durch 8 (4024). Deshalb ließ sich das leicht überprüfen: Je mehr ich
mich den heruntergeteilten 50Hz nähere, desto stabiler wird das
Schirmbild. Die 50Hz sind dann perfekt synchron.

Die Anzeige wackelt auch nur noch bei Widerstandsmessungen, ein 1,8kOhm
springt mir ab und an um +/-10 Digits. Das hat aber andere Ursachen und
mit der PLL nichts zu tun. Danach muss ich noch suchen. Danke für den
Hinweis!

MfG / Regards

Peter Engels

[Peter Engels]

Post by Peter Engels
Die Anzeige wackelt auch nur noch bei Widerstandsmessungen, ein 1,8kOhm
springt mir ab und an um +/-10 Digits. Das hat aber andere Ursachen und
mit der PLL nichts zu tun. Danach muss ich noch suchen.

Ich hab's gefunden: Ich hatte die Anoden der 7-Segment-LEDs in der Nähe
des 7107 an +5V gelegt, bei ziemlich dünnen Leiterbahnen. Jeder Wechsel
der Anzeige erzeugte jetzt einen kurzen Störimpuls, der zu diesem
Verhalten führte. Mit dem Oszi war nur zu erkennen, das die Spannun
leicht in Bewegung war, erst als ich mir die Spannung mit dem
Signalverfolger mal angehört habe, war das Knacken deutlich zu hören,
das bei ruhiger Anzeige sofort aufhörte. Ich habe die Anoden jetzt
direkt am 7805 angeschlossen und jetzt ist endlich Ruhe. Warum nur der
Widerstandbereich betroffen war, ist mir allerdings immer noch ein
Rätsel.

MfG / Regards

Peter Engels

[Winfried Salomon]

Hallo Peter,

Post by Peter Engels
Hallo Axel,

Post by Axel Schwenke
Sehe ich (bzw. die mir vorliegende Literatur) nicht so. Ohne Kopplung

[...]
so genau hätte ich das als Hobbybastler nicht begründen können, aber
mir war klar, dass das nur netzsynchron funktionieren kann.

das Synchronisieren mit CD4046 PLL wurde bei uns vor langer Zeit bei der
gleichen Aufgabe (integrierender Wandler) erfolgreich eingesetzt. Ich
habe zwar jetzt nicht den Unterschied zu einem freilaufenden Oszillator
berechnet, aber wegen des geringen Aufwands finde ich diese Methode
schon sehr gut. Die 50 Hz-Referenz sollte natürlich sauber gefiltert und
mit Schmittrigger erzeugt vorliegen.

Post by Peter Engels

Post by Axel Schwenke
@Peter: deine Messungen besagen nicht sehr viel. Beim Triggern auf
die 50Hz ist die Triggerschwelle entscheidend. Wenn die wackelt,
dann wackeln die 40kHz auf dem Oszi auch. Beim Triggern auf 40kHz
gibts einfach zu viele Triggerpunkte. Du solltest die 40kHz runter-
teilen, z.B. auf 400Hz und dann darauf triggern.

Du hast natürlich Recht, das hatte ich mir nicht überlegt! Ich dachte,
phasenstarr ist phasenstarr ;-) Die Teiler sind zwangsweise auf der
PLL-Unit mit drauf, ich teile zweimal durch 10 (4518) und noch einmal
durch 8 (4024). Deshalb ließ sich das leicht überprüfen: Je mehr ich
mich den heruntergeteilten 50Hz nähere, desto stabiler wird das
Schirmbild. Die 50Hz sind dann perfekt synchron.
Die Anzeige wackelt auch nur noch bei Widerstandsmessungen, ein 1,8kOhm
springt mir ab und an um +/-10 Digits. Das hat aber andere Ursachen und
mit der PLL nichts zu tun. Danach muss ich noch suchen. Danke für den
Hinweis!

Der 4046 liefert beim Charge Pump PD2 (Ausgang Pin 13) am VCO-Eingang
(Pin 10, Demodulator out) normalerweise eine sehr saubere
Gleichspannung, sobald er eingerastet ist. Falls die Referenz von hier
50 Hz moduliert oder gestört sein sollte, dann allerdings schlagen je
nach Schleifenfilter die 50 Hz dort deutlich durch.

Da bei uns derzeit PLL ein Thema ist, habe ich mal ein idealisiertes
Simulationsmodell für PSPICE des 4046 hier laufenlassen mit
Schleifenfiltern bis 5. Ordnung.

Wenn Du mit dem Scope an Pin 10 keine saubere DC siehst (vorausgesetzt,
die PLL ist stabil eingerastet), so werden Störungen irgendwo
eingekoppelt, die Du dann beseitigen solltest. Diese Störungen
erscheinen bei Dir um Faktor 800 vergrößert am VCO-Ausgang als
unerwünschte Frequenzmodulation.

An Pin 1 (Phase Pulses) ist high gleich eingerastet und low nicht
eingerastet. Dort sollte high anliegen mit sehr schmalen 50 Hz-Pulsen
nach 0, im Idealfall extrem schmal. Daran sieht man die restliche
Korrektur, die ja immer irgendwie nötig ist.

Ich sehe das zwar nur in der Simulation und nicht im wirklichen Aufbau,
aber der Demodulator Out müßte IMHO so sauber wie möglich sein, damit
die PLL funktioniert. Da der VCO-Eingang analog ist, könnten ihn alle
digitalen Schaltflanken in der weiteren Umgebung stören.

mfg. Winfried

[Bernhard Deny]

Hallo,

Post by Axel Schwenke

Post by Bernhard Deny
Es geht hier "nur" um Serientaktunterdrückung.

Das Wort kannte ich bis eben noch gar nicht. Aber es scheint das
richtige zu bedeuten: die Unterdrückung von Fehlern durch Netzbrumm
auf der Meßgröße.

ja, genau. Auf Neudeutsch wohl "Normal Mode Rejection" (NMR).

Post by Axel Schwenke

Post by Bernhard Deny
Deshalb: lass das mit der PLL, ist hier nicht nötig.

Sehe ich (bzw. die mir vorliegende Literatur) nicht so. Ohne Kopplung
von Meßintervall und Netzfrequenz ist die Dämpfung im wesentlichen von
der Länge des Meßintervalls abhängig mit ca. 10dB/Dekade. Integrations-
zeiten um 100ms (5 Perioden) haben schlimmstenfalls weniger als 25dB
Dämpfung, halbwegs abgeglichen auf 100ms eher 40dB (ein Beispiel aus
dem Text[1]: bei 100ms und 1% Frequenzabweichung sind es 40dB)
Wenn man die Integrationszeit nicht stark verlängern will, sollte man
den Takt per PLL an die Netzfrequenz koppeln und kommt dann auch über
100dB. Für 2000 Digits sollte man schon 60dB anstreben. Das wäre ohne
PLL (und Abgleich auf 1%) nur mit 10s Integrationszeit zu schaffen.

Im Normalbetrieb dürfte die Netzfrequenz kurzzeitig so auf 10..50 mHz
genau sein (2*10E-4 .. 10E-3), übers Jahr gemittelt lt. Radiowecker
sicher besser als Billigquarz. Deshalb ja mein Vorschlag mit Quarz,
10E-5 Genauigkeit.

Angenommen, man integriert über eine Periodendauer, indem man die
Integrationszeit mit 10E-3 Genauigkeit einhält. Ohne den Aufwand einer
phasenstarren Kopplung. Schlechtestenfalls erwischt man den Abschnitt um
die Spitze der Sinuskurve, welcher dann ungefähr mit (10E-3 * sqrt(2) *
Ubrumm,eff) = ca. 1.5*10E-3 vom Brumm in das Gesamtergebnis eingeht.
Wären 57dB NMR, bei 10 mHz genauer Netzfrequenz ca. 63dB NMR.

Welche Brummspannungen erwartet man eigentlich?

Das mit der PLL gabs tatsächlich bei den seligen Prema-Multimetern, hier
noch die Datenblätter.
http://www.ohh.de/6048.htm
http://www.ohh.de/5017.htm
Das ist aber eine ganz andere Liga als Peters Eigenbau.

@Peter: Deshalb lohnt in Deinem Fall der Aufwand nicht.

Gruß,
Bernhard

[Henry Kiefer]

Post by Bernhard Deny
Welche Brummspannungen erwartet man eigentlich?
Das mit der PLL gabs tatsächlich bei den seligen Prema-Multimetern, hier
noch die Datenblätter.
http://www.ohh.de/6048.htm
http://www.ohh.de/5017.htm
Das ist aber eine ganz andere Liga als Peters Eigenbau.
@Peter: Deshalb lohnt in Deinem Fall der Aufwand nicht.

Das waren ja auch die mit einem 24-Bit Wandler als Modulblock. Mein
ehemaliger nun verstorbener Cheffe hatte das Ding ganz glücklich auf
seinem Schreibtisch als nächstes Projekt platziert. Prema war ja um die
Ecke...

(Sein verschrobenstes Projekt war wohl der 6-beinige Laufroboter, dem
ein Student Leben einhauchen mußte. Oder wie wärs mit der Industrial
Control-Visualisierungssoftware auf DOS. Dann kam Windoof...)


- Henry

[Bernhard Deny]

Hallo,

Post by Henry Kiefer

Post by Bernhard Deny
Welche Brummspannungen erwartet man eigentlich?
Das mit der PLL gabs tatsächlich bei den seligen Prema-Multimetern,
hier noch die Datenblätter.
http://www.ohh.de/6048.htm
http://www.ohh.de/5017.htm
Das ist aber eine ganz andere Liga als Peters Eigenbau.
@Peter: Deshalb lohnt in Deinem Fall der Aufwand nicht.

Das waren ja auch die mit einem 24-Bit Wandler als Modulblock. Mein
ehemaliger nun verstorbener Cheffe hatte das Ding ganz glücklich auf
seinem Schreibtisch als nächstes Projekt platziert. Prema war ja um die
Ecke...

ja, das sind schon nette Geräte, wir haben auch das eine oder andere aus
der Quelle herumstehen.
Leider hat man dort das Produktsegment Messtechnik gestrichen, auf der
Webseite findet sich nicht mal ein Hinweis, dass man in dieser Richtung
lange Zeit tätig war. Die gleiche Unsitte wie bei anderen
Halbleiterhestellern. Als wäre denen das peinlich oder der Bau von
Messgeräten sittenwidrig.
Was tut man bei einem Defekt? :-o

Gruß
Bernhard

[Henry Kiefer]

Post by Bernhard Deny
Hallo,

Post by Henry Kiefer

Post by Bernhard Deny
Welche Brummspannungen erwartet man eigentlich?
Das mit der PLL gabs tatsächlich bei den seligen Prema-Multimetern,
hier noch die Datenblätter.
http://www.ohh.de/6048.htm
http://www.ohh.de/5017.htm
Das ist aber eine ganz andere Liga als Peters Eigenbau.
@Peter: Deshalb lohnt in Deinem Fall der Aufwand nicht.

Das waren ja auch die mit einem 24-Bit Wandler als Modulblock. Mein
ehemaliger nun verstorbener Cheffe hatte das Ding ganz glücklich auf
seinem Schreibtisch als nächstes Projekt platziert. Prema war ja um
die Ecke...

ja, das sind schon nette Geräte, wir haben auch das eine oder andere aus
der Quelle herumstehen.
Leider hat man dort das Produktsegment Messtechnik gestrichen, auf der
Webseite findet sich nicht mal ein Hinweis, dass man in dieser Richtung
lange Zeit tätig war. Die gleiche Unsitte wie bei anderen
Halbleiterhestellern. Als wäre denen das peinlich oder der Bau von
Messgeräten sittenwidrig.
Was tut man bei einem Defekt? :-o

Du hast mehr Chancen als bei den meisten anderen Herstellern. Sie haben
immerhin ihren Namen behalten und wohnen auch schon länger an der
gleichen Stelle ;-)


- Henry

[uwe wiards]

Post by Henry Kiefer

Post by Bernhard Deny
Was tut man bei einem Defekt? :-o

Du hast mehr Chancen als bei den meisten anderen Herstellern. Sie haben
immerhin ihren Namen behalten und wohnen auch schon länger an der
gleichen Stelle ;-)

Stimmt, es gibt immer noch einen Geräteservice von Prema.
Dort arbeitet offensichtlich zwar nur noch ein kompetenter Mitarbeiter,
aber... immerhin.

[Thomas Schaerer]

Post by Peter Engels
Hallo zusammen,

Hallo Peter,

Ich habe soeben mal den Thread gelesen. Ich weiss nun nicht ob Dir der
folgende Elektronik-Minikurs etwas helfen kann. Vielleicht? Schau einfach
mal kurz rein:

"50-Hz-Notchfilterbank in SC-Filter-Technik: PLL-Taktgenerator (Teil 2)"
http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/scnf2.htm

Siehe Kapitel "Der netzfrequenzsynchrone Frequenzmultiplier"...

Gruss
Thomas