Eigenbau DDS: Wie Reconstruction Filter realisieren?

Hallo Uwe, DO8UL und Uwe, DO5PI

DO8UL herzlich willkommen im Forum.....
Deine Überlegungen zur Funktion einer solchen Frequenzerzeugung für
3,5MHz funktioniert. Über die Möglichkeit der 700KHz Erzeugung kann
Dir der andere Uwe, DO5PI mehr als ich von der rechnerischen Seite
her erklären. Du solltest dabei bedenken dass Du kein Sinussignal , sondern
eine geschaltete Treppe mal hoch, mal runter erzeugst. Bei jedem Schaltpunkt
von einer Treppenstufe weiter zur nächsten wird ein Signalsprung mit unendlicher
Steilheit durchgeführt. Die sind also Rechtecksprünge und die haben alle möglichen
Oberwellen in sich vereint. Das Problem für Praxis ist, dass nur die Grundwelle
benötigt wird, die Oberwellen sind schädlich , diese soll dann noch vervielfacht werden.
Im ersten Moment der Betrachtung würde ich sagen dass ein enormer Filteraufwand
erforderlich sein wird. Es gibt noch eine andere Möglichkeit wie Du Dein Ziel der 3,5MHz
erreichen kannst. Erstelle Dir einen gut funktionierenden "Sinusgenerator" , teile dieses
Signal durch 8 oder 16 und vergleiche es mit Deinem DDS . Als Vergleicher CD4013
das ergibt nach dem Vergleich eine Regelspannung mit der Du den Sinusgenerator
steuerst.
Wünsche viel Erfolg bei Deinem Vorhaben und hier im Forum
73 de

Hallo zusammen,

die Rechnung von Uwe/DO5PI ist für mich nicht nachvollziehbar,
ca. 3 samples ( 2MHz clock/700kHz ) pro Zyklus sind nach Nyquist
genug, wenn man denn die von Uwe schon identifizierten
Nebenwellen ausfiltert.
Das ein aus drei passenden Werten zusammengestückelter
Sinus ungefiltert nicht so richtig sinus-förmig aussieht ist keine Überraschung.

Was eine eventuelle L/C Filterung angeht, ist das Problem die brutal hohe
Ausgangsimpedanz des 2R Netzwerks, die zu extrem hohen L Werten führt.
Evtl. erst puffern und dann filtern, aber dann kann man auch gleich ein aktives Filter
nehmen.

Viel Erfolg

Peter/DL3PB

P.S. ...verstehe jetzt die Argumentation von Uwe/DO5PI, er geht offenbar von einer Art PWM aus, vermutlich macht Uwe es
aber anders, er haut alle ~0.5µsec ( 2MHz 'clock' ) ein 8-bit breites sample, vermutlich aus einer Tabelle, raus.
Das funktioniert defintiv, es gab mal einen FA ( ?) Artikel dazu - mein bevorzugter µC hatte nur max. 8MHz Taktfrequenz,
so dass meine Versuche bei gut 200kHz endeten.
Wichtig ist das Zahl der benötigten Takte konstant ist ( etwa mittels Timer/Interrupt ) und eine scharfe Filterung wie bei
jeder DDS, typischerweise braucht man >40dB Unterdrückung der Faltprodukte.

Hallo Peter,

nun 3 Punkte bedeutet ein Dreieck: -2,5V -- 0V -- +2,5V

Ich habe aber eine Rechnung für 251 (max. 255) Zwischenpunkte eines Sinussignals aufgemacht.
Warum sonst sollte man einen 8-Bit DAC implementieren, wenn man ihn nicht nutzen möchte ?

Ich versuche die Beschreibung etwas ausführlicher zu machen.

Bei einer Taktfrequenz von 20MHz und 10 Takte für die Ausgabe eines neuen Spannungwerts auf dem DAC-Wandler, ergibt sich ein Spannungsänderungsintervall von 20MHz / 10 Takte = 2MHz.

In meinem Beispiel ist ein Sinus durch 251 analog Werten definiert, so das sich eine Sinusfrequenz von

f = 2MHz / 251 = 7,968kHz

ergibt.

Gibt man nur jeden zweiten Spannungswert der diskreten Sinuswerte auf dem DAC-Wandler aus, so verdoppelt sich die Frequenz.

Es ist richtig ein PWM-Signal soll aus 3 "Samples" bestehen, bevor ein neues PWM-Verhältnis angelegt wird. Ziel ist es ja mit Hilfe der PWM-Signal, nach der RC TP-Filterung, einen Sinus zu erhalten.

Ich hoffe das Bild zeigt nun den Sachverhalt eindeutig.

Hallo Uwe,

die 8 bit beziehen sich auf die Auflösung der Amplitude, dazu später mehr.

Gedankenexperiment: Wir verringern die Zahl der Stützstellen von 256 kontinuierlich.
Der Sinus wird immer weniger sinusförmig, immer 'eckiger'. Bei nur noch zwei samples
pro Zyklus erhalten wir eine reine Rechteckschwingung.
Das aber ist nichts anderes als ein Sinus der gewünschten Frequenz mit überwiegend
ungradzahligen Oberwellen, die sich leicht ausfiltern lassen.

In der Praxis wird man dieses Minimum nicht ausschöpfen um den Filteraufwand gering zu halten,
und stattdessen z.B. drei oder mehr Amplitudenwerte pro Schwingung benutzen ( muss nicht ganzzahlig sein )

Die 8-bit Auflösung der Ausgangsamplitude braucht man, da clock und gewünschte Frequenz in
der Regel gerade nicht in einem geradzahligen Verhältnis zueinander stehen, so dass die Phase durchläuft
und sich sehr unterschiedliche Amplituder ergeben können, wenn man versucht einen Ausschnitt der
gewünschten Sinusschwingung durch eine mittleren Wert anzunähern, nichts anderes macht eine DDS.

Der Einfachheit benutzt sie gleich lange Zeitabschnitte, ist aber nicht Bedingung, erleichtert nur
die Benutzung von 'look up' Tabellen, die wenig Rechenleistung brauchen und zügig ( Echtzeit ) abgearbeitet
werden können. ( http://de.wikipedia.org/wiki/Direct_Digital_Synthesis )

72/3!

Peter/DL3PB

P.S. hier ist der erwähnte Artikel: http://techdoc.kvindesland.no/radio/b1/20051213185956709.pdf

...der von mir verlinkte Artikel bezieht sich ausdrücklich auch auf die Kombination von DDS und PLL !
72/3
Peter/DL3PB

Also, wenn man als Frequenzmultiplikator ne PLL nimmt, dann müsste sich das mit Filtern fast von selbst erledigen..
ein Projekt wo das schon realtisiert wurde :

http://www.qsl.net/pa2ohh/04dds1.htm

Hallo Uwe / DO8UL

Hast es richtig verstanden. Ein sauberes Sinussignal erzeugen, puffern und splitten . Einmal zum Teiler
und ein mal zur weiteren Verwendung. Habe selber mit Ringkernen im Oszillator gearbeitet und bin sehr
zufrieden mit der Stabilität der Frequenz. Stimme zwar mit Drehko ab, aber der Referenz-VFO vom
Tramp8 macht dazu eine gute Figur . Musst Dir dieses Prinzip mal anschauen. Bei mir wird im Tramp
jeweils nur durch 32 geteilt , ergibt etwa 120KHz abtastfrequenz für die PLL und die Regelspannung
bleibt sauber , regelt gut und schnell nach, das Ausgangssignal ist einigermaßen sauber.
Und 120KHz wird Deine jetzige Schaltung doch wohl schaffen.

73 de

Quote from DO8UL

Doch nun nochmal zurueck zu meiner Ausgangsfrage: Hat jemand von euch Erfahrung mit dem Aufbau eines aktiven
Lowpass Filters mit dem LM318 fuer eine Cutoff Frequenz von 733kHz? Macht die Dimensionierung (s. oben) Sinn?

Das sollte grundsätzilch gehen, auch wenn die Kondensatoren im für Analogschaltungen unüblichen Picofarad Bereich liegen. Schnell genug ist der LM318, um nicht selber als Tiefpass zu fungieren. Allpassfilter zur Gruppenlaufzeitkompensation habe ich schon (vor gefühlten hundert Jahren) bis 5 MHz mit schnellen OP Amps ohne Probleme hingekriegt. Also sollte ein Lowpass genauso gehen. In der Simulation (Bild hängt an) geht es, allerdings liegt die CutOff Frequenz höher. Wenn man in der Simulation einen schnelleren OPAmp nimmt, führt die positive Rückkopplung über das C zu einer deutlichen Anhebung, bevor die Flanke abfällt.

Um sein Filterdesign zu prüfen gibt es ein praktisches Java Tool von Analog Devices:
http://designtools.analog.com/dt/filter/filterW.html</a>

Wenn du mehr Grundlagen hierzu suchst:
More Filter Design on a Budget
Filter Design in Thirty Seconds
Analog Filter Design Demystified - AN1795
a basic introduction to filters active passive and switched capacitor

Quote from DO8UL

Sollte ich den Lowpass doch eher aus Spulen/Kondensatoren aufbauen? Ich dachte, dass die Induktivitaeten
recht gross werden und das ganze dann nicht mehr praktikabel ist.

Damit du ein Gefühl bekommst hier ein Plot eines einfachen 600kHz Filters in passiver Technik. Die Spulenwerte lassen sich mit Ringkernen einfach hinkriegen.

73, Günter

Hallo Uwe,
dein mit 10K terminiertes Filter aus dem Post vorher sieht in der Simulation nicht sehr berauschend aus (Plot). Warum so hochohmig?

Lade dir doch einfach bei Gunthard Kraus den Ansoft Designer herunter oder das Filterberechnungsprogramm RFSim99 . Damit kannst du dir dein Filter nach Gusto designen und optimieren.
Die Spulenberechung dann mit dem Mini-Ringkernrechner.

73, Günter

Quote from DO8UL

Soweit ich verstehe, arbeitet der
Filter je besser, je weniger ich ihn bedaempfe, richtig?

Das ist nicht ganz korrekt, Uwe. Ein LC-Filter arbeitet dann richtig, wenn es eingangs-und ausgangsseitig mit seiner charakteristischen Impedanz abgeschlossen ist. Das heißt wenn es mit den Widerständen abgeschlossen ist, für die es dimensioniert wurde. Nur dann ist es auch ein Tiefpass mit definierte, Übertragungsverhalten.

Schließt man deinen Tiefpass mit 1000 Ohm ab, ergibt deine Dimensionierung das gewollte Übertragungsverhalten (Plot als pdf). Schließt man ihn jedoch mit 10K ab, dann ist die Übertragungsfunktion - wie aus dem Plot im Vorpost ersichtlich - als Tiefpass mehr oder weniger unbrauchbar.

73, Günter