Dynamický rozsah Intermodulační zkreslení

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Dynamický rozsah Intermodulační zkreslení"

Josef Beran
před 7 lety
Počet zobrazení:

1 Dynamický rozsah Intermodulační zkreslení

2 Nelineární soustava 2 3 ( ) = + ( ) + ( ) + ( ) y t a a x t a x t a x t Průchod harmonického signálu nelineární soustavou x( t) = Acos( ωt) 2 3 y( t) = a0 + a1acos( ωt) + a2cos ( ωt) + a3cos ( ωt) +... = = a + a cos ( ωt) + a cos( 2ωt) + a cos( 3 ωt) Na výstupu dostáváme periodický signál, není však harmonický. Je zkreslen vyššími harmonickými složkami.

a1acos( ωt) + a2cos ( ωt) + a3cos ( ωt) +... = = a + a cos ( ωt) + a cos( 2ωt) + a cos( 3 ωt) +.

3 Průchod biharmonického signálu nelineární soustavou ( ) = 1cos( ω1 ) + 2cos( ω2 ) = 0 + 1( 1cos ω1 + 2cos ω2 ) + ( ( ω ) ( ω )) ( ( ω ) ( ω )) x t A t A t ( ) ( ) ( ) y t a a A t A t a A cos t + A cos t + a A cos t + A cos t +... = aa 2 1 = a0 + a1a1cos( ω1t) + a1a2cos( ω2t) + ( 1+ cos ( 2ω1t) ) + 2 aa ( 1 cos( 2 t) ) a AA cos ( ) t cos t 2 mω 1± nω 2 2 aaa cos ( ω1t )... 2 ( ( ) (( ) )) ω ω1 ω2 + ω1+ ω2 + Spektrum výstupního signálu obsahuje složky na kmitočtech mω 1± nω 2, kde mn, Z. Velikost spektrálních čar souvisí s velikostí budících signálů nelineárně. Jev se nazývá intermodulace. aaa ( ω t) Ve vztahu se vyskytují i členy typu 1 2. Jedná se o složku, která leží na kmitočtu ω1, její amplituda souvisí s A1a A2. Přítomností této složky lze vysvětlit křížovou modulaci. cos

.. cos ( ω1t )... 2 ( ( ) (( ) )) 2 2 + + ω2 + 2 1 2 ω1 ω2 + ω1+ ω2 + Spektrum výstupního signálu obsahuje složky na kmitočtech mω 1± nω 2, kde mn, Z.

4 Dynamický rozsah P IP3_O IP3 výstupní výkon P o (dbm) P sat P IP1_O MDS o P šo výstupní lineární dynamický rozsah DR základní signál strmost 1:1 3dB IP1 dynamický rozsah bez IM zkreslení SFDR 1dB intermodulační složky 3. řádu, strmost 3:1 oblast saturace destrukce šumové pozadí P ši MDS i P IP1_I P IP3_I vstupní výkon P i (dbm) f 1 f 2 f 2 -f 1 2f 1 -f 2 2f 2 -f 1 f 1 +f 2 2f 1 2f 2 2f 2-2f 1 3f 2-3f 1 3f 1-2f 2 3f 2-2f 1 4f 1-3f 2 4f 2-3f 1 f

3. řádu, strmost 3:1 oblast saturace destrukce šumové pozadí P ši MDS i P IP1_I P IP3_I vstupní výkon P i (dbm)

6 Kmitočtová konverze Směšovače

7 Kmitočtová konverze (směšování) 1 smf t svf t LOt svf t e e 2 1 Smf ( ω) = Svf ( ω ωlo ) + Svf ( ω+ ωlo ) 2 jωlot jωlot () = () cos( ω ) = () ( + ) S vf (ω) S mf (ω) ω + ω 1/2S vf (ω+ω LO ) + 1/2S vf (ω-ω LO )

8 přijímaný kmitočet S vf (ω) Preselekce H(ω) zrcadlový kmitočet ω S vf (ω) ω S mf (ω) ω + ω 1/2S vf (ω+ω LO ) + 1/2S vf (ω-ω LO )

9 přijímaný kmitočet S vf (ω) Preselekce H(ω) zrcadlový kmitočet ω S vf (ω) ω S mf (ω) ω + ω 1/2S vf (ω+ω LO ) + 1/2S vf (ω-ω LO )

10 Obvodová realizace směšovače Gilbertova buňka IF Output Diodový dvojitě vyvážený směšovač Vcc RF Input GND LO Input LO Input Vbias TRANS5 RF Input Vbias GND IF Output GND Asymetrický směšovač RF Input F_RF F_IF MF Output IF Input F_LO

Input LO Input Vbias TRANS5 RF Input Vbias GND IF Output

11 Směšování Směšovač nelineární obvod na jehož vstupu jsou z principu minimálně 2 signály, signál lokálního oscilátoru a přijímaný signál => Vznik intermodulačních produktů na kmitočtech mf LO± nfvf. Z hlediska směšování jsou důležité pouze produkty druhého řádu, tj. f ± f, ostatní produkty jsou nežádoucí. VF LO Intermodulace může způsobit nechtěný příjem na parazitním kmitočtu. Řešení problému s intermodulací na směšovači Konstrukce směšovačů Kmitočtový plán přijímače optimalizace Úrovňový plán přijímače optimalizace

Z hlediska směšování jsou důležité pouze produkty druhého řádu, tj. f ± f, ostatní produkty jsou nežádoucí.

12 Směšovač Nelineární obvod vznik intermodulačních produktů Ideální směšovač čtyř kvadrantová násobička, pouze ( ( ) (( ) )) 1 cos( ω1t) cos( ω2t) = cos ( ω1+ ω2) t + cos ω1 ω2 t 2 mf ± nf 1 2 f ± f 1 2 f VF -kmitočet přijímaného signálu f LO fmf -kmitočet lokálního oscilátoru - mezifrekvenční kmitočet flo = fvf ± fmf -ladění lokálního oscilátoru (+ ladí se o mf kmitočet výš, - ladí se o mf kmitočet níž)

± f 1 2 f VF -kmitočet přijímaného signálu f LO fmf -kmitočet lokálního oscilátoru - mezifrekvenční

13 Směšování Pro daný kmitočet lokálního oscilátoru a mezifrekvenční kmitočet je možný příjem na dvou kmitočtech f = f + f f = f f VF LO MF VF LO MF Z dvojice kmitočtů je vybrán vstupními selektivními obvody přijímače pouze jeden. Druhý, tzv. zrcadlový kmitočet je potlačen. Směšovač s potlačením zrcadlového kmitočtu (Image rejection mixer) MF j LO ( ) ( ) s t s t e ω s VF (t) t = VF LO cos sin s MF (t)

obvody přijímače pouze jeden. Druhý, tzv. zrcadlový kmitočet je potlačen.

14 Reálný směšovač Není ideální násobička => problém s intermodulačními produkty přijímaného signálu a lokálního oscilátoru mflo ± nfvf f VF f mf n MF LO =± kmitočty, na kterých je možný příjem Potlačení jednotlivých intermodulačních produktů se řídí tzv. směšovací tabulkou (mix table)

mf n MF LO =± kmitočty, na kterých je možný příjem Potlačení

16 Další parametry směšovače RF IF LO Konverzní ztráty U U IF RF Izolace bran LO-IF (průnik signálu LO do brány IF) LO-RF (průnik signálu LO do brány RF)

17 Tranzistorový dvojitě vyvážený směšovač AD831

19 Směšovač s potlačením zrcadlového příjmu IRM Image Rejection Mixer RF RFI IF RF, 3 db 90º Hybridní člen RFQ 3 db dělič výkonu LO IF, 3 db 90º Hybridní člen Image A γ [ db] 2 1+ γ + 2γ cosφ = 10log 1 + γ 2 γ cos φ Image 2 φ amplitudové nevyvážení fázové nevyvážení Potlačení zrcadla [db] Potlačení zrcadlového příjmu Fázové nevyvážení [º] Amplitudové nevyvážení [db]

2γ cosφ = 10log 1 + γ 2 γ cos φ Image 2 φ amplitudové nevyvážení fázové nevyvážení

20 Rádiové přijímače

21 Základní pojmy Selektivita - schopnost přijímače potlačovat příjem na kmitočtech mimo naladěný kanál Blízká selektivita - schopnost potlačovat příjem na sousedních kanálech Vzdálená selektivita -schopnost potlačovat vzdálené kmitočty Měření selektivity Analogové přijímače - vyhodnocuje se úroveň signálu na výstupu přijímače vyvolané nechtěným příjmem vzhledem k úrovni chtěného signálu Digitální přijímače - vyhodnocuje se chybovost příjmu chtěného signálu za přítomnosti nechtěného signálu

22 Základní pojmy Citlivost - schopnost přijímače zpracovávat slabé signály Měření Analogové přijímače - hledá se nejmenší úroveň vstupního signálu, pro který je splněn požadavek na minimální S/N na výstupu Digitální přijímače - hledá se nejmenší úroveň vstupního signálu, pro který je splněn požadavek na chybovost BER

23 Základní pojmy Intermodulační odolnost přijímače schopnost potlačovat intermodulační produkty

24 Základní pojmy analogové přijímače Křížová modulace přenos modulace signálu (obvykle o velké úrovni) na který není přijímač naladěn na přijímaný signál (obvykle slabý) Znecitlivění přijímače ztráta schopnosti přijímat slabé signály v případě, že se na vstupu objeví signál mimo naladěný kanál o velké úrovni Zkreslení přijímače nelineární zkreslení přijímaného signálu Účinnost AVC schopnost přijímače udržovat stejnou úroveň signálu na výstupu v případě přijmu slabých a silných signálů

25 Typy přijímačů Krystalka pouze pro AM modulaci, přijímač tvořen selektivním obvodem a AM demodulátorem Přímo zesilující přijímače před demodulátor zařazen vf. zesilovač Superreakční přijímače využívá tzv. superreakce, vstupní obvody přijímače kmitací, čímž je dosaženo velkého zesílení Superheterodynní přijímače - přijímače s kmitočtovou konverzí

26 Krystalka Přijímač s kohererem Jednoduchá krystalka

27 Přímo zesilující přijímač

28 Ukázka superreakčního přijímače

29 Superheterodynní přijímač s jedním směšováním preselektor mezifrekv. zesilovač demod. lokální oscilátor

30 Superheterodynní přijímač s dvojím směšováním preselektor 1. mf. zesilovač 2. mf. zesilovač demod. 1. lokální oscilátor 2. lokální oscilátor

31 Blokové schéma integrovaného obvodu pro AM a dig. přijímače

34 Kmitočtový plán přijímače dB dB dB dB Parazitní příjmy [MHz] dB dB dB dB dB 1 1 0dB dB dB dB dB dB Nastavený kmitočet [MHz]

35 Typy superheterodynních přijímačů Přijímač s nízkou mezifrekvencí Selektivní MF zesilovač lze realizovat aktivními filtry integrovanými na chip. Problém s potlačením zrcadlového příjmu. Přijímač s nulovou mezifrekvencí (homodyn) Signál je směšován do základního pásma. MF zesilovač realizován jako aktivní dolní propust. Problém se šumem 1/f u mf zesilovače. Konvertor Up Mf kmitočet leží nad maximálním přijímaným kmitočtem. Řeší problém se zrcadlovým příjmem. Přijímač s dvojím směšováním 1. mezifrekvence vysoká řeší problém s potlačením zrcadla Blízká selektivita realizovaná na druhém mezifrekvenčním kmitočtu.

36 Přijímač s IRM preselektor IRM mezifrekv. zesilovač demod. lokální oscilátor Preselektor lze vynechat, zrcadlový příjem je potlačen ve směšovači Výhody ušetření drahého filtru, IRM směčovač lze integrovat na chip Nevýhody malé potlačení zrcadlového kmitočtu vzhledem ke klasické koncepci Problém s vyzařováním signálu lokálního oscilátoru přijímací anténou. Použití PLAN (Zigbee, Bloetooth, Wifi, GPS, mobilní telefony Blokové schéma chipu pro Zigbee

37 Přijímač s nulovým mezifrekvenčním kmitočtem (Homodyn) Přijímaný signál je přímo směšován do základního pásma (komplexní obálky) Řeší problém s potlačením zrcadla, Filtrace se provádí pomocí dolních propustí snadno integrovatelných na chip. Problém stejnosměrně vázaných zesilovačů, se šumen zejména 1/f. Problém se vznikem stejnosměrné složky způsobené nedokonalostí směšovačů. Problém s vyzařováním signálu lokálního oscilátoru přijímací anténou. PLAN (Zigbee, Bloetooth, Wifi, GPS, mobilní telefony Blokové schéma chipu pro Zigbee

38 Integrované provedeni TV tuneru

39 DVB-S tuner

Podobné dokumenty

Rádiové přijímače a vysílače

Rádiové přijímače a vysílače 1. Rádiové přijímače Zařízení pro zpracování rádiových signálů přijatých anténou Požadavky na rádiové přijímače dynamický rozsah - schopnost zpracovávat jak silné, tak slabé