Konstrukce Telekomunikačních Zařízení Projekt 1 návrh, simulace a implementace analogových filtrů Ondřej Zub (ozub81@seznam.cz) 2. dubna 2005 Cílem projektu je seznámit se prakticky s programovatelnými analogovými součástkami. Pro tento účel byla vybrána realizace pásmové propusti pro vysílací část ATU-R ADSL modemu, kterou je možné omezit spektrum vysílaného signálu tak, aby vyhovoval spektrální masce uvedené v doporučení ITU-T G.992.1 obrázek 1. Filtr je tvořen kaskádním řazením horní a dolní propusti, realizovaných pomocí integrovaných obvodů isppac10 a isppac80. Obrázek 1: spektrální maska pro ATU-R
zadání 1. Naprogramujte obvod isppac80 tak, aby realizoval dolní propust odpovídající části požadovaného filtru. Parametry součástek volte tak, aby výsledný filtr měl v propustném pásmu jednotkový přenos. 2. Ověřte pomocí generátoru a osciloskopu správou funkci filtru. 3. Změřte pomocí wobleru modul kmitočtové charakteristiky DP. 4. Naprogramujte obvod isppac10 tak, aby realizoval HP prvního řádu odpovídající příslušné části požadované PP. 5. Ověřte pomocí generátoru a osciloskopu správou funkci filtru. 6. Změřte pomocí wobleru modul kmitočtové charakteristiky HP. 7. Změňte parametry bloku HP tak, aby jeho zisk vzrostl na referenčním kmitočtu o 6 db a ověřte skutečnou hodnotu zisku měřením. 8. Naprogramujte do isppac10 dva kaskádně propojené bloky HP prvního řádu, nastavte parametry obvodu pro celkový zisk systému 0 db v propustném pásmu. 9. Propojte testovací desky s obvody isppac10 a isppac80. 10. Ověřte pomocí generátoru a osciloskopu správou funkci kaskády filtrů. 11. Změřte pomocí wobleru výsledný modul kmitočtové charakteristiky kaskády filtrů. 12. Zhodnoťte kvalitu PP s ohledem na požadovanou masku obrázek 1. schema zapojení Obrázek 2: schema zapojení
54 131 135 138 200 250 300 307-20 -21-22 -23-52 -70 Tabulka 1: frekvenční charakteristika dolní propusti 4 15 20 25 40-40 -20-16 -14-10 Tabulka 2: frekvenční charakteristika horní propusti dolní propust tabulka 1, obrázek 3 Pro návrh dolní propusti byl pro svoji velmi strmou frekvenční charakteristiku zvolen eliptický filtr s mezní frekvencí 138.4 khz a útlumem 58.19 db na dvojnásobku mezní frekvence. Pro realizaci filtru byl použit integrovaný obvod isppac80. Dolní propust je reprezentována v obslužném software identifikátorem 4272. 30 50 60 70 0 100 200 300 Obrázek 3: frekvenční charakteristika dolní propusti horní propust tabulka 2, obrázek 4 Pro návrh horní propusti byl využit integrovaný obvod isppac10. Pro zvýšení strmosti přechodového pásma bylo užito kaskádní zapojení dvou identických bloků reprezentujících shodnou horní propust. kompletní filtr (kaskádní zapojení dolní a horní propusti) tabulka 3, obrázek 5 Zapojme nyní do kaskády navrženou dolní a horní propust získáváme tak kompletní pásmovou propust.
10 30 0 10 20 30 40 50 Obrázek 4: frekvenční charakteristika horní propusti 4-40 10-25 16-19 20-16 25-13 33-11 40-10 55-9 70-8 80-8 90-8 120-8 130-9 135-10 150-17 165-17 175-25 190-37 200-41 210-47 230-60 250-71 280-64 300-65 350-75 Tabulka 3: frekvenční charakteristika pásmové propusti
0 60 80 0 100 200 300 400 Obrázek 5: frekvenční charakteristika pásmové propusti 0 10 30 50 0 100 200 300 400 Obrázek 6: frekvenční charakteristika pásmové propusti výstup wobleru
zvýšení zisku filtru o 6 db Zvýšení zisku filtru o 6 db lze docílit úpravou parametrů horní propusti tak, že zesílení prvního operačního zesilovače změníme z původní hodnoty 1 na hodnotu 2. konfrontace navrženého filtru se zadanou spektrální maskou 60 80 100 0 100 200 300 400 Obrázek 7: frekvenční charakteristika pásmové propusti konfrontace se zadanou maskou (čárkovaně zadaná maska, plně frekvenční charakteristika navrženého filtru) závěr Konfrontujeme-li výsledek návrhu se zadanou spektrální maskou, musíme konstatovat, že námi navržený filtr nesplňuje zadané požadavky. Část filtru tvořící horní propust nesplňuje do detailu požadovanou strmost. Tento fakt je zapříčiněn možnostmi programovatelného obvodu isppac10, který bohužel nebylo možno nakonfigurovat tak, aby vzestupná hrana frekvenční charakteristiky splnila zadané požadavky. Výsledný útlum při vyšších frekvencích (určený frekvenční charakteristikou dolní propusti) rovněž nebyl dodržen. Zde se však jako limitující faktor jevil časový limit určený k návrhu. I přes zmíněná omezení a drobná nedodržení zadání lze mluvit o úspěchu, neboť hlavním cílem měření bylo seznámení se s analogovými programovatelnými součástkami. Lze tedy říci, že dominantní cíl měření byl splněn.