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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik DDS 120Mhz Addition von Signalen


Autor: Thomas R. (Gast)
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Hallo,

mein Ziel ist es, drei Sinusschwingungen zu addieren. Das sich das ganze 
im HF-Bereich (85-125MHz) abspielt bekomme ich bisher keine reine 
addition der Signale ohne Seitenbänder hin (Seitenbänder ausserhalb o.g. 
Frequenzbereichs können vernachlässigt werden).
Die mir bekannten kommerziell erwerblichen Lösungen schaffen es nicht, 
die notwendige Konstanz der Frequenzen bzw deren Amplituden zu 
gewährleisten.

Gibt es einen DDS chip, der intern drei Frequenzen aus seinen Tabellen 
ausliest, addiert und erst dann DA-wandelt? bzw seht ihr eine 
möglichkeit, dieses Problem mit überschaubarem Aufwand (analog) selbst 
in den Griff zu bekommen.

FPGA/CPLd scheiden frequenztechnisch in diesem Bereich wohl aus.
Geforderte zeitliche Konstanz der Amplituden
Geforderte zeitliche Konstanz der Frequenzen


Vorweihnachtliche Grüße
Thomas

Autor: Falk Brunner (falk)
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@Thomas R. (Gast)

>Die mir bekannten kommerziell erwerblichen Lösungen schaffen es nicht,
>die notwendige Konstanz der Frequenzen bzw deren Amplituden zu
>gewährleisten.

Das glaube ich nicht.

>Gibt es einen DDS chip, der intern drei Frequenzen aus seinen Tabellen
>ausliest, addiert und erst dann DA-wandelt?

Glaub ich nicht. Denn das ist kein DDS mehr.

>möglichkeit, dieses Problem mit überschaubarem Aufwand (analog) selbst
>in den Griff zu bekommen.

Bei deinem Kenntnissstand wahrscheinlich nicht. Ein HF Spezi oder 
Funkamateur könnte das hinkriegen.

>FPGA/CPLd scheiden frequenztechnisch in diesem Bereich wohl aus.

Kaum ;-)

>Geforderte zeitliche Konstanz der Amplituden

1%, ist machbar.

>Geforderte zeitliche Konstanz der Frequenzen

Ist auch kein grosses Thema, macht immerhin 1 Promille bei 100 MHz. 
Quarzoszillatoren sind um den Fakto 10..1000 besser.


MFG
Falk

Autor: Thomas R. (Gast)
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wie würdest du es denn angehen?

Autor: Thomas R. (Gast)
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(ich will keine Lösung sondern nur die notwendigen Stichwörter)

Autor: Thomas R. (Gast)
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Kann mir keiner Hilfestellung leisten?

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo Thomas,

> mein Ziel ist es, drei Sinusschwingungen zu addieren. Das sich das ganze
> im HF-Bereich (85-125MHz) abspielt bekomme ich bisher keine reine
> addition der Signale ohne Seitenbänder hin (Seitenbänder ausserhalb o.g.
> Frequenzbereichs können vernachlässigt werden).
> Die mir bekannten kommerziell erwerblichen Lösungen schaffen es nicht,
> die notwendige Konstanz der Frequenzen bzw deren Amplituden zu
> gewährleisten.
Wenn es um die Addition alleine (ohne Signalgenerierung) geht, würde ich 
an eine ganz normale Addierschaltung mit einem Operationsverstärker 
denken. Als OPV bieten sich verschiedene Current Feedback OPV, aber auch 
noch diverse "normale" OPV an. Du mußt aber darauf achten, daß sie für 
Unity Gain (Verstärkung 1) kompensiert sind; sonst mußt Du das durch 
eine äußere Beschaltung selbst machen (z. B. RC-Glied zwischen + und - 
Eingang, wie genau, steht im Tietze Schenk).

Je nach Leitungslänge der Zuleitungen solltest Du bei 100MHz schon an 
die Wellenanpassung denken.

Und die Werte der Entstörkondensatoren würde ich auch anhand der 
Resonanzkurven auswählen (100nF alleine ist sicher nicht mehr das 
Optimum).

Die durchgehende Massefläche und SMD ist bei diesen Frequenzen nahezu 
Pflicht, obwohl die alten Motorola-Verstärkerschaltungen immer wieder 
eindrucksvoll beweisen, daß es auch ohne SMD geht, wenn man sich richtig 
auskennt.

> FPGA/CPLd scheiden frequenztechnisch in diesem Bereich wohl aus.
Das glaube ich nicht.

> Geforderte zeitliche Konstanz der Frequenzen
Die gibst Du ja vor, beispielsweise über mehrere DDS-Chips, die den 
gleichen Takt benutzen.

Wozu soll das eigentlich gut sein? 3 Sinuswellen addiert finde ich nicht 
so spannend.

Gruß,
  Michael

Autor: Thomas R. (Gast)
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Wenn ich recht informiert bin ist bei den meisten fpgas doch bei rund 
400Mhz schluss. Wenn ich dann noch mehrere Stützstellen ausgeben möchte 
wird es da diue Luft aber verdammt dünn, wenn ich die aus internem 
Tabelle die werte auslesen, addieren und ausgeben möchte!?

OPV hört sich gut an, werde ich morgen durchsimmulieren. Inwieweit sind 
störende Seitenbänder zu erwarten?

Grüße
T.

Autor: Der Unbekannte #2 (Gast)
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Das Geheimnis liegt darin, die Signale im Basisband zu addieren 
(beispielsweise 80 MHz weiter unten) und dann hochzumischen.

Autor: womai (Gast)
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Hallo Thomas,

schau Dir mal den AD9959 DDS-Chip von Analog Devices an. Der kann 4 
unabhaengige Signale bis 200 MHz erzeugen, mit Frequenzaufloesung von 
0.12 Hz. Es gibt ein Eval-Board dafuer, kostet laecherliche US$250 (viel 
billiger als Selberbauen!); ich hab's bei mir stehen, funktioniert 
prima. Frequenzzstabilitaet ist so gut wie der (Quarz-)Oszillator, mit 
dem du es antreibst, 25ppm = 0.0025% ist ohne weiteres erhaeltlich.

Wenn Du einen Tiefpass nachschaltest (Grenzfrequenz ca. 150 MHz), dann 
ist der Ausgang schoen sinusfoermig. Bloss wichtig, dass die 
Grenzfrequenz irgendwo zwischen Deinen Signalfrequenzen (85 - 125 MHz) 
und der ersten Oberwelle (170 - 250 MHz) liegt. Auf dem Board sind 
bereits diskrete, passive 190-MHz-Filter implementiert, aber man kann 
sie auch leicht umgehen wenn man will (einfach einen 0-Ohm-Widerstand 
umloeten). Minicircuits hat sehr brauchbare Filter (z.B. SLP-150+ fuer 
150 MHz), dann brauchst Du sie nicht selber designen und bauen.

Wie in einem frueheren Posting vorgeschlagen, dann einfach die einzelnen 
Sinuswellen mit einer schnellen Op-Amp-Schaltung analog zusammenaddieren 
und fertig! (der AD9959 hat sogar digitale Amplitudenkontrolle fuer 
jeden einzelnen Kanal).

Wolfgang

Autor: Ooohhh (Gast)
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Was spricht dagegen, die 3 Frequenzen mit einem Splitter zu addieren ? 
OpAmps sind oberhalb 10Mhz nicht mehr so der Knaller.

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo,

wenn Du komplett mit einem 50 Ohm System arbeitest, d. h. alle Quellen 
und Senken haben einen Eingangs- bzw. Ausgangswiderstand von 50 Ohm, 
dann kannst Du die Addition mit ein paar Widerständen realisieren (siehe 
angehängte Datei):

Für R1=R2=R3=R4=25 Ohm fließt dann je ein Drittel des Stromes der 
Eingänge in den Ausgang und addiert sich dort zum Ausgangssignal.

Alle Ein- und Ausgänge sehen außerdem 50 Ohm, so daß die Wellenanpassung 
gelingt.

--

Willst Du eine OPV-Variante mit Signalquellen auf demselben Board haben, 
kommt es auf die 50 Ohm Eingangswiderstand nicht so an.
Allerdings sollten alle Quellen dieselbe Impedanz haben, und der OPV 
sollte Kabel treiben können und auch bei 100 MHz noch einen geringen 
Ausgangswiderstand haben (z. B. AD8000: Ausgangswiderstand bei 100 MHz: 
10 Ohm).


Die Schaltung könnte dann so aussehen:

U1       470
  o-----|||||---------*
                      |
U2       470          |
  o-----|||||---------*
                      |
U3       470          |       470
  o-----|||||---------*------|||||----*
                      |               |
                      |   |\¸         |
                      |   | \         |
                      |---|- \        |     42
                          |   \-------*----|||||-----o
                          |   /
                      |---|+ /AD8000
                          | /
                          |/

Es kommt bei dem gewählten OPV auf den Wert des 
Rückkopplungswiderstandes an. Dieser beträgt in diesem Fall 
optimalerweise 432 Ohm +/-10%, also z. B. 470 Ohm.

An den Ausgang kannst Du dann beispielsweise ein TP-Filter von 
Minicircuits ranhängen.


Gruß,
  Michael

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo Thomas,

> Wenn ich recht informiert bin ist bei den meisten fpgas doch bei rund
> 400Mhz schluss. Wenn ich dann noch mehrere Stützstellen ausgeben möchte
> wird es da diue Luft aber verdammt dünn, wenn ich die aus internem
> Tabelle die werte auslesen, addieren und ausgeben möchte!?

Du kannst mit einem Clockmanager Hilfstakte generieren, die synchron mit 
dem Systemtakt laufen, aber um 90°, 180°, 270° oder auch um beliebige 
Winkel phasenverschoben sind. Dabei nutzt der FPGA interne 
Signallaufzeiten aus, die genau bekannt sind.
Das ergibt Zeitdifferenzen deutlich kleiner als der Systemtakt, die Du 
dazu verwenden kannst, parallel mehrere DA-Wandler gleichzeitig zu 
betreiben und die Ausgangssignale zu addieren.

> OPV hört sich gut an, werde ich morgen durchsimmulieren. Inwieweit sind
> störende Seitenbänder zu erwarten?
Wenn die Eingangssignale ok sind, sind kaum störende Seitenbänder zu 
erwarten (schau im Datenblatt unter Nichtlinearität bzw. Verzerrungen).


Gruß,
  Michael

Autor: womai (Gast)
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Die vorgeschlagene Loesung mit passiven Splittern/Combinern 
(Widerstaenden) ist natuerlich auch moeglich. Wie ueblich gibt's dabei 
Vorteile und Nachteile:

Vorteile:

- einfaches Design - bloss ein paar Widerstaende. Op-amps ueber 100 MHz 
sind absolut erhaeltlich un verwendbar, aber ich stimme zu, ist nicht so 
simpel wie die Widerstaende. Man kann solche Splitter mit 
SMA-Anschluessen fertig kaufen (Minicircuits ist eine relativ 
preisguenstige Quelle dafuer).

Nachteile:

- schlechte Quellisolation - ein guter Teil des Signals einer 
Sinusquelle gelangt in die andere Quelle. Das kann (muss nicht, aber 
kann!) Probleme verursachen, je nachdem wie "tolerant" die andere Quelle 
ist. Wenn man Pech hat, gibt's ordentlich Intermodulationsprodukte und 
erhoehten Jitter.

- Ausgangsamplitude ist immer kleiner als Eingangsamplitdue; bei einem 
50-Ohm-Splitter ist die Ausgangs nur noch halb so gross. Im Gegensatz 
dazu kann man mit einer Op-Amp-Schaltung die Amplitude auch erhoehen 
wenn noetig (natuerlich geht dann die Bandbreite runter).

Wolfgang

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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Das sind natürlich keine Widerstands-Combiner sondern entkoppelte 
transformatorische Schaltungen. Beispiel:
http://www.mini-circuits.com/pdfs/ZFSC-3-13.pdf
hat im gewünschten Frequenzbereich 38 dB Isolation

Autor: Thomas R. (Gast)
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Vielen Dank für die zahlreichen Antworten!

Die Variante mit diskreten Minicircuits-Bauteilen hatte ich bereits 
versucht, doch sie zeigte nicht den gewünschten erfolg:







                                                      -------Mixer
                                                      I 
I
            Frequenz----Powersplitter  ------- Mixer 
------Powercombiner----Verstärker
                                                      I 
I
                                                      ------- Mixer


An jedem Mixer sind testweise Frequenzgeneratoren angeschlossen. Das 
Ergebnis sieht in der FFT aus wie ein Kamm und die gewünschten 
Frequenzen sind nicht stark überhöht gegenüber den unerwünschten. Zudem 
fluktuieren sie stark. (Das verhalten ist mir noch nicht ganz klar, da 
die Teile nicht ausserhalb der specs betrieben wurden).  Wie bereits 
zuvor erwähnt ist die Ausgangsleistung recht gering.


Ich werde die OP-Amp-variante ausprobieren. Nicht die eleganteste, aber 
gegenüber einem FPGA Projekt noch am überschaubarsten.


Die Addition von drei Sinussen mag zwar nicht die spannendste Aufgabe 
sein, aber für mich im Moment unerlässlich:
Es soll mit einem acousto-optischen Modulator ein Laserstrahl in drei 
Teilstrahlen aufgeteilt werden. Da ich nicht plane meine private 
Heimdisko zu bauen, müssen die Teilstrahlen eine recht konstante 
Ausgangleistung haben (<0,5 Prozent Schwankung).


Viele Grüße
Thomas

Autor: Ooohhh (Gast)
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Mixer? Weshalb Mixer ? Die Signale sollen doch addiert und nicht 
multipliziert werden.

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