Hallo,
ich habe hier einen Baustein der einen Mischer und einen Verstärker
enthält. Nun messe ich diesen Baustein in Senderichtung und drehe mein
Basisbandsignal in der Leistung hoch.
Ab einem gewissen Punkt erscheinen neben den Seitenbändern im
HF-Spektrum Oberwellen. Wenn die Seitenbändern bei +-fm sind, erscheinen
Oberwellen bei +-2fm, +-3fm, +-4fm.
Nun habe ich über die Ursache nachgedacht:
a) Der NF-Eingang des Bausteins wird übersteuert (clipping) und die
erzeugten Verzerrungen werden mit hochgemischt. ABER: Clipping heisst,
das Signal wird abgeschnitten und somit rechteckförmig. Es sollten dann
doch nur ungerade Harmonische auftreten, wie bei einem Rechtecksignal,
oder? Also bei +-3fm, +-5fm ...
b) Intermodulationsprodukte. Meine Seitenbändern sind die Frequenzen f1
und f2. Hier könnten die IM3 und IM5 in meinem Spektrum auftauchen. Aber
auch diese Anteile wären bei +-3fm, +-5fm.
Entweder habe ich die Grundlagen falsch gelernt oder mir fehlt noch
weiteres Wissen.
Noch andere Unklarheiten:
Wenn ich einen HF Verstäker über seinen P1dB hinausbringe, entsteht ja
auch noch kein Clipping soweit ich weiss. Ich glaube Clipping spielt in
der HF eigentlich keine Rolle.
Möchte ich die Lienarität dieses Bausteins (Mischer+Verstärker)
beurteilen, so könnte ich versuchen, die Intermodulationsprodukte in
Senderichtung zu messen. Wie kann ich unterscheiden ob es IM sind oder
hochgemischtes Clipping, wenn beide Phänomene bei +-3fm, +-5fm usw
auftauchen?
Grüße
Martin
Clipping - also das wirklich harte Abschneiden gibt es in der Realität
ja weder bei Audio noch bei HF. Das ist ja nur eine Idealisierung. Bei
NF trifft sie aber noch eher als bei HF zu - dort hat man einen weichen
Knick in der Kennlinie. Und damit bekommt man eben auch die
geradzahligen Harmonischen.
Aber was Dein Bild zeigt sind ja - so es ein AM Signal oder zwei
einzelne Freqeunzen waren - eindeutig Intermodulationsprodukte. Wenn es
ein FM Signal ist, müsste man nochmal genauer die Modulationsparameter
angucken weil sich das Spektrum dann ja nach den Besselfunktionen
zusammensetzt und man sowas dann leicht mit Intermodulationsprodukten
verwechselt.
Ob die Intermodulation nun aber bereits im Basisband oder beim
HF-Verstärker entstanden ist, ist nicht so leicht zu beurteilen. IdR.
macht aber die PA den größten Anteil der Intermodulation aus. Kannst Du
den Ruhestrom der Mishcher/Verstärker beeinflussen? Je höher der
Ruhestrom desto linearer arbeiten die Bauteile. Ansonsten
Dämpfungsglieder zwischen Mischer und PA schalten - dann zeigt sich auch
wer der Verursacher ist. Bei integrierten Bausteinen sollte aber der
Hersteller die Angaben zu den korrekten Pegeln mitliefern.
Viele Grüße,
Martin L.
Das Spektrum zeigt einen per IQ Modulator hochgemischten Sinus, wobei
die Basisband I und Q Eingänge eine Phasenverschiebung von 0° haben.
Daher sind auch die beiden Seitenbänder gleich stark und keins ist
unterdrückt.
Also die Anordnung ist in Senderichtung:
1. Single Ended to Differential Line Driver (externer Baustein, Rest ist
im IC)
2. Tiefpassfilter im I und Q Zweig
3. I/Q Mischer
4. VGA
5. PA
Ich kann die Verstärkung des VGA beeinflussen und vom PA folgende
Parameter:
PA Output Current /uA
PA Output Stage Bias/uA
PA Output Pulldown/uA
Über die Wirkung dieser Einstellungen bin ich mir noch nicht im Klaren,
also weiss ich noch nicht, was der "Ruhestrom" ist.
Du sagst jetzt sehr sicher, dass Intermodulationsprodukte auf dem
Spektrum zu sehen sind. Die IM wären aber doch ungerade Oberwellen.
Ausser das Basisbandsignal wird vorher verschliffen und es entstehen wie
du sagst auch gerade Oberwellen. Diese werden dann mit hochgemischt und
addieren sich dann zu den IM ungerader Ordnung. Wäre das eine Erklärung?
>Du sagst jetzt sehr sicher, dass Intermodulationsprodukte auf dem>Spektrum zu sehen sind. Die IM wären aber doch ungerade Oberwellen.
Nein Intermodulationsprodukte sind nicht gleich Oberwellen...
Ein Beispiel: Bei starker Sättigung des Verstärkers hinter dem Mischer
arbeitet dieser Verstärker nicht mehr linear und wird ebenfalls zum
Mischer. (=> IP3-Punkt) Dann kann die Frequenz M1 sich z.B mit dem
Basisbandsignal mischen, so erhälst Du uneter anderem M2.
Ob es sich um Intermodulationsprodukte 3ter Ordnung handelt kann man
sehr leicht rausfinden, in dem man den Pegel des Generators um 10db
abschwächt.
Nutzsignale nehmen dann ebenfalls um 10db ab. Intermodulationsprodukte
3ter Ordnung dagegen um 20dB also doppelt so steil.
Im übrigen sieht mir das Spektrogramm etwas danach aus als ob der
Spektrumanalyzer schon übersteuert ist. Die Grundlinie sollte eigentlich
über die ganze Bildschirmbreite flach bleiben.
Ralph Berres
Hi Martin,
was du völlig vergisst ist, daß der Mischer kein lineares Element ist.
Mit anderen Worten solange ein gewisser Eingangspegel nicht
überschritten wird, arbeitest Du im linaeren Bereich des Mischers.
Sobald der Pegel aber überschritten wird,hast du logischerweise
Intermodulationsprodukte die Dir Dein S/N sehr schnell verschlechtern.
Der Zusammenhang zwischen Oberwellen und Träger ist linear. Der
Zusammenhang zwischen Träger und IM-Produkten nicht. IM 2.Ordnung
wachsen bei 1dB Erhöhung des Eingangspegels um 2dB und die 3.Ordnung
sogar um 3dB.
Meistens tut sich im Spektrum lange nicht und dann plötzlichen machen
sich die IM-Produkte sehr schnell bemerkbar...
Hoffe es hilft
Hallo,
> Ich kann die Verstärkung des VGA beeinflussen und vom PA folgende> Parameter:> PA Output Current /uA> PA Output Stage Bias/uA> PA Output Pulldown/uA
Verrate uns am Besten mal den Typ von Baustein damit wir selber in das
Datenblatt gucken könne. Aber der Ruhestrom ist "PA Output Stage Bias" -
nur wird der im mA und nicht im uA Bereich liegen.
Was aber "PA Output Current" und der -"Pulldown" ist, ergibt sich nicht
so ohne weiteres.
Viele Grüße,
Martin L.
Also ich habe jetzt Messungen durchgeführt, wobei ich beim
Signalgenerator die Leistung in dB Schritten variiert habe, und dann das
HF Spektrum vermessen habe.
Zuvor habe ich den Ausgang des Signalgenerators noch mit dem
Spektrumanalyzer vermessen und schon entdeckt, dass dieser bereits eine
erste Oberwelle (= 2. Harmonische) ausgibt. Die konnte ich natürlich
auch im hochgemischten Spektrum wiederfinden (im Bild oben mit Marker
M2), wo sie genau wie die Grundwelle linear in der Leistung ansteigt.
Bei Markerposition M3 sollten dann die IM3 zum Vorschein kommen. Bei
kleinen Leistungen ist deren Anstieg linear, wird dann aber schnell
steiler, so dass ich dann fast die erwartete Steigung von 3 habe.
Eigentlich ist es noch steiler, was mich etwas irritiert. Eventuell
addiert sich die 3. Harmonische des Signalgenerators mit den IM3 des
Bausteins.
Auch IM5 Produkte habe ich gemessen, welche zunächst linear und dann
immer steiler ansteigen. Mit etwas Mut kann man am Ende eine Steigung
von 5 rauslesen. In meinem Fall wäre der IP5 unter dem IP3. Keine Ahnung
ob das normal ist.
Ich würde die Messung gerne verbessern, in dem ich am Ausgang des
Signalgenerators einen Tiefpass vorschalte, welcher die Oberwellen des
Ausgangssignals unterdrückt.
@Ralph Berres
Den Spektrumanalyzer betreibe ich i.d.R immer so, dass die Referenzebene
knapp über meinem stärksten Peak ist. Auf dem Bild ist das gar nicht mal
der Fall, weil die Ref-Ebene bei 5dBm liegt und mein Peak bei -9dBm.
Normalerweise würde ich das Signal noch weiter hochziehen, wodurch auch
der Dynamikbereich steigt. Dass auf dem Bild der Rauschteppich in der
Filterbandbreite des Bausteins ansteigt, liegt denke ich an der
Verstärkung bzw. der Rauschzahl der Verstärker.
@ kellerkind
Zu deinem 1. Teil: Also Mischer und Verstärker sind beide Bauelemente,
die ich durch zu hohes Aussteuern in ihren nichtlinearen
Kennlinienbereich bringen kann, wodurch IM3 und IM5 usw. entstehen
können. Durch den Mischer werden diese dann auch noch in die HF gemischt
(?)
@Martin Laabs
Der Baustein ist ein Maxim MAX2829
Martin
>Dass auf dem Bild der Rauschteppich in der>Filterbandbreite des Bausteins ansteigt, liegt denke ich an der>Verstärkung bzw. der Rauschzahl der Verstärker
Dann muss dein Vorverstärker den du am SA betrachtest aber schon extrem
rauschen.
Spektrumanalyzer ( wenigstens die etwas älteren ) haben eine Rauschzahl
von etwa 30 db !!!! ( ich habe kein Komma vergessen, SA rauschen
wirklich so stark !). Modernere SA der Premiumklasse haben vielleicht
eine Rauschzahl von 20db. Sofern der SA den Eingangsabschwächer nicht
automatisch einstellt, muss man wirklich vorsichtig sein mit der
Interpretation der gemessenen Kurven. Wenn man den Eingangsabschwächer
und die Zf Verstärkung zurücknimmt, bleibt die Anzeige am oberen
Bildrand die gleiche, aber der
Mischer selbst kann schon zu sichtbaren Intermodulationen und
Übersteuerungseffekten beitragen, was sich eben auch im Extremfall in
der Anhebung des Rauschteppiches im Durchlassbereich der ZF bemerkbar
machen kann. Feststellen kann man das in dem man den Abschwächer am
Eingang um 10db erhöht. Wenn die Anhebung des Rauschsockels plötzlich
verschwindet und irgendwelche Linien plötzlich um 20db abnehmen , so ist
mit großer Warscheinlichkeit der erste Mischer des SA übersteuert.
Ich kann nur raten bei jeder Messung mit dem SA immer probeweise den
Eingangsabschwächer um 10db zu erhöhen, um SA-eigene Nichtlinearitäten
aufzudecken. Und sei es nur um genau diese dann nicht zu
berücksichtigen.
Ralph Berres
Was mir jetzt so auffällt: normalerweise misst man ja die IM3 und IM5
mit 2 Eingangsfrequenzen. Ich habe ja für den Mischer erstmal nur eine.
(Gut der Signalgenerator hat eine Oberwelle aber...)
Erst wenn das dann hochgemischt wurde, habe ich zwei Seitenbänder und
der nachfolgende Verstärker hat dann seine zwei Eingangssignale. Kann
ich dann sagen, dass die IM die ich im Spektrum sehe von dem Verstärker
sind? Oder wie erkenne ich ob sie vom Verstärker oder vom Mischer
kommen?
@Ralph Berres
Danke für deinen interessanten Hinweis. Ich werde das mal Probeweise
durchführen. Die Eingangsabschwächung lasse ich immer automatisch in
Abhängigkeit vom Referenzlevel einstellen. Auf dem Bild oben betrug sie
z.B. 30dB.
>Erst wenn das dann hochgemischt wurde, habe ich zwei Seitenbänder und>der nachfolgende Verstärker hat dann seine zwei Eingangssignale.
Wenn man ein Signal mit einen 2ten Signal ( Oszillator ) mischt,
entstehen immer 2 Frequenzen am Ausgang. F1 + F2 und F1 - F2. Ich denke
das das 2te Signal hinter dem Mischer die Spiegelfrequenz ist, falls du
die nicht hinter dem Mischer direkt mit einen Bandpass herausgefiltert
hast.
Ansonsten müsste man mal ein bischen mit den Frequenzen der
Spektrallinien rechnen, wo diese Produkte entstehen könnten.
Ralph Berres
Hallo,
> Wenn man ein Signal mit einen 2ten Signal ( Oszillator ) mischt,> entstehen immer 2 Frequenzen am Ausgang. F1 + F2 und F1 - F2. Ich denke> das das 2te Signal hinter dem Mischer die Spiegelfrequenz ist, falls du> die nicht hinter dem Mischer direkt mit einen Bandpass herausgefiltert> hast.
Wobei es sich hier um einen IQ Mischer handelt, der OP aber I und Q
Eingang mit dem identischen Signal speist. (Womit das o.g. wieder
stimmt) Er sollte erst mal eine Messung mit einem Gleichanteil am
Eingang machen. Dann hat er erst mal kein Problem mit Intermodulation
sondern nur mit nichtlinearer Verzerrung und der IQ Inbalance sowie der
nichtidealen LO Unterdrückung. Danach mit zwei um 90° verschobenen
Sinussignalen. Dann kommt nämlich nur ein Sinussignal am Ausgang heraus.
Da hat er dann Mischer Feedthroug und Signal die sich mischen können. Am
Ende dann wie jetzt mit beiden Signalen.
Interessant wäre noch welche ZF Frequenz der OP benutzt. Denn er spricht
von Oberwellen und meint nicht die tatsächliche Oberwelle des Trägers
sondern die des ZF Signales die offensichtlich mit den integrierten
Filtern nicht ausreichend gedämpft wird. (Falsch eingestellt?)
Den Ruhestrom stellt man übrigens mit dem Register "PA Bias DAC
Register" mit Bit D0 bis D5. Maximal 0.315mA Ruhestrom ist für -2dBm
Ausgangsleistung grenzwertig - das ist eine Effizienz von 50% wo es bei
einer A-Endstrufe (und das muss es hier ja sein) schon zu erheblicher
Verzerrung kommt. Also lieber nur mit 25-30% Wirkungsgrad laufen lassen.
Viele Grüße,
Martin L.
Hallo Martin,
deine Messvorschläge finde ich sehr interessant.
a)DC-Anteil anlegen:
Dem Mischer ist ein Filter vorgeschaltet, wobei mir noch nicht klar ist,
ob es ein Tief- oder Bandpass ist.
Angenommen ein eingespeister DC-Anteil würde durchkommen und ich
variiere ihn, dann sollte ich sehen wie sich die Leistung des Trägers
verändert. Da ich den DC-Anteil auf den I und den Q Pfad gebe kann ich
zwar davon ausgehen, dass dieser Anteil unterschiedlich stark
verstärkt/gedämpft wird aber welche Information über IQ Inbalance kann
ich daraus ziehen?
b)IQ mit Delta_Phi=90°
Es fehlt mir noch ein Signalgenerator mit 2 Kanälen. Derzeit habe ich
nur einen Signalgenerator wobei ich das Signal per T-Glied auf die I und
Q Eingänge splitte.
Das ganze ist ein homodyner Sender, es gibt also nur Basisband oder
HF=5,6 GHz. Oder was meinst du mit ZF des OPs?
Wenn ich von Oberwellen spreche, meine ich bisher immer die des
Basisbandsignals. Den Filter kann ich noch enger schnallen aber ich
wollte dessen Einfluss auf die IM minimieren.
Die Sache mit der Effizienz habe ich noch nicht verstanden, bzw. darüber
weiss ich als Lernender noch nichts. Ich muss jetzt allerdings weg daher
schaue ich mir das später genauer an.
Danke jedenfalls für deine hilfreichen Antworten.
Hallo,
> a)DC-Anteil anlegen:> Dem Mischer ist ein Filter vorgeschaltet, wobei mir noch nicht klar ist,> ob es ein Tief- oder Bandpass ist.
Es ist ein Tiefpass. Denn Du legst ja ein analytisches Signal an den
Eingang an und das hat - um brauchbar zu sein - nunmal auch DC oder
DC-nahe Anteile. Ich empfehle eine Nachichtentechnikvorlesung oder das
entsprechende Kapitel aus einem Buch. Mag zwar trocken erscheinen, ist
aber am Ende enorm hilfreich.
> Angenommen ein eingespeister DC-Anteil würde durchkommen und ich> variiere ihn, dann sollte ich sehen wie sich die Leistung des Trägers> verändert.
Ja.
> Da ich den DC-Anteil auf den I und den Q Pfad gebe kann ich> zwar davon ausgehen, dass dieser Anteil unterschiedlich stark> verstärkt/gedämpft wird aber welche Information über IQ Inbalance kann> ich daraus ziehen?
Kannst Du gar nicht. IQ-Inbalanz kommt erst dann zum Tragen wenn Du ein
Signal einspeist wo Du die Unterdrückung der Spiegelfrequenz auf dem
Spektrumsanalysator sehen kannst. Da die Phase von dem Signal aber damit
nicht messbar ist, brauchst Du wohl oder übel ein im Frequenzbereich um
den Nullpunkt nicht (punkt-) symetrisches Signal am Eingang.
> b)IQ mit Delta_Phi=90°> Es fehlt mir noch ein Signalgenerator mit 2 Kanälen. Derzeit habe ich> nur einen Signalgenerator wobei ich das Signal per T-Glied auf die I und> Q Eingänge splitte.
Dann bastel Dir einen 90° Splitter als Allpass oder mit
Verzögerungsleitungen oder Resonanzgliedern oder was Dir noch so
einfällt.
Musst aber dann messen können wie gut der die 90° einhält weil das sonst
auch als IQ-Inbalanz in die Rechnung/das Signal eingeht.
Vielleicht ist es einfacher ein Signal mit doppelter (oder vierfacher)
Frequenz zu erzeugen und geschickt zu teilen. Da gibt es eine schlaue
Schaltung mit Flipflops die ich aber jetzt nicht im Kopf
zusammenbekomme.
> Das ganze ist ein homodyner Sender, es gibt also nur Basisband oder> HF=5,6 GHz. Oder was meinst du mit ZF des OPs?
OP=Original Poster
Und in dem Falle ist die ZF 0Hz und du baust einen Zero-IF
Empfänger/Sender. Sind einfach aber haben ein Problem bei starken
Störpegeln am Eingang weil die Filterung in der (richtigen) ZF Ebene
fehlt. (Und man meistens aus Kostengründen auch den Eingangfilter
weglässt)
> Wenn ich von Oberwellen spreche, meine ich bisher immer die des> Basisbandsignals. Den Filter kann ich noch enger schnallen aber ich> wollte dessen Einfluss auf die IM minimieren.
Die Filter können gar keine Intermodulationsprodukte erzeugen wenn Du
sie nur mit einem Sinus beaufschlagst. Denn es fehlt das zweite Signal
mit dem sich die Intermodulationsprodukte bilden könnten. Und sie sind
genau dazu da um die Harmonischen des Signales zu unterdrücken. Also
stell sie richtig ein.
> Die Sache mit der Effizienz habe ich noch nicht verstanden, bzw. darüber> weiss ich als Lernender noch nichts. Ich muss jetzt allerdings weg daher> schaue ich mir das später genauer an.
Ist genau die selbe Theorie wie bei NF-Verstärkern. Im A Betrieb kann
man eine bestimmte Effizienz erreiche, beim AB Betrieb eine höhere und
beim C Betrieb noch höher. Das gilt auch bei HF Verstärkern wobei man
für WLAN, DVBT und ähnliches (also überall wo man neben der Phase auch
noch die Amplitude moduliert bzw. die Phasenmodulation gefiltert hat was
die Amplitude beeinflusst) möchte man lineare Verstärker im A bzw. AB
Betrieb.
Viele Grüße,
Martin L.
Hallo,
% Es ist ein Tiefpass. Denn Du legst ja ein analytisches Signal an den
% Eingang an und das hat - um brauchbar zu sein - nunmal auch DC oder
% DC-nahe Anteile. Ich empfehle eine Nachichtentechnikvorlesung oder das
% entsprechende Kapitel aus einem Buch. Mag zwar trocken erscheinen, ist
% aber am Ende enorm hilfreich.
Ich war nicht sicher, da im Datenblatt im Blockschaltbild Bandpässe
gezeichnet sind, es aber keine Angabe zur unteren Grenzfrequenz gibt.
Allerdings wären auf dem Demoboard, welches ich nutze, ausserhalb des
Transceivers im Basisband eh Koppel-Cs die jeden eingespeisten DC-Anteil
blocken würden.
% Kannst Du gar nicht. IQ-Inbalanz kommt erst dann zum Tragen wenn Du
ein
% Signal einspeist wo Du die Unterdrückung der Spiegelfrequenz auf dem
% Spektrumsanalysator sehen kannst. Da die Phase von dem Signal aber
damit
% nicht messbar ist, brauchst Du wohl oder übel ein im Frequenzbereich
um
% den Nullpunkt nicht (punkt-) symetrisches Signal am Eingang.
Also kann ich mir die Beurteilung des IQ Fehlers in Senderichtung
sparen, und versuche lieber in Empfangsrichtung die Mischer zu
beurteilen. Hier sollte ja ein Oszilloskop die gewünschten Informationen
liefern können, wenn ich I und Q signale in Phase und Amplitude
vergleiche. Besser wäre ein Empfänger, der mir die IQ Signale im
Konstellationsdiagramm anzeigt wonach ich den EVM bestimmen könnte.
% Die Filter können gar keine Intermodulationsprodukte erzeugen wenn Du
% sie nur mit einem Sinus beaufschlagst. Denn es fehlt das zweite Signal
% mit dem sich die Intermodulationsprodukte bilden könnten. Und sie sind
% genau dazu da um die Harmonischen des Signales zu unterdrücken. Also
% stell sie richtig ein.
Mit Einfluss des Filters meinte ich nur, dass er die IM5 unterdrücken
könnte was er natürlich auch soll. Aber für meine Messung wollte ich das
ganze erstmal unverfälscht haben. Aber ich werde für die Beurteilung des
Bausteins die Filter anpassen. Mir ist auch aufgefallen, dass ich dem
Mischer und dem VGA noch höheren Strom bieten kann um die Linearität zu
erhöhen. Standardmäßig ist der Strom aber auf 50% für beide integrierten
Bauteile eingestellt. Erhöhen lässt sich dieser auf 63%, 78% und 100%.
Hat das irgendwelche Nachteile den Strom einfach auf 100% zu erhöhen?
Die Effizienz sinkt um 50%? Die Wärme steigt, Kühlmaßnahmen müssen
stärker ausgelegt werden, aber besser als störende Peaks im Nutzband.
% Den Ruhestrom stellt man übrigens mit dem Register "PA Bias DAC
% Register" mit Bit D0 bis D5. Maximal 0.315mA Ruhestrom ist für -2dBm
% Ausgangsleistung grenzwertig - das ist eine Effizienz von 50% wo es
bei
% einer A-Endstrufe (und das muss es hier ja sein) schon zu erheblicher
% Verzerrung kommt. Also lieber nur mit 25-30% Wirkungsgrad laufen
lassen.
Das PA Bias DAC Register ist für einen externen PA, welcher aber auf dem
Demoboard, welches ich in Betrieb habe, nicht vorhanden ist.
Wie oben schon erwähnt kann ich den Bias Strom für VGA und Mischer
beeinflussen. Leider steht nicht im Datenblatt um wie viel mA es sich
handelt.
% Ist genau die selbe Theorie wie bei NF-Verstärkern. Im A Betrieb kann
% man eine bestimmte Effizienz erreiche, beim AB Betrieb eine höhere und
% beim C Betrieb noch höher. Das gilt auch bei HF Verstärkern wobei man
% für WLAN, DVBT und ähnliches (also überall wo man neben der Phase auch
% noch die Amplitude moduliert bzw. die Phasenmodulation gefiltert hat
was
% die Amplitude beeinflusst) möchte man lineare Verstärker im A bzw. AB
% Betrieb.
