Hallo,
ich denke der Titel sagt im Grunde alles...
Ich empfange mit einem nicht von mir konstruierten Receiver-Front-End
ein sehr kurzes Pulssignal (derzeit UWB von ca. 3.1GHz bis 5 GHz, später
noch ein UWB Band um 400 MHz?). Diese Front-End verstärkt das etwas,
aber ich hätte ggf. gerne noch etwas mehr Verstärkung um sicher zu
gehen, dass ich ein gutes Signal habe. Gleichzeitig, und das ist das
wichtigere dabei, muss ich sicherstellen, dass das Signal nicht zu stark
wird und mir z.B. den ADC hinter der Verstärkung oder irgendwelche
Verstärker in der Kette kaputt macht.
wie mach ich das? Ich habe derzeit kaum RF-Kenntnisse und hab bisher nur
folgende Ideen:
1) Die Ausgansseite der Verstärker mit weniger als der empfohlenen
Spannung versorgen, damit die Verstärkung schwächer ausfällt. Die Frage
dabei ist: Ist das sicher, und wie weit beweget sich die Leistung dann
abseits der Specs?
2) Clipping mit Dioden: Das wäre schön einfach, aber ich weiß nicht, ob
die Dioden die ich dafür so finde (PIN Dioden sind da wohl der Hit),
schnell genug sind (die müssten immerhin am besten im
Picosekundenbereich schalten, wenn der Puls nur 1-2 ns lang ist (ggf. in
Zukunft auch kürzer)...)
3) Eine eigene Verstärkerschaltung mit Transistoren aufbauen, die in der
Ausgangsspannung eben begrenzt ist aufgrund der Sättigung (für den ADC
darfs nicht mehr als 2Vpp sein, glaube ich). Da sind die Fragen u.A.:
bekomm ich da noch gute Signale hin, d.h. kaum Verzerrung, und nimmt man
da am beste BiPolar oder Mosfet?
Über irgendwelche guten Tips (sei es Literatur, Design-Vorschläge, oder
ne einfach Liste, was daran alles so problematisch ist) wäre ich sehr
dankbar! Ich brauch einfach mehr Wissen, das hier wohl einige haben und
ich bisher ohne Ahnung von nichts nur langsam und mühsam finde.
Johannes schrieb:> 1) Die Ausgansseite der Verstärker mit weniger als der empfohlenen> Spannung versorgen, damit die Verstärkung schwächer ausfällt. Die Frage> dabei ist: Ist das sicher, und wie weit beweget sich die Leistung dann> abseits der Specs?
Du könntest mit einem Spannungsteiler das Ausgangssignal des Verstärkers
so herunterteilen, dass bei maximaler Aussteuerung gerade die erlaubte
Spannung hinten rauskommt. Funktioniert vermutlich besser als die
Versorgungsspannung des Verstärkers zu reduzieren.
> 2) Clipping mit Dioden: Das wäre schön einfach, aber ich weiß nicht, ob> die Dioden die ich dafür so finde (PIN Dioden sind da wohl der Hit),> schnell genug sind (die müssten immerhin am besten im> Picosekundenbereich schalten, wenn der Puls nur 1-2 ns lang ist (ggf. in> Zukunft auch kürzer)...)
Kommt auf die Modulation des Signals an. Durch das Clipping wird das
Signal verändert, dadurch funktionieren bestimmte Modulationsverfahren
nicht mehr.
> 3) Eine eigene Verstärkerschaltung mit Transistoren aufbauen, die in der> Ausgangsspannung eben begrenzt ist aufgrund der Sättigung
Ohne HF-Kentnisse wird das eher schwierig; nimm lieber einen fertigen
Verstärker.
Das größere Problem besteht vermutlich darin, den passenden
Verstärkungsfaktor einzustellen. Über was für eine Entfernung wird denn
das Signal übertragen? ist die Entfernung variabel?
Vermutlich brauchst du eine Verstärkungs-Regelung (AGC), um den
Signalpegel immer auf den passenden Bereich zu bringen. Dazu solltest du
aber noch mehr über deine Anwendung erzählen, sonst kann man hier nur
raten.
Hey, danke schonmal für die beiden Antworten.
Zur Anwendung: Die Entfernung ist variabel, von wenigen cm bis mehreren
Metern. Von dem her wäre ein logarithmischer Verstärker ideal, danke für
den Tipp. Dummerweise gibt es solche, die breitbandig genug sind,
anscheinend nur in papers(integriert als IC) bisher.
Ein paar mehr Details zur Anwendung. Wir senden auf unregelmäßiger Basis
ein Packet von Pulsen. Dabei ist die Einhüllende für jeden Puls 1-2 ns
lang, die Pulse können positiv oder negativ sein und kommen in einem
Paket etwa alle 100 ns vor. Es kann aber sein, dass auch mal ein Puls
gewollt ausbleibt. Das Paket selbst ist einige Pulse lang (steht noch
nicht genau fest, vielleicht 20 - 40 Pulse).
Was das Clipping angeht: wichtig dabei wäre im Grund nur, dass die
Flanken des Pulses nicht verzerrt werden. Immerhin wird das Signal
anschließend einfach AD gewandelt und nicht moduliert. Wir sind dabei in
erster Linie an den Flanken interessiert.
Was die maximale Aussteuerung des Verstärkers angeht: Wie bekomm ich die
raus? Ist das einfach die Versorungsspannung am RF-output?
> Wir senden auf unregelmäßiger Basis ein Packet von Pulsen.
Du sendest also Rechteck-Pulse über eine Antenne? Dir ist schon klar,
dass diese Pulse auf der Empfangsseite nicht mehr wirklich rechteckig
aussehen?
Du musst dann mit irgend einer mathematischen Funktion die Verzerrungen
wieder ausgleichen. Da würde ich schon damit rechnen, dass Clipping hier
ziemlich stört, da es eine stark nichtlineare Verzerrung ist. Genauso
ist ein logarithmischer Verstärker auch nicht-linear, was auch
problematisch sein könnte.
Nimm lieber einen regelbaren Verstärker; du kannst den ziemlich langsam
nachregeln, wenn sich die Entfernung nicht so schnell ändert. Du
könntest immer aus dem letzten A/D-gewandelten Signal den Aussteuergrad
berechnen und damit die Verstärkung für das nächste Paket nachregeln.
Mit Clipping-Dioden kannst du den A/D-Wandler dann immer noch gegen
Zerstörung schützen; der Verstärker sollte so eingestellt werden, dass
gerade noch kein Clipping auftritt.
Wie ein UWB Puls aussieht, weiß ich. Danke ^^.
Das mit der nicht-linearen Verzerrung hab ich schon gelesen, war mit ein
Grund, warum ich bei der Clipping-Geschichte Mistrauisch war (hatte es
nur im Detail vergessen, wusste nur: "irgendwas war"^^).
Aber nochmal zur Klarstellung:
Solange die Clipping-Dioden nicht aktiv sind, sollte mein Signal noch ok
sein? Also haben die dann keine großen Einflüsse (Rauschen etc.), so
dass ich das zumindest als zusätzliche Sicherheit in jedem Fall einbauen
kann, ohne meine Signale zu verhunzen, wenn diese schwach genug sind?
Sind PIN-Dioden, die man so von der Stange kaufen kann, schnell genug,
wenn sich das Spektrum bis sagen wir 5.1 GHz erstreckt?
Ich merke schon, das mit der Regelung des Pegels wird eine bedeutend
komplexere Geschichte, als ich im Moment Zeit dafür habe. Werde da wohl
jemand extra für finden müssen und das wohl von meinem eigentlichen
Board auslagern.
Wenn du nur die Flanken/Nulldurchgänge benötigst, dann bietet sich ein
Begrenzerverstärker an.
Falls du allerdings das Rauschen soweit verstärkst, dass das Nutzsignal
darin verschwindet, kannst du im Flankenchaos nur mehr mit
Korrelationsfiltern das bekannte Muster suchen.
Die allfällige Verstärkungsregelung sollte wärend der Preambel erfolgen
und für die Dauer eines Paketes eingefroren werden.
Namaste
> Aber nochmal zur Klarstellung:> Solange die Clipping-Dioden nicht aktiv sind, sollte mein Signal noch ok> sein?
Die Dioden wirken dann als Kapazität; damit kann das Signal schon
irgendwie verzerrt werden. Ich würde sie einfach mal im Layout vorsehen;
weglassen kannst Du sie ja dann immer noch.
Um den A/D-Wandler zu schützen reicht vielleicht auch ein
Reihen-Widerstand zwischen Verstärker und A/D-Wandler. Im A/D-Wandler
sind evtl. schon Dioden eingebaut (oder parasitär vorhanden), so dass
nur der Strom durch diese Dioden begrenzt werden muss.
> Sind PIN-Dioden, die man so von der Stange kaufen kann, schnell genug,> wenn sich das Spektrum bis sagen wir 5.1 GHz erstreckt?
Schnell genug sind die vermutlich schon, das Problem wird eher die
Kapazität sein.
Warum teilst du nicht einfach das Ausgangssignal der Verstärkers mit
einem Spannungsteiler so herunter, dass der Pegel bei maximaler
Aussteuerung den Messbereich genau ausnutzt?
> Die allfällige Verstärkungsregelung sollte ... für die Dauer eines> Paketes eingefroren werden.
Das ergibt sich bei einer Paket-Länge von < 50 ns sowieso.
Für die Verstärkungsregelung würde ich das Paket selber verwenden; es
wird ja sowieso mit einem A/D-Wandler gemessen. Daraus kann man digital
z.B. einen Effektivwert berechnen und damit den Verstärker nachregeln.
erstmal wieder danke, für den Input, das hilft mir echt weiter!
>Die Dioden wirken dann als Kapazität; damit kann das Signal schon>irgendwie verzerrt werden. Ich würde sie einfach mal im Layout vorsehen;>weglassen kannst Du sie ja dann immer noch.
Ja, das werde ich wohl so machen.
>Warum teilst du nicht einfach das Ausgangssignal der Verstärkers mit>einem Spannungsteiler so herunter, dass der Pegel bei maximaler>Aussteuerung den Messbereich genau ausnutzt?
Da ist wieder die Frage: wie finde ich den max. Aussteuerungsbereich
raus?
>Das ergibt sich bei einer Paket-Länge von < 50 ns sowieso.
Das Paket ist bedeuten länger als 50ns, da die einzelnen Pulse ja schon
100ns auseinander liegen. Aber im Grunde sollte man ja einen Puls
erkennen, kurz warten bis er vorbei ist und dann für den nächsten Puls
den Pegel entsprechend regeln können oder? Im FPGA hinter dem AD-wandler
könnte das klappen (vorausgesetzt das einstellen des VGAs geht nicht zu
lange), aber im Grunde wäre mir eine analoge Lösung lieber... muss mal
schauen, was mir dazu einfällt...
>Wenn du nur die Flanken/Nulldurchgänge benötigst, dann bietet sich ein>Begrenzerverstärker an.
Hab den hier gefunden:
http://www.euvis.com/products/ic/ds/LA302Z_DS_I8B4.pdf
Mal schauen, ob der sich nutzen lässt.
Es gibt komplette passive 50 Ohm Begrenzer , z.B. von Mini-Circuits
http://www.mini-circuits.com/products/limiters_main.html
Features
• wideband, 30 to 3000 MHz
• low insertion loss 0.23 dB typ.
• fast recovery time, 10nsec typ.
• excellent VSWR 1.05:1 typ.
• low leakage power, 11.5 dBm typ.
Applications
• protects low noise amplifiers and other
devices from ESD or input power damage
