Forum: HF, Funk und Felder AD 8302: Eingangssignal-Spannung?


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von Sven B. (scummos)


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Hallo!

Ich möchte einen Phasen/Gain-Detektor mit dem AD8302 [1] aufbauen, und 
bin mir etwas unsicher, ob ich das Datenblatt richtig lese. Da steht als 
"Input Voltage Range" -73 dbV bis -13 dbV -- das wären nach meiner 
Rechnung etwa 10pV bis 10mV. Das ist ja nun doch ziemlich... wenig ;)
Selbst mit einem -40 dB directional coupler wäre man da bei 1 dbV 
Eingangssignal ja erst in der Mitte der Skala. Ist das denn wirklich so, 
oder verstehe ich da was falsch?
Handelt man sich bei so kleinen Signalen wie -73 dbV nicht durch jeden 
Mist riesige Störungen ein? Zum Beispiel möchte ich das Ausgangssignal 
ja auch irgendwie auslesen, und der dazu verwendete ADC hat ja einen 
Takt... selbst wenn der ein Stück weit weg ist, verursacht der ja 
gewisse Schwankungen. Wie kann man das denn vermeiden, bei so einem 
schwachen Signal?

Eins fällt mir noch auf, im Datenblatt steht, der Äquivalentschaltkreis 
für den Eingang seien 3 kOhm an GND (und irgendein Kondensator). Wenn 
mein Signal jetzt aus einer 50-Ohm-Leitung kommt, muss ich die Impedanz 
ja da entsprechend anpassen, zum Beispiel über einen 50-Ohm-Widerstand 
an GND parallel zu dem Chip. Das wären meines Wissens nach dann 20dB 
Verlust, also könnte ich effektiv Signale zwischen -53dbV und +7dbV in 
den Schaltkreis reinschicken (also maximal 0.7 V rms). Ist das korrekt?

Danke und viele Grüße,
Sven

_____
[1] Datenblatt: 
http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/AD8302.pdf

von Johannes E. (cpt_nemo)


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Sven B. schrieb:
> Selbst mit einem -40 dB directional coupler wäre man da bei 1 dbV
> Eingangssignal ja erst in der Mitte der Skala. Ist das denn wirklich so,
> oder verstehe ich da was falsch?

Das sehe ich auch so. Aber du kannst das Ausgangssignal des 
Richtkopplers verstärken oder abschwächen, je nachdem, was du für Pegel 
messen möchtest.

Sven B. schrieb:
> Zum Beispiel möchte ich das Ausgangssignal
> ja auch irgendwie auslesen, und der dazu verwendete ADC hat ja einen
> Takt... selbst wenn der ein Stück weit weg ist, verursacht der ja
> gewisse Schwankungen. Wie kann man das denn vermeiden, bei so einem
> schwachen Signal?

Da hilft nur ein sorgfältig optimiertes Design (Abschirmung, 
Masseflächen, ...). Es gibt A/D-Wandler, die den Abtast-Takt intern 
erzeugen, da ist die Abstrahlung deutlich geringer als wenn man den Takt 
über lange Leitugen führt. Auch durch differenzielle Signale wird die 
Abstrahlung verringert (z.B. LVDS), was aber nur bei sehr schnellen 
Wandlern sinnvoll ist.

Wenn dein Signal eine feste Frequenz hat, wäre ein Bandpass am Eingang 
auch eine gute Maßnahme, um unerwünschte Frequenzen vom Eingang 
fernzuhalten.

von Morz Bonzo (Gast)


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Also, 0dBV ist 1 Volt(was: p, pp, rms). Und -13dBV waeren dann 224mV 
(was).
Mein Datenblatt sagt zwar was von -60..0dBm. Das wuerde die obige 
Aussage mit rms unterstuetzten.

>Eins fällt mir noch auf, im Datenblatt steht, der Äquivalentschaltkreis
für den Eingang seien 3 kOhm an GND (und irgendein Kondensator). Wenn
mein Signal jetzt aus einer 50-Ohm-Leitung kommt, muss ich die Impedanz
ja da entsprechend anpassen, zum Beispiel über einen 50-Ohm-Widerstand
an GND parallel zu dem Chip. Das wären meines Wissens nach dann 20dB
Verlust,

Das Signal kommt eh auf der 50 Ohm leitung. Die muss man dann 
abschliessen und der 3k kommt parallel, dh den kann man vergessen.


>Handelt man sich bei so kleinen Signalen wie -73 dbV nicht durch jeden
Mist riesige Störungen ein? Zum Beispiel möchte ich das Ausgangssignal
ja auch irgendwie auslesen, und der dazu verwendete ADC hat ja einen
Takt...


Mir schwant Schlimmes. Wenn man da mit einem Controller, ADC und 
Schaltregler kommt, har man schon verloren. Der 8302 geht bis 2.7GHz. Dh 
der misst jeden Peak des Schaltnetzteiles mit. Wenn man also nicht die 
unteren 50dB des Signales im Siff verschwinden lassen will, in die Tonne 
mit dem Design.

Nochmals. Das Design muss bis 2.7GHz gut sein, sonst sollte man's 
seinlassen.

von Sven B. (scummos)


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Hallo!

Johannes E. schrieb:
> Das sehe ich auch so. Aber du kannst das Ausgangssignal des
> Richtkopplers verstärken oder abschwächen, je nachdem, was du für Pegel
> messen möchtest.
Okay, alles klar.

> Da hilft nur ein sorgfältig optimiertes Design (Abschirmung,
> Masseflächen, ...). Es gibt A/D-Wandler, die den Abtast-Takt intern
> erzeugen, da ist die Abstrahlung deutlich geringer als wenn man den Takt
> über lange Leitugen führt. Auch durch differenzielle Signale wird die
> Abstrahlung verringert (z.B. LVDS), was aber nur bei sehr schnellen
> Wandlern sinnvoll ist.
Sehr schnell ist der Wandler eigentlich nicht (höchstens 3ksps, wird 
aber mit einem deutlich langsameren Takt laufen). Ich werde dann mal 
versuchen, den Wandler physikalisch weit vom AD8302 entfernt zu 
platzieren, und hoffen, dass das reicht ;)
Sollte ich dem ADC eine komplett seperate Spannungsversorgung geben, 
oder die beiden Massen (analoge und digitale Masse, sozusagen) 
miteinander verbinden?

> Wenn dein Signal eine feste Frequenz hat, wäre ein Bandpass am Eingang
> auch eine gute Maßnahme, um unerwünschte Frequenzen vom Eingang
> fernzuhalten.
Das Signal ist auf jeden Fall über 100 MHz, von daher wäre das 
sicherlich eine sinnvolle Maßnahme.

> Also, 0dBV ist 1 Volt(was: p, pp, rms).
> Und -13dBV waeren dann 224mV (was).
Das verstehe ich nicht. 3dB sind ein Faktor 2, also sind -13dB ein 
Faktor 2^(-13/3) = 0.0496. Wie kommst Du da auf 224mV? Verwechsle ich da 
wieder Spannung und Leistung?

> Das Signal kommt eh auf der 50 Ohm leitung. Die muss man dann
> abschliessen und der 3k kommt parallel, dh den kann man vergessen.
Okay, danke. Aber der Großteil der übertragenen Leistung versinkt ja 
dann trotzdem in dem 50-Ohm-Abschlusswiderstand, oder?

> Mir schwant Schlimmes. Wenn man da mit einem Controller, ADC und
> Schaltregler kommt, har man schon verloren. Der 8302 geht bis 2.7GHz. Dh
> der misst jeden Peak des Schaltnetzteiles mit. Wenn man also nicht die
> unteren 50dB des Signales im Siff verschwinden lassen will, in die Tonne
> mit dem Design.
Welche Maßnahmen schlägst Du also vor, um die Situation zu verbessern?

Danke und viele Grüße,
Sven

von Morz Bonzo (Gast)


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>> Also, 0dBV ist 1 Volt(was: p, pp, rms).
> Und -13dBV waeren dann 224mV (was).
Das verstehe ich nicht. 3dB sind ein Faktor 2, also sind -13dB ein
Faktor 2^(-13/3) = 0.0496. Wie kommst Du da auf 224mV? Verwechsle ich da
wieder Spannung und Leistung?


Also -13 dBV = 10^(-13/20) V  = 0.224 V Spannungen gehen mit 20-teln, 
Leistungen gehen mit 10-teln


>> Das Signal kommt eh auf der 50 Ohm leitung. Die muss man dann
> abschliessen und der 3k kommt parallel, dh den kann man vergessen.
Okay, danke. Aber der Großteil der übertragenen Leistung versinkt ja
dann trotzdem in dem 50-Ohm-Abschlusswiderstand, oder?

Ja. Das ist so. Zumindest bei den kleinen Frequenzen, wo die 
Eingangskapazitaet von 2pF unwesentlich ist. Bei 1GHz sind die 2pF dann 
noch 83 Ohm

>Welche Maßnahmen schlägst Du also vor, um die Situation zu verbessern?

Dass zumindest die Ecke, wo der 8302 drin arbeitet fuer 2.7GHz designt 
worden ist. Allenfalls einen OpAmp zum Entkoppeln des Ausganges gegen 
den ADC hin. Aber sicher mit einem Filter versehen, der ausser des 
interessanten Signals nichts durchlaesst. Besser beides. Jeder Muell bis 
hinunter auf 10uV wird am Eingang verarbeitet.

LogAmps waren schon immer sehr anspruchsvoll. Es kommt immer was raus, 
aber ob es das ist was man wollte...

von Sven B. (scummos)


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Morz Bonzo schrieb:
> Also -13 dBV = 10^(-13/20) V  = 0.224 V Spannungen gehen mit 20-teln,
> Leistungen gehen mit 10-teln
Richtig, da war ja was. Danke!

> Ja. Das ist so. Zumindest bei den kleinen Frequenzen, wo die
> Eingangskapazitaet von 2pF unwesentlich ist. Bei 1GHz sind die 2pF dann
> noch 83 Ohm
Ok, dann ignoriere ich das also einfach (bis auf die Anpassung).

>>Welche Maßnahmen schlägst Du also vor, um die Situation zu verbessern?
>
> Dass zumindest die Ecke, wo der 8302 drin arbeitet fuer 2.7GHz designt
> worden ist. Allenfalls einen OpAmp zum Entkoppeln des Ausganges gegen
> den ADC hin. Aber sicher mit einem Filter versehen, der ausser des
> interessanten Signals nichts durchlaesst. Besser beides. Jeder Muell bis
> hinunter auf 10uV wird am Eingang verarbeitet.
Also ungefähr so?
http://i.imgur.com/9Jtnx.png
Sorry für die "tolle" Skizze ;)
Reicht der Kondensator am Eingang als Hochpassfilter, oder muss ich mir 
da was besseres überlegen?

Danke und viele Grüße,
Sven

von Morz Bonzo (Gast)


Angehängte Dateien:

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>Also ungefähr so?

Vom Schema her etwa, ja. Abgesehen davon darf man an einen OpAmp Ausgang 
keinen Kondensator haengen, da wird er instabil. Aber ein RC. Das Ganze 
vom Aufbau her etwa so. Die Speisung der OpAmps natuerlich gefiltert, 
usw.

von Sven B. (scummos)


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Morz Bonzo schrieb:
>>Also ungefähr so?
>
> Vom Schema her etwa, ja. Abgesehen davon darf man an einen OpAmp Ausgang
> keinen Kondensator haengen, da wird er instabil. Aber ein RC. Das Ganze
> vom Aufbau her etwa so. Die Speisung der OpAmps natuerlich gefiltert,
> usw.

Alles klar, probiere ich mal aus.

Was soll mir das Bild sagen? ;)

Grüße,
Sven

von Morz Bonzo (Gast)


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ueberall mal wieder die Masse unten und oben verbinden.

von Sven B. (scummos)


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Morz Bonzo schrieb:
> ueberall mal wieder die Masse unten und oben verbinden.

Okay -- das mache ich sowieso. ;)

von Sven B. (scummos)


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Ach ja, noch etwas (entschuldigt, dass ich meinen eigenen Thread 
hijacke, aber es passt grad gut): Gibt es eine vertretbare Möglichkeit, 
den Chip vor Überspannung an den Eingängen zu schützen? Denn billig ist 
der ja nicht gerade, und ich bin manchmal etwas verpeilt, wenn's um das 
Stecken von Kabeln geht ;)

Gibt es so etwas wie HF-fähige Sicherungen, oder ist das Unfug?

Danke und Gruß,
Sven

von El Prozzo (Gast)


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Einen Schutz wogegen? Falls das zu messende Nutzsignal oberhalb 100MHz 
ist wuerd ich einen Hochpass vorschalten, somit ist dann auch DC oder 
Netz weg, sofern die Komponenten passend dimrnsioniert sind.
Man sollte aber schon eine Idee haben woher denn Gefahr droht.

von Ralph B. (rberres)


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Sven B. schrieb:
> -73 dbV bis -13 dbV -- das wären nach meiner
>
> Rechnung etwa 10pV bis 10mV.

-60dbV sind 1mV
-70dbV sind 316uV
-73dbV die 316uV /(SQR/2)

einfach jetzt aus dem Kopf gerechnet da momentan kein Taschenrechner zur 
Hand.

Ralph Berres

von Sven B. (scummos)


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El Prozzo schrieb:
> Einen Schutz wogegen? Falls das zu messende Nutzsignal oberhalb 100MHz
> ist wuerd ich einen Hochpass vorschalten, somit ist dann auch DC oder
> Netz weg, sofern die Komponenten passend dimrnsioniert sind.
> Man sollte aber schon eine Idee haben woher denn Gefahr droht.

Ich dachte daran, dass ich ein Signal reinschicke, was mehr als die 
erlaubte Amplitude hat. Der Chip überlebt laut Datenblatt -3dBV, man 
nehme an, ich speise versehentlich +3dBV ein, einfach weil ich nicht 
aufgepasst habe. Natürlich wäre es besser, einfach vorsichtig zu sein, 
aber vielleicht gibt es ja eine einfache Möglichkeit, welche die Schäden 
durch solche Fehler vermeidet oder zumindest unwahrscheinlicher macht.

Ralph Berres schrieb:
> -60dbV sind 1mV
> -70dbV sind 316uV
> -73dbV die 316uV /(SQR/2)
> einfach jetzt aus dem Kopf gerechnet da momentan
> kein Taschenrechner zur Hand.
Ja, danke, dieser Irrtum hat sich inzwischen schon aufgeklärt. ;)

Grüße,
Sven

von Markus L. (mark2009)


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man sieht oft eine BAV99 an jedem Eingang, also 2 Dioden antiparallel 
als Schutzschaltung.
Habe gerade ein RF-Frontend für einen Antennen-Analyzer fertiggestellt 
(mit AD8302, AD9851, Ad8226) und werde wohl den Diodenschutz auch noch 
einbauen.
Gruß
Mark

von Sven B. (scummos)


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Markus L. schrieb:
> man sieht oft eine BAV99 an jedem Eingang, also 2 Dioden antiparallel
> als Schutzschaltung.
> Habe gerade ein RF-Frontend für einen Antennen-Analyzer fertiggestellt
> (mit AD8302, AD9851, Ad8226) und werde wohl den Diodenschutz auch noch
> einbauen.
> Gruß
> Mark

Danke, hört sich gut an, werde ich auch machen. Was allerdings bringt 
die Diode in Sperrrichtung? Ist die Durchbruchspannung nicht so groß, 
dass die sowieso keine Rolle spielt?

Grüße,
Sven

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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Es gab 2004 mal ein Projekt der TAPR:
http://www.tapr.org/~n5eg/index_files/final_QEX_mcdermott.pdf
Vektor-Netzwerkanalysator mit AD8302
Updates:  http://www.tapr.org/pdf/DCC2004-VNAproject-N5EG.pdf

von Markus L. (mark2009)


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Sven B. schrieb:
> Was allerdings bringt
> die Diode in Sperrrichtung? Ist die Durchbruchspannung nicht so groß,
> dass die sowieso keine Rolle spielt?

Die eine Diode begrenzt die positiven Halbwellen und die andere die 
negativen Halbwellen Deines HF-Eingangssignals.

Gruß
Mark

von Markus L. (mark2009)


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einen Hinweis vielleicht noch, der AD8302 kann nur Differenzen bis max. 
30 dB zwischen den beiden Eingängen messen, d.h. minimal -30dB und max. 
+ 30dB.
Ist die Differenz größer, geht der VMAG Ausgang irgendwann in die 
Sättigung.
Die untere Begrenzung bei 0 V ist ein harter Anschlag. Nach oben 
(oberhalb 1.8V) hat man in aller Regel mindestens noch 5dB Reserve, man 
schafft also 35 dB.
Wird der Eingang für 50 Ohm beschaltet geht der Messbereich genau von 
-60dBm bis 0dBm. In diesem Bereich müssen beide Eingangssignale liegen.
Es ist also z.B. ziemlich wertfrei, den einen Eingang mit einem Signal 
zu belegen und den anderen nur über 50 Ohm an Masse zu legen (nur so als 
Info).


Gruß
Mark

von Sven B. (scummos)


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Markus L. schrieb:
> Die eine Diode begrenzt die positiven Halbwellen und die andere die
> negativen Halbwellen Deines HF-Eingangssignals.
Hihi, das ist mir jetzt peinlich -- darauf hätte ich auch selbst kommen 
müssen ;)
Irgendwie hatte ich mir das Signal gerade als stets positiv gegenüber 
GND vorgestellt.

Markus L. schrieb:
> Wird der Eingang für 50 Ohm beschaltet geht der Messbereich genau von
> -60dBm bis 0dBm.
Nützlich, das nochmal so klar zu haben. Danke.

Markus L. schrieb:
> Es ist also z.B. ziemlich wertfrei, den einen Eingang mit einem Signal
> zu belegen und den anderen nur über 50 Ohm an Masse zu legen (nur so als
> Info).
Jup -- das ist irgendwie logisch, denn die Amplitude von "keinem Signal" 
wäre ja in dB gemessen -inf. Da würde wohl also nur Rauschen rauskommen, 
wenn man damit vergleicht.

Die beiden Projekte werde ich mir auch mal anschauen (sowas möchte ich 
nämlich auch bauen) -- danke für die Links.

Grüße,
Sven

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