Hallo! Ich verfolge immer noch mein Projekt, Empfangselektronik für Beobachtungen der galaktischen Wasserstoffemission bei 1.42 GHz zu bauen. Nach ersten vielversprechenden Erfolgen mit einer Bastellösung [1] will ich jetzt einen spezialisierten HI-Detektor bauen, der die Daten kontinuierlich aufnimmt. Dazu habe ich ein Board entworfen, welches am Anfang mit dem Signal von der Antenne gefüttert wird, das zwei 19dB Vorverstärker und einen 300 MHz breiten Bandpassfilter durchlaufen hat, und dieses am Ende digitalisieren und per Ethernet an einen Computer verschicken soll. Dazu ist auf dem Board ein analoger Mischer samt LO untergebracht sowie etliche IF-Verstärker und Filter. Der Mischer mischt von 1420 MHz auf 149 MHz; den letzten Filter vor dem ADC stellt ein SAW-Filter mit 4 MHz Bandbreite dar. Das Signal soll dann von den 149 MHz digital (durch Undersampling) in's Baseband konvertiert werden, mit einer Samplerate von ungefähr 12 MHz (oder etwas mehr). Im Anhang ist mein Schaltplan für das Board. Das Layout muss ich noch anfertigen, ich plane dafür eine 4-Layer-Platine. Wenn ihr euch das so anschaut, meint ihr das könnte gehen? Insbesondere habe ich noch ein paar konkrete Fragen: - Der uC (ein LPC4330 dachte ich mir) hat eine maximale Taktfrequenz von gut 200 MHz. Damit muss ich irgendwie den ADC mit min. 12 MHz Samplerate glücklich machen. Das würde bedeuten, dass man in ca. 16 Instruktionen folgendes tun muss: * Taktleitung ADC auf High (1 Instruktion) * 1 byte Daten vom Port lesen (1 Instruktion) * Daten in den SRAM schreiben (weiß nicht wie lange das geht) * Taktleitung ADC auf Low (1 Instruktion) * Schleifenzähler erhöhen (1 Instruktion) * zurückspringen (1 Instruktion) Für mich klingt das ungefähr realistisch, ist das machbar? Der Plan wäre dann, den Takt des uC über dessen integrierte PLL so einzustellen, dass gerade die Undersampling-Bedingung erfüllt ist, d.h. dass die Schleife oben genau mit der richtigen Frequenz wiederholt wird. Das müsste auch gehen, oder übersehe ich da etwas? Das Versenden der Ethernet-Pakete kann dann hoffentlich der Koprozessor übernehmen. - Ich bin kein besonders erfahrener uC-Software-Entwickler -- könnten Probleme dadurch entstehen, dass die paralleln Inputs des ADC am selben Port (P1_x) sind wie der Ethernet-Kram? - Besteht die Gefahr, dass meine tolle Kette von Verstärkern schwingt? Ich hoffe nicht, da die Operationsverstärker in dieser Hinsicht ja hervorragende Eigenschaften haben. - Gibt es Tipps zum Routing der Versorgungsspannung auf Boards mit gemischten 3.3V / 5V-Bauteilen? - Habe ich den Ethernet-Anschluss korrekt verkabelt? Irgendwie habe ich nicht den Eindruck. Das Datenblatt [2] ist da irgendwie ziemlich wortkarg, oder ich bin einfach zu böld. - Ist es nachteilig, in einen double-balanced mixer auch Harmonische des LO einzuspeisen? Wenn ich das Funktionsprinzip richtig verstanden habe, müsste das ja egal sein, oder? Auch sonst bin ich für alle Tipps und Hinweise dankbar. Viele Grüße! Sven _______ [1] http://scummos.blogspot.de/2014/08/14204-mhz-hydrogen-line-there-it-is.html [2] http://www.farnell.com/datasheets/1817499.pdf
:
Bearbeitet durch User
Doch lieber mit USB, sollte für die Datenrate ausreichend sein und ist einfacher als Ethernet.
Zum Thema hatte ich diesen Vortrag auf der UKW-Tagung 2009 angehört: Hagn, Hermann DK8CI Die 21.1 cm Wasserstofflinie, gemessen mit einer 3 m-Antenne http://ukw-tagung.org/59_ukw-tagung_2014/vortraege_seit_1982/index.html Derselbe Autor hatte auch mal einen Artikel in den UKW-Berichten: Erste Ergebnisse der Garchinger Amateur-Radioastronomie-Anlage 1990/3 S.130 - 137 http://ukw-berichte.de/ukw-docs/pdf/zeitschrift/GesInh12.pdf
:
Bearbeitet durch User
Danke für den Hinweis, wenn ich mal die Möglichkeit habe, an den Text ranzukommen, werde ich mir das mal ansehen. Klingt interessant.
Angehängte Dateien:
-
test.png
37 KB
Hier ist mal ein mehr oder weniger fertiger Entwurf für den HF-Teil des Boards. Der Mikrocontroller-Teil ist nicht dabei. Ich habe mich bemüht, die einzelnen Bestandteile in getrennte funktionelle Gruppen zu gliedern. Auch hier würde mich interessieren, ob noch jemand Ratschläge für das Layout hat. Insbesondere bin ich mir immer noch nicht sicher, wie ich mit der 3.3V vs 5V-Problematik umgehen soll: Besser eine komplette Ebene 3.3V und dann die 5V-Bauteile (das wären die drei OPA695 und der MGA30889 mit dem lustigen Pad) per Leitung auf dem Signal-Layer versorgen, oder auf einer Ebene einen Teil mit 3.3V und einen Teil mit 5V füllen? Ich könnte zum Beispiel rechts auf dem Board einen breiten Streifen 3.3V machen, dann den gesamten mittleren Teil mit 5V, und dann links wieder einen Streifen mit 3.3V, der von einem extra-3.3V-Spannungsregler aus dem mittleren Teil gespeist wird. Macht das Sinn? Viele Grüße, Sven
Sven B. schrieb: > Besteht die Gefahr, dass meine tolle Kette von Verstärkern schwingt? Diese Gefahr besteht auf jeden Fall; die vier Verstärker hintereinander haben insgesamt ca. 80 dB Verstärkung. Wenn vom Ausgang des letzten Verstärkers auch nur ein sehr kleiner Anteil des Signals zum Eingang des ersten Verstärkers zurückgekoppelt wird (Dämpfung geringer als 80 dB), reicht das schon, um zu schwingen. Deswegen ist es extrem wichtig, dass die Versorgungsspannungen der einzelnen Verstärkerstufen sehr gut entkoppelt sind, vor allem die ersten beiden Stufen sind hier sehr wichtig. Ich würde jedem Verstärker einen Ferrit in der Versorgung verpassen (Pi-Filter); für den ersten LNA, der über einen Ausgang versorgt wird, mindestens ein zweistufiges Filter. Sehr wichtig ist natürlich auch die Masseführung, damit sich über die Masse keine Rückkopplung bilden kann. Sven B. schrieb: > Insbesondere bin ich mir immer noch nicht sicher, > wie ich mit der 3.3V vs 5V-Problematik umgehen soll: Besser eine > komplette Ebene 3.3V und dann die 5V-Bauteile (das wären die drei OPA695 > und der MGA30889 mit dem lustigen Pad) per Leitung auf dem Signal-Layer > versorgen, oder auf einer Ebene einen Teil mit 3.3V und einen Teil mit > 5V füllen? Für die 5V würde ich keine Fläche machen, weil die Versorgungen der einzelnen Analog-IC sowieso voneinander entkoppelt werden müssen. Ich würde jeden Verstärker sternförmig mit einer einzelnen, dünnen Leitung anfahren. Für die 3,3 V reicht eine kleine Fläche im Bereich des ADC und eine weitere kleine Fläche im Bereich des Oszillators, aber eigentlich braucht man da auch nicht wirklich Flächen. Eine komplette 3,3V - Ebene hat die Gefahr, dass Störungen von der 3,3V - Versorgung in das HF-Signal eingekoppelt werden können. Deswegen sollte die 3,3V - Fläche möglichst nicht den Analogteil überlappen; zumindest nicht im Bereich der ersten Verstärkerstufen.
Angehängte Dateien:
-
ferrit.png
1,1 KB -
cut.png
12 KB
Danke für die Ratschläge! Johannes E. schrieb: > Sven B. schrieb: >> Besteht die Gefahr, dass meine tolle Kette von Verstärkern schwingt? > Diese Gefahr besteht auf jeden Fall; die vier Verstärker hintereinander > haben insgesamt ca. 80 dB Verstärkung. Wenn vom Ausgang des letzten > Verstärkers auch nur ein sehr kleiner Anteil des Signals zum Eingang des > ersten Verstärkers zurückgekoppelt wird (Dämpfung geringer als 80 dB), > reicht das schon, um zu schwingen. Ok. > Ich würde jedem Verstärker einen Ferrit in der Versorgung verpassen > (Pi-Filter); für den ersten LNA, der über einen Ausgang versorgt wird, > mindestens ein zweistufiges Filter. Mit zweistufigem Filter meinst du sowas wie im Anhang, nehme ich an? Ok, werde ich hinzufügen. > Sehr wichtig ist natürlich auch die Masseführung, damit sich über die > Masse keine Rückkopplung bilden kann. Hier kann ich davon ausgehen, dass eventuelle HF-Anteile auf den Versorgungsleitungen direkt parallel zu diesen Leitungen auf der Massefläche zurückfließen, oder? Ich würde also versuchen, die Versorgungsleitungen so zu routen, dass sie möglichst nicht unter dem Eingang des Verstärkers, den sie versorgen, zurück laufen. Ist es evtl. sinnvoll, bei den Eingängen der ersten zwei Verstärkerstufen einen Schnitt in die Massefläche einzufügen, ungefähr wie im zweiten Anhang gezeigt? > Für die 5V würde ich keine Fläche machen, weil die Versorgungen der > einzelnen Analog-IC sowieso voneinander entkoppelt werden müssen. Ich > würde jeden Verstärker sternförmig mit einer einzelnen, dünnen Leitung > anfahren. > > Für die 3,3 V reicht eine kleine Fläche im Bereich des ADC und eine > weitere kleine Fläche im Bereich des Oszillators, aber eigentlich > braucht man da auch nicht wirklich Flächen. Eine komplette 3,3V - Ebene > hat die Gefahr, dass Störungen von der 3,3V - Versorgung in das > HF-Signal eingekoppelt werden können. Deswegen sollte die 3,3V - Fläche > möglichst nicht den Analogteil überlappen; zumindest nicht im Bereich > der ersten Verstärkerstufen. Ok, das klingt sinnvoll, danke! Viele Grüße, Sven
Sven B. schrieb: > Mit zweistufigem Filter meinst du sowas wie im Anhang, nehme ich an? Ok, > werde ich hinzufügen. Ja, wobei beim LNA, der über den Ausgang versorgt wird, an diesem Pin natürlich kein Kondensator gegen GND geschaltet werden sollte. Der 100 pF-Kondensator entfällt also, oder soll das der Koppelkondensator zur nächsten Stufe sein? 100 pF sind für 149 MHz sowieso zu wenig Kapazität, das entspricht einer Impedanz von ca. 10 Ohm. Sowohl als Koppel-Kondensator zwischen den einzelnen Stufen als auch zur Entkopplung solltest du mindestens 1 nF verwenden (ca. 1 Ohm), besser wären mehrere davon parallel oder eine größere Kapazität (z.B: 10 nF). 100 nF - Kondensatoren sind für so eine hohe Frequenz nicht mehr so günstig, weil die dann oberhalb ihrer Resonanzfrequenz betrieben werden. Sven B. schrieb: > Hier kann ich davon ausgehen, dass eventuelle HF-Anteile auf den > Versorgungsleitungen direkt parallel zu diesen Leitungen auf der > Massefläche zurückfließen, oder? Würde ich nicht; man sollte immer mit dem ungünstigsten Fall rechnen. ;-) Besser ist es, die Versorungsspannungen gut zu entkoppeln, so dass es auf den den Zuleitungen keine nennenswerten HF-Anteile mehr gibt. Das größere Problem sind die Masseströme, die durch das HF-Signal selber in der Massefläche induziert werden. Dazu sollte man sich immer die Pfade überlegen, auf denen der Strom fließt. Wenn man das beispielhaft mit der letzten Verstärker-Stufe macht, dann fließt der Strom vom Stützkondensator am VCC-Pin des Verstärkers über eine Leitung zum AD-Wandler-Eingang. Von dort muss der Strom wieder über die Massefläche zum Stützkondensator des Verstärkers zurückfließen. Hier wäre es z.B. sinnvoll, in die Massefläche eine Trennlinie einzubauen, so dass dieser Massestrom nicht in eine Verstärkerstufe weiter vorne einkoppeln kann. Eine Rückkopplung kann man übrigens auch über die Luft bekommen, vor allem die induktiven Bauteile in den Bandpässen und Baluns können da empfindlich sein. Hier hilft vor allem ein großer Abstand zwischen den einzelnen Verstärkerstufen und evtl. Abschirmbleche bzw. geschlossene Schirmungen über einzelnen Schaltungsteilen. Man könnte sich auch überlegen, die Schaltung auf einzelne Platinen aufzuteilen, dann kann man die einzelnen Komponenten besser voneinander entkoppeln bzw. abschirmen. Ich könnte mir z.B. Vorstellen, ein separates Modul für den Mischer und den ersten LNA am Mischer-Ausgang zu machen und ein weiteres Modul mit zwei OPA695 - Verstärkerstufen und den beiden Abschwächern. Den LO und ADC könntest du dann auf der Controller-Platine lassen, ebenso den letzen OPA695. Damit hast du pro Modul nur maximal 40 dB Verstärkung und wenn man die beiden externen Module in geschirmte Gehäuse einpackt, ist die Gefahr einer Signal-Rückkopplung wesentlich geringer als wenn alles auf einer Platine drauf ist. Evtl. wird es damit sogar insgesamt preiswerter, weil für die meisten Bereiche im HF-Teil keine 4 Lagen notwendig sind. Ein weiterer Vorteil ist, dass man die einzelnen Komponenten separat testen kann und bei ggf. notwendigen Änderungen muss nicht die ganze Platine neu gemacht werden. Du solltest das Problem wirklich nicht unterschätzen; bei einer so großen Verstärkung kann da wirklich sehr leicht etwas schwingen.
Angehängte Dateien:
-
ground.png
34 KB -
power.png
45 KB
Hallo! Johannes E. schrieb: > Sven B. schrieb: >> Mit zweistufigem Filter meinst du sowas wie im Anhang, nehme ich an? Ok, >> werde ich hinzufügen. > > Ja, wobei beim LNA, der über den Ausgang versorgt wird, an diesem Pin > natürlich kein Kondensator gegen GND geschaltet werden sollte. Der 100 > pF-Kondensator entfällt also, oder soll das der Koppelkondensator zur > nächsten Stufe sein? Da ist noch eine Induktivität (HF-Choke) dazwischen, die ich im Beispielbild nicht eingezeichnet habe. Ich würde dann auch die beiden Ferrite eins weiter nach rechts bauen, sodass ein Ferrit zwischen dem Choke und den 100pF und einer zwischen den 100pF und den 1nF || 100nF ist. Diese drei Kondensatorgrößen sind im Datenblatt des Chips so vorgeschlagen, deshalb habe ich die so übernommen [1]. > Wenn man das beispielhaft mit der letzten Verstärker-Stufe macht, dann > fließt der Strom vom Stützkondensator am VCC-Pin des Verstärkers über > eine Leitung zum AD-Wandler-Eingang. Von dort muss der Strom wieder über > die Massefläche zum Stützkondensator des Verstärkers zurückfließen. > Hier wäre es z.B. sinnvoll, in die Massefläche eine Trennlinie > einzubauen, so dass dieser Massestrom nicht in eine Verstärkerstufe > weiter vorne einkoppeln kann. Ok, das ist eine nützliche Denkweise. In diesem Sinne wäre es vielleicht generell sinnvoll, ein paar horizontale Trennlinien in die Massefläche einzubauen (s. Anhang), sodass kein HF-Strom zwischen den Verstärkerstufen auf der Massefläche hin- und her fließt? > Eine Rückkopplung kann man übrigens auch über die Luft bekommen, vor > allem die induktiven Bauteile in den Bandpässen und Baluns können da > empfindlich sein. Hier hilft vor allem ein großer Abstand zwischen den > einzelnen Verstärkerstufen und evtl. Abschirmbleche bzw. geschlossene > Schirmungen über einzelnen Schaltungsteilen. Gibt es da sinnvolle Abschätzungen für die Amplitude? Kann ich zum Beispiel den parallelen Teil der Leitungen nehmen und den als Coupled Microstrip betrachten? Wenn ich das mache, komme ich für meinen Aufbau durchaus auf Kopplungskoeffizienten, die gefährlich klingen (wie 0.01 oder so). Ich werde mal versuchen, das Layout so zu überarbeiten, dass weniger Leitungslänge parallel ist, insb. zwischen der ersten und der dritten Stufe. > Man könnte sich auch überlegen, die Schaltung auf einzelne Platinen > aufzuteilen, dann kann man die einzelnen Komponenten besser voneinander > entkoppeln bzw. abschirmen. Hab' ich mir auch schon überlegt. Meiner Recherche nach wird das dann aber deutlich teurer, und auch weniger praktisch ... das Board bleibt unter der 10cm x 10cm-Grenze, und bis da scheint die Größe preislich relativ egal zu sein bei vielen Fertigern. > Ich könnte mir z.B. Vorstellen, ein separates Modul für den Mischer und > den ersten LNA am Mischer-Ausgang zu machen und ein weiteres Modul mit > zwei OPA695 - Verstärkerstufen und den beiden Abschwächern. > Den LO und ADC könntest du dann auf der Controller-Platine lassen, > ebenso den letzen OPA695. Damit hast du pro Modul nur maximal 40 dB > Verstärkung und wenn man die beiden externen Module in geschirmte > Gehäuse einpackt, ist die Gefahr einer Signal-Rückkopplung wesentlich > geringer als wenn alles auf einer Platine drauf ist. Ungefähr so hab' ich das schon als Test aufgebaut, abgesehen von dem Digitalteil. Ich hätte mir eigentlich gewünscht, das alles kompakt auf einem Board zu haben. Gerade die LO/Mischer/uC-Kombination ist schon sehr unpraktisch, wenn sie nicht fest verdrahtet ist. > Du solltest das Problem wirklich nicht unterschätzen; bei einer so > großen Verstärkung kann da wirklich sehr leicht etwas schwingen. Eine Möglichkeit die immer besteht ist den Gain der OpAmps durch Ersetzen der Widerstände beliebig zu verkleinern falls nötig. Den verlorenen Gain kann ich durch einen zusätzlichen Vorverstärker vor dem Eingang ausgleichen. Ich weiß nicht wieviel das hilft, aber eine der Verstärkerstufen in einen Buffer zu verwandeln klingt schon recht effektiv. Überhaupt würde das Ganze denke ich mit 20dB weniger Gain immer noch funktionieren, nur wird dann die dynamic range des ADC nicht mehr ideal ausgenutzt. Für die Art von Spektren, die ich messen will, brauche ich die aber eh nicht -- wenn nur die 3 "kleinsten" Bits vom ADC-Wert nicht null sind, reicht das wahrscheinlich immer noch locker. Außerdem habe ich mal die Versorgungsspannungen geroutet, sieht das sinnvoll aus? Danke und viele Grüße, Sven ______________ [1] http://www.avagotech.com/docs/AV02-2250EN Seite 8
:
Bearbeitet durch User
Hast du einen Link zum Datenblatt deiner Baluns? Meine Suchmaschine ist da blind. Nach meinem Gefühl und dem Studium des Datenblatts dürften Harmonische oder andere Nebenwellen im Mischer-Eingang keine gute Idee sein, die unerwünschten Mischprodukte könnten deine Messungen verschlechtern. Würde ich mich an Zentimeterwellen versuchen, gäbe es für Eingang und LO jeweils einen diskret aufgebauten trimmbaren Topfkreis direkt neben dem Mischer. Damit läßt sich symmetrisch oder asymmetrisch ein- und auskoppeln und du hast den zusätzlichen Vorteil einer Selektion. Welchen Grund hat es, daß du deine Methode mit diesen Baluns gewählt hast?
Helge A. schrieb: > Hast du einen Link zum Datenblatt deiner Baluns? Meine Suchmaschine ist > da blind. Eingang: http://www.mouser.com/ds/2/400/e751_multibalun_hhm04-25737.pdf Ausgang: http://www.mouser.com/ds/2/249/MABAES0029-318104.pdf > Nach meinem Gefühl und dem Studium des Datenblatts dürften Harmonische > oder andere Nebenwellen im Mischer-Eingang keine gute Idee sein, die > unerwünschten Mischprodukte könnten deine Messungen verschlechtern. Ok, vielen Dank! Dann baue ich da noch einen kleinen Bandpass ein. > Würde ich mich an Zentimeterwellen versuchen, gäbe es für Eingang und LO > jeweils einen diskret aufgebauten trimmbaren Topfkreis direkt neben dem > Mischer. Damit läßt sich symmetrisch oder asymmetrisch ein- und > auskoppeln und du hast den zusätzlichen Vorteil einer Selektion. Welchen > Grund hat es, daß du deine Methode mit diesen Baluns gewählt hast? Wie würdest du einen trimmbaren Topfkreis bei diesen Frequenzen realisieren? In einem Test hatte ich den Mischer mit einer Verzögerungsleitung als Balun aufgebaut. Das funktioniert, aber das Kabel ist halt relativ lang und es ist schwer das mechanisch schön hinzubekommen. Die Variante mit den Baluns wird im Datenblatt empfohlen. Aus welchem Grund würdest du die Methode mit den Baluns nicht empfehlen, fehlende Selektion? Das finde ich eigentlich ganz gut, dann kann ich den Bandpass extern dazubauen und das Board ist flexibler einsetzbar. Danke und viele Grüße, Sven
Sven B. schrieb: > In diesem Sinne wäre es vielleicht > generell sinnvoll, ein paar horizontale Trennlinien in die Massefläche > einzubauen (s. Anhang), Ja, aber dann jeweils an einem Ende ganz bis zum Platinenrand durchziehen. Die rechte Trennlinie z.B. sollte bis ganz nach unten durchgezogen werden. Im Prinzip wäre eine lange, schmale Platine, bei der alle Stufen hintereinander kommen, die beste Anordnung. Wenn du das zu einer Mäanderform komprimierst, sollten die elektrischen Signale auch so verlegt werden. Es sollten also möglichst keine "Abkürzungen" zwischen den Schleifen eingebaut werden.
Johannes E. schrieb: > Ja, aber dann jeweils an einem Ende ganz bis zum Platinenrand > durchziehen. Die rechte Trennlinie z.B. sollte bis ganz nach unten > durchgezogen werden. Stimmt! Das ist natürlich sinnvoller. Ja, lang und schmal wäre besser, aber das kostet leider viel mehr. :(
Angehängte Dateien:
-
topf.PNG
615 Bytes
Interessante Bauteile, diese kleinen Baluns! Sven B. schrieb: > einen trimmbaren Topfkreis bei diesen Frequenzen läßt sich ungefähr so aufbauen wie bei TV-Kanalverstärkern, GSM/ILS-Zeugs oder älteren Tunermodulen: Kleine längliche Blechdose, dicker Silberdraht in der Mitte, abgeschlossen durch Trimmkondensator oder Varicap. Die Dinger waren in TV-Kanalverstärkern auch nur vielleicht 40-50mm lang. Hat grad für den Antennenkreis den Vorteil, daß die Impedanztransformation auf die ca. 30Ω Eingangsimpedanz (wenn ich den Text im Datenblatt richtig interpretiere) gleich mit erledigt wird.
Ok, interessant. Für den Ausgang bräuchte ich sowas dann allerdings nochmal, das wird dann schon etwas größer sein ... Eigentlich war eine meiner Grundideen für dieses Projekt schon, ein kompakets, komplett in SMD gebautes Board zu erstellen, und ausnahmsweise mal keine Bastellösungen zu benutzen :) Diese Baluns sind auch ziemlich harmlos verständnistechnisch, das ist einfach nur ein 1:1 bzw. 1:4 Transformator in klein. Ich wüsste eigentlich nicht, was dagegen spricht die zu benutzen -- abgesehen davon, dass sie ein bisschen schwer zu beschaffen sind. Die beiden für mich interessanten Vorteile sind eben eine ordentliche Eingangsbandbreite und eine kompakte, reproduzierbare Bauform. Viele Grüße, Sven
Angehängte Dateien:
-
areas.png
53 KB
Ich habe jetzt die einzelnen funktionellen Gruppen durch "Kästchen", die überall mit GND verbunden sind, voneinander getrennt, mit der Absicht, die kapazitive und induktive Kopplung zwischen den Gruppen zu reduzieren. Das sollte auf jeden Fall einen positiven Effekt haben, oder?
Sven B. schrieb: > Diese Baluns sind auch ziemlich harmlos verständnistechnisch, das ist > einfach nur ein 1:1 bzw. 1:4 Transformator in klein. Offensichtlich ist ein Balun verstaendnistechnisch doch nicht so harmlos. Zumindest der 1:1 Balun ist kein Transformator, sondern eine Drossel.
Funktioniert aber meines Wissens genau gleich wie ein entsprechender Transformator, nur ohne galvanische Trennung -- die eine Wicklung um den Kern wird quasi zwischen Primär- und Sekundärseite geteilt.
Sven B. schrieb: > Funktioniert aber meines Wissens genau gleich wie ein > entsprechender Transformator, nur ohne galvanische Trennung -- die eine > Wicklung um den Kern wird quasi zwischen Primär- und Sekundärseite > geteilt. Nicht ganz. Der 1:1 Balun wirkt wie eine Gleichtaktdrossel, die Gleichtaktsignale zwischen Ein- und Ausgang über den induktiven Widerstand ihrer Wicklung isoliert. Fuer Gegentaktsignale hebt sich die Induktivitaet wegen des entgegengesetzt gerichteten magnetischen Flusses auf und der Balun wirkt wie eine Uebertragungsleitung. Wegen der Isolation eignet sich die Anordnung um einen balanzierten von einem unbalanzierten Port elektrisch zu trennen. Daher die Bezeichnung Bal-Un.
Ok, danke für die Erklärung. Aber wo genau ist jetzt der Unterschied zu einem für denselben Zweck verbauten 1:1-Transformator?
Sven B. schrieb: > Das sollte auf jeden Fall einen positiven Effekt haben, > oder? Ja, ich denke schon. Es spricht allerdings nichts dagegen, die Masse-Verbindung zwischen den einzelnen Zellen, die verbunden sein müssen, relativ breit zu machen. Eine Engstelle in der Masse hat eigentlich keinen Vorteil. Sven B. schrieb: > Aber wo genau ist jetzt der Unterschied zu > einem für denselben Zweck verbauten 1:1-Transformator? Je nach Anwendung kann das einen ziemlich großen Unterschied machen: Eine Gleichtakt-Drossel sorgt dafür, dass die Ströme symmetrisch sind, also dass der Strom am Out+ und am Out- -Anschluss gleich groß ist, allerdings mit umgekehrten Vorzeichen. Die Gleichtakt-Spannung ist nicht definiert, je nach Last kann die beliebige Werte annehmen. Ein Transformator-Balun dagegen hat üblicherweise auf der symmetrischen Seite eine Mittelanzapfung, die auf Masse liegt. Diese sorgt dann dafür, dass die Ausgangsspannung symmetrisch ist, wobei der Gleichtakt-Strom nicht definiert ist, also beliebige Werte annehmen kann. Wenn am Balun-Ausgang eine symmetrische, rein ohmsche Last angeschlossen ist, macht das keinen Unterschied. Bei asymetrischen Lasten gibt es dagegen schon einen Unterschied. Bei Lasten, die eine sehr hochohmige Gleichtakt-Impedanz haben, funktionert ein Strom-Balun gar nicht und bei Lasten mit sehr kleiner Gleichtakt-Eingangsimpedanz funktioniert ein Spannungs-Balun nicht. Die Common-Mode-Eingangs-Impedanz des LT5560 ist im Datenblatt nicht angegeben, deshalb würde ich davon ausgehen, dass die relativ hochohmig ist. Die Ausgangsspannung der Gleichtakt-Drossel ist aber nur dann symmetrisch, wenn die Last-Impedanz deutlich niedriger als die Impedanz der Gleichtakt-Drossel ist. Deswegen denke ich, dass hier ein Spannungs-Balun (so wie im Datenblatt dargestellt) besser geeignet ist.
Deine Intention, alles mit einer Platine zu erschlagen, ist mir schon klar. Moderne Geräte wie Handy oder TV machen's ja auch so. Find ich ja auch hübsch, keine Frage. Nur wenn man in solideres bzw. professionelles reinschaut, wirds "bulky". Ich vermute, gegen ein wenig Mechanik ist noch immer kein Kraut gewachsen, wenns um HF-Meßtechnik geht. Aber ich lass mich gern eines besseren belehren. Die Idee mit den Massestreifen finde ich gut. Als letzte Lösug erlaubt das später immer noch, eine Dose draufzupappen im Fall der Fälle.
Johannes E. schrieb: > Je nach Anwendung kann das einen ziemlich großen Unterschied machen Ok, ich denke ich verstehe den Unterschied. Danke für die Erklärung! Helge A. schrieb: > Nur wenn man in solideres bzw. professionelles > reinschaut, wirds "bulky". Ich weiß nicht, also wenn man auf so 20 GHz-Spectrum Analyzer-Boards schaut, sind die auch durchaus mal komplett in SMD (bzw. Microstrip) realisiert und auf einer einzelnen Platine untergebracht. So große Büchsen kenne ich eigentlich nur aus dem Amateurbereich, weil die eben oft günstig, stets zur Hand und gut anpassbar sind. > Ich vermute, gegen ein wenig Mechanik ist > noch immer kein Kraut gewachsen, wenns um HF-Meßtechnik geht. Aber ich > lass mich gern eines besseren belehren. Hihi, das werden wir ja dann sehen, wenn das Board fertig ist :-) Da bin ich mir genauso unsicher wie du. > Die Idee mit den Massestreifen finde ich gut. Als letzte Lösug erlaubt > das später immer noch, eine Dose draufzupappen im Fall der Fälle. Ja, bin auch mal gespant wie weit man da mit hacken gehen muss, um die erste Version des Ganzen zum Laufen zu kriegen. Erfahrungsgemäß hat's danach mehr fliegende Korrekturdrähte als ursprüngliche Leiterbahnen. Mal sehen ;)
hallo Sven B. schrieb: > - Der uC (ein LPC4330 dachte ich mir) hat eine maximale Taktfrequenz > von gut 200 MHz. Damit muss ich irgendwie den ADC mit min. 12 MHz > Samplerate glücklich machen. Das würde bedeuten, dass man in ca. 16 > Instruktionen folgendes tun muss: > * Taktleitung ADC auf High (1 Instruktion) > * 1 byte Daten vom Port lesen (1 Instruktion) > * Daten in den SRAM schreiben (weiß nicht wie lange das geht) > * Taktleitung ADC auf Low (1 Instruktion) > * Schleifenzähler erhöhen (1 Instruktion) > * zurückspringen (1 Instruktion) > Für mich klingt das ungefähr realistisch, ist das machbar? Der Plan > wäre dann, den Takt des uC über dessen integrierte PLL so einzustellen, > dass gerade die Undersampling-Bedingung erfüllt ist, d.h. dass die > Schleife oben genau mit der richtigen Frequenz wiederholt wird. Das > müsste auch gehen, oder übersehe ich da etwas? hat der LPC4330 kein DMA? Da kannst du entweder mit einem Timer den dann Triggern oder, wenn die Auflösung zu gering ist, für den Timer dann noch den PLL verstellen. Alternative den DMA über ein externen Takt Triggern. Ich kenne jetzt nicht genau die Möglichkeiten des LPC4330 ob damit eine Doppelte Bufferung möcglich ist (um zeitrichtig die Wandlungen vorzunehmen), aber zur Not braucht man dann noch einen Latch um mit dem Sampletakt die Datenen für das Abholen zwischenzuspeichern. bye woodym
Angehängte Dateien:
-
Balunwicklung.png
82 KB
Sven B. schrieb: > Aber wo genau ist jetzt der > Unterschied zu > einem für denselben Zweck verbauten 1:1-Transformator? Johannes hat das vorstehend schon erklärt. Ergänzend ein Bild, das aufzeigt, wie die gleiche Wicklung je nach äußerer Verschaltung elektrisch unterschiedliche Funktionen erfüllen kann. Grüsse
woodym schrieb: > hat der LPC4330 kein DMA? Da kannst du entweder mit einem Timer den dann > Triggern oder, wenn die Auflösung zu gering ist, für den Timer dann noch > den PLL verstellen. Doch, das klingt eigentlich recht sinnvoll. Ich habe gerade mal das Handbuch ein bisschen durchstöbert zu dem Thema, ich denke, ich könnte einfach timer-getriggert von dem GPIO-Speicherbereich in den SRAM kopieren mit dem DMA. Das geht so wie ich das verstanden habe sogar byte-weise (also nicht nur mit words). Das einzige was ich jetzt nicht gesehen habe ist wie/ob man da irgendwie einen Takt an einem GPIO generieren kann ...? Danke für das Bild mit den Baluns, das ist ganz aufschlussreich. Erklärt auch, warum man für den hardwaremäßig quasi gleichen Aufbau oft verschiedene Wörter liest. Grüße, Sven
Sven B. schrieb: > wenn man auf so 20 GHz-Spectrum Analyzer-Boards > schaut, sind die auch durchaus mal komplett in SMD (bzw. Microstrip) > realisiert und auf einer einzelnen Platine untergebracht. Was Du da siehst, ist aber nicht der erste Entwurf wie bei Dir, sondern bestimmt schon mindestens der zehnte.
Sven B. schrieb: > Ich verfolge immer noch mein Projekt, Empfangselektronik für > Beobachtungen der galaktischen Wasserstoffemission bei 1.42 GHz zu > bauen. Deine Schaltung halte ich für nicht wirklich gut. Erstens viel zu viele Umsetzungen, zweitens keinerlei Spiegelfrequenz-Unterdrückung, drittens viel zu viel Verstärkung vor der Digitalisierung. Denk mal über folgende Variante nach: - Filter für den interessierenden Bereich um 1.5 GHz herum - LNA, so etwa 20 dB - nochmal Filter - I/Q-Mischer, entweder mit integriertem LO oder mit dem ADF aus deinem Entwurf als LO - 2x Tiefpaß - 2x Differental-OpV - Doppel-ADC (gleichzeitig samplend) - dann digital weiter Das ergibt ne Direktumsetzung mit der Chance, die Spiegelfrequenz (bzw. das andere Seitenband) um ca. 40 dB dämpfen zu können. Der Aufwand ist deutlich kleiner. Die Empfindlichkeit gegenüber Außerband-Störern ist deutlich geringer. W.S.
Hi W.S., danke für Deine Hilfe. W.S. schrieb: > Erstens viel zu viele Umsetzungen Zu viele Umsetzungen? Es gibt nur eine Umsetzung, oder? Am Anfang wird von 1420 auf 149 MHz gemischt, sonst nix. Außer man zählt das Undersampling noch mit, dann wären es zwei. > zweitens keinerlei Spiegelfrequenz-Unterdrückung Die Spiegelfrequenz-Unterdrückung ist extern vor dem Board, zusammen mit den beiden LNAs. Dann ist das ein bisschen flexibler. Ich habe mir da einen aus diskreten Elementen aufgebauten Filter überlegt, der die Spiegelfrequenz quasi komplett unterdrückt -- das ist ja bei 300 MHz "Platz" für die Flanke auch nicht so schwer. > drittens viel zu viel Verstärkung vor der Digitalisierung. Hmm. Wie kann ich das Signal digitalisieren wenn ich es weniger stark verstärke? Wenn es nicht mindestens ein paar mV Amplitude hat, kriegt das doch kein ADC hin, oder? > Denk mal über folgende Variante nach: > - Filter für den interessierenden Bereich um 1.5 GHz herum > - LNA, so etwa 20 dB > - nochmal Filter > - I/Q-Mischer, entweder mit integriertem LO oder mit dem ADF aus deinem > Entwurf als LO > - 2x Tiefpaß > - 2x Differental-OpV > - Doppel-ADC (gleichzeitig samplend) > - dann digital weiter Bei diesem Konzept ist mir vor allem unklar, dass du ja nur so 60dB Verstärkung hast. Bei einer Bandbreite von 1 MHz und einem Eingangs-Signallevel von -174 dBm/Hz hättest du dann am Ende eine Amplitude von ca. 500 uVrms. Gibt es ADCs, die so kleine Signale einigermaßen rauscharm detektieren können? Grüße, Sven
:
Bearbeitet durch User
Lies dich mal in die Technik der einigermaßen schnellen ADC's ein, deren Eingangsspannungsbereich liegt zumeist um und bei 2 Volt Spitze-Spitze bei 16 Bit Auflösung. Da macht es wenig Sinn, das Rauschen mehr zu verstärken, als bis zu 1..2 LSB - und das LSB von so einem ADC liegt ganz grob bei 2V/64K, also rund 35 uV. W.S.
Also ein bisschen mehr als 1 Bit Dynamikumfang fände ich ja schon ganz gut, um Spektroskopie zu machen ... bei 1 Bit fällt ja irgendwann auch das Rauschen des ADC in's Gewicht und von Fehlersuche oder RFI-Erkennung / Entfernung will ich mal gar nicht reden. Im professionellen Bereich macht man das (in der Astronomie) auch nicht so, da werden die (8 bit) ADCs sorgfältig so gepegelt, dass das Histogramm über die Samples schön gaussförmig und so breit wie möglich ist. Ein 16 bit ADC kostet außerdem das Zehnfache von den 8 Bit Dingern. Dazu ist mir nicht ganz klar, was das bringen soll: Was außer dem einen Verstärker für 3 Euro spare ich denn dadurch, dass ich das Signal bei so kleiner Amplitude abtaste? Grüße, Sven
>Das ergibt ne Direktumsetzung mit der Chance, die Spiegelfrequenz (bzw. >das andere Seitenband) um ca. 40 dB dämpfen zu können. Der Aufwand ist >deutlich kleiner. Die Empfindlichkeit gegenüber Außerband-Störern ist >deutlich geringer. Nicht nur das. Auch ohne Störer reduziert ein Spiegelfrequenzfilter das Rauschen um 3dB.
foo schrieb: >>Das ergibt ne Direktumsetzung mit der Chance, die Spiegelfrequenz (bzw. >>das andere Seitenband) um ca. 40 dB dämpfen zu können. Der Aufwand ist >>deutlich kleiner. Die Empfindlichkeit gegenüber Außerband-Störern ist >>deutlich geringer. > > Nicht nur das. Auch ohne Störer reduziert ein Spiegelfrequenzfilter das > Rauschen um 3dB. Ich weiß, deshalb ist in meinem Aufbau ja auch ein Spiegelfrequenzfilter vorgesehen. Nur außerhalb des Boards, um dem flexibler austauschen zu können. Der Eingang steckt ja nicht direkt an der Antenne, Filter und Vorverstärker sind da davor. Die Idee ist so ein bisschen den ersten Filter bei viel RFI vor und bei wenig RFI hinter den Vorverstärker stecken zu können. Grüße, Sven
:
Bearbeitet durch User
So, Platinen sind da, mal schauen ob's funktioniert :) Am meisten Sorge macht mir jetzt so im Nachhinein mein sehr schlechtes Layout für den Quarz vom uC, der direkt neben dem USB-Track liegt. Ich hoffe das klappt.
Es geht voran -- High-Speed USB läuft jetzt und schafft auch so 25 MB/s Durchsatz, wenn man nur irgendwelchen zufälligen Speicher durch die Gegend schickt. Ich werde jetzt mal den ADC und den Downconverter (in dieser Reihenfolge) aufbauen und schauen ob das auch klappt. Bisher musste ich nur ein Bauteil flicken :-) Ich habe jetzt auch etwas mehr Überblick über den Controller und bin mir recht sicher, dass ich die Clock für den ADC mit der CGU machen kann (die hat noch eine ungenutzte PLL) und die Daten dann per DMA einlesen. Die CPU muss das dann nur ab und zu an den USB-Endpoint weiterreichen. Eigentlich sollte das also problemlos funktionieren -- bin mal gespannt.
:
Bearbeitet durch User
Der ADC läuft jetzt auch, mit testweise 12 MSPS -- sieht soweit okay aus. Im getesteten Gleichspannungs-Signal sind ein paar Spikes (vom USB?), bleibt abzuwarten ob die über den Draht eingekoppelt werden oder ob die immer da sind. Ich bin aber zuversichtlich, dass ersteres der Fall ist. Ich habe ungefähr 30 MB Test-Daten aufgenommen, die waren in wenigen Sekunden über USB verschickt, im Endeffekt wird das wohl noch etwas schneller, wenn ich zum Einlesen DMA benutze. Ich bin mir etwas unsicher, wie das mit der Phase des Clock Outputs und dem DMA ist, also dass ich die Sample Clock so mit dem DMA synchronisiert kriege dass der DMA den Port dann liest wenn auch gültige Daten anliegen. Mal sehen, was man da machen kann, evtl. nutze ich den Pin, der noch mit am Takt-Ausgang angeschlossen ist, als Interruptquelle um den DMA-Transfer zu definierten Zeitpunkten zu starten. Natürlich war der Footprint für den ADC falsch (war ja klar, dass auf so einer großen Platine mindestens ein Footprint falsch ist, egal wie genau man hinschaut :) und eine Biasspannung für den Eingang fehlt ebenso. Ich konnte den Chip aber irgendwie draufquetschen und die Biasspannung kann man auch improvisieren. Wird dann alles in der zweiten Version korrigiert. Jetzt habe ich mal den LO und den Mischer montiert und bin gerade mit der Inbetriebnahme des LO beschäftigt.
:
Bearbeitet durch User
Mischer und LO laufen jetzt auch -- ich kann erfolgreich ein Testsignal von 1430 MHz auf 150 MHz runtermischen, und es sieht danach auch noch ganz gut aus so auf ersten Blick. Jetzt muss ich nur noch den übrigen IF-Kram einbauen (viele Bauteile, aber hoffentlich wenig Raum für Fehler) und mein Programm für die Programmierung des LO auf den Mikrocontroller portieren.
Gibts eigentlich wieder updates? mach mal neue Fotos rein oder zeige mal deine Testdaten und dsa Rauschen des ADCs :-) Die Daten müssten sich doch leicht über Excel grafisch darstellen lassen :-)
Angehängte Dateien:
-
blink2.jpg
390 KB -
usb2.jpg
370 KB -
input_and_lo.jpg
330 KB
Das Testsignal kommt von einem Stück Draht, der quer über die Platine geht -- das ist einfach total verrauscht, das sieht man auch mit dem Oszi ;) Sobald ich ein sauberes Signal zum ADC gelegt habe, poste ich auch gern mal ein paar Daten, aber momentan ist das Murks. Zumal die Software einfach nur abwechselnd Daten so schnell sie kann liest und dann raussschickt, d.h. viele Samples sind n-fach vorhanden und zwischendurch fehlen immer welche ... muss ich alles noch gescheit implementieren. Das taugt also um zu beurteilen dass der ADC tut, aber über die Qualität kann man damit noch nichts sagen. Momentan bin ich gerade etwas hängen geblieben, weil meine aus diskreten Bauteilen aufgebauten IF-Filter nicht funktionieren. Die parasitären Widerstände der Spulen dort machen das wohl ziemlich kaputt, sodass da viel zu wenig durchkommt. Ich überlege also gerade, wie ich das umbauen kann, sodass der Filter weniger Verlust und immer noch ein bisschen Bandselektion hat -- Vorschläge sind willkommen :) Ich brauche einen Bandpass-Filter bei 150 MHz mit höchstens 50-60 MHz Bandbreite. Im Anhang ein paar Bilder: 1. wie der Mikrocontroller zum ersten Mal eine LED blinken ließ; 2. Mikrocontroller mit fehlendem Widerstand für High-Speed USB hust; 3. fertig aufgebauter und funktionierender Eingang mit Mischer (LT5560), LO (ADF4350) und nicht funktionierendem IF-Filter rechts daneben. Viele Grüße, Sven
:
Bearbeitet durch User
Angehängte Dateien:
-
tone_response.png
36 KB
So, der Aufbau ist nun soweit, dass ein Signal den ganzen Pfad durchlaufen kann, vom SMA-Stecker bis zum Python-Skript auf dem Rechner :-) Ich habe bestimmt ein dutzend Fehler auf der Platine korrigieren müssen, aber im Endeffekt sieht's jetzt durchaus vielversprechend aus. Das Rauschen des ADC ohne angeschlossenes Signal ist erträglich (3-4 LSB), es schwingt nix, und ein -90dBm Ton am Eingang lässt sich problemlos detektieren. Das ist schon in der Nähe dessen was ich im Endeffekt will, nämlich -136 bei 4 MHz (= +66dB Hz) Bandbreite. Im Spektrum sind auch keine unerwarteten Spurs oder so. Lediglich bei einigen Frequenzen (ich glaube bei ganzzahligen Vielfachen der Samplerate oder so?) gibt es so einen Ringing-Effekt (siehe Anhang, das Spektrum ist da aber deutlich gezoomt). Ich bin noch nicht sicher, ich vermute aber, es hat was mit dem Lesen der Samples vom ADC zu tun, was momentan ziemlich "Pi mal Daumen" ist. Da muss ich noch sicherstellen, dass keine Samples verloren gehen, damit könnte der Effekt zusammenhängen. Evtl. ist auch der schlechte Referenz-Oszillator (mit) schuld mit seinem Jitter. Wenn ich mal bessere Plots habe, poste ich mehr davon.
:
Bearbeitet durch User
Sven B. schrieb: > Das Testsignal kommt von einem Stück Draht, der quer über die Platine > geht -- das ist einfach total verrauscht Was, ausser einem erhöhten Rauschen, erwartest du denn, wenn du wirklich die Wasserstofflinie empfängst? Deine Schaltung sieht ja schon sehr gut aus, aber ich kann kaum verstehen weshalb man einen solchen Aufwand treibt um Rauschen nachzuweisen, von dem man längst weiss, dass es vorhanden ist.
P.S.: Die Resonanzfrequenz des Serienkreises 100pF - 6,8nH mit dem der LO in den 1. Mischer eingekoppelt wird, beträgt nach meiner Rechnung etwa 193MHz. Das soll doch wohl nicht so?
foo schrieb: > Die Resonanzfrequenz des Serienkreises 100pF - 6,8nH mit dem der LO in > den 1. Mischer eingekoppelt wird, beträgt nach meiner Rechnung etwa > 193MHz. Ich denke das stimmt so, ich hab das auch simuliert und es tut auch in der Praxis -- wahrscheinlich ist verwirrend, dass der LO input differentiell ist, das ändert alles. > Was, ausser einem erhöhten Rauschen, erwartest du denn, wenn du wirklich > die Wasserstofflinie empfängst? Klar ist natürlich dass man mit dem Teil hier keine neuen Entdeckungen machen wird. Es geht einfach nur darum, ein wissenschaftliches Experiment mit interessantem technischem Hintergrund selbst nachzuvollziehen. Aber etwas mehr als "erhöhtes Rauschen" wird man schon messen können. Hier ist ein Spektrum der Wasserstofflinie, was ich früher mal aufgenommen habe: https://tr.im/5534d Du siehst nicht nur erhöhtes Rauschen, sondern u.A. in welcher Richtung wie viel Gas ist und wie schnell es sich bewegt. Damit kann man zum Beispiel Rotationsprofile von Galaxien vermessen (wie schnell drehen sich die einzelnen Arme, etc.). Auch die Umlaufgeschwindigkeit der Erde um die Sonne müsste man indirekt damit bestimmen können.
Das ist ein sehr interessantes Projekt und die Dokumentation sieht auch sehr professionel aus. Hast Du schon darüber nachgedacht, in der letzten Stufe vor der Digitalisierung einen logarithmischen Verstärker (siehe Anhang), einzusetzen ? Damit könntest Du eine Gainstufe einsparen, hättest keine Anforderungen wegen Unterabtastung und ein 8bit ADC wäre ausreichend. Jedenfalls bin ich weiter gespannt auf den Fortschritt. mit freundlichem Gruß Reinhard
Reinhard schrieb: > Das ist ein sehr interessantes Projekt und die Dokumentation sieht auch > sehr professionel aus. Danke :-) > Hast Du schon darüber nachgedacht, in der letzten Stufe vor der > Digitalisierung einen logarithmischen Verstärker (siehe Anhang), > einzusetzen ? Hmm, das ist aber ein Detektor, richtig? Ich benötige schon das Spektrum des empfangenen Signals, sonst fallen die meisten interessanten Anwendungen für das Projekt weg. Viele Grüße, Sven
Vor einigen Jahren habe ich diesen Empfänger nachgebaut: http://www.astro.phys.ethz.ch/astro1/Users/cmonstei/instrument/callisto/ecallisto/applidocs.htm Das Spektrum erhält man durch Verstellen der Tuner - Frequenz. Ich bin in HF sehr unerfahren, aber der Nachbau ging problemlos. Meine Modifikationen waren mehr auf der Softwareseite. Du hast ja schon ein fertiges Design und das würde ich auch nicht ohne Grund abändern. Wie gesagt sollte nur eine Anregung sein ;-) mfg Reinhard
Danke für den Link, das schau' ich mir mal an. Ist ja immer interessant. Reinhard schrieb: > Das Spektrum erhält man durch Verstellen der Tuner - Frequenz. Davon will ich gerade weg mit diesem Aufbau, das ist nämlich schlecht: wenn man das Spektrum mit einem solchen Sweep aufnimmt, verliert man (beob. Bandbreite / Gesamtbandbreite)*100% der einfallenden Leistung und damit des SNR. Für eine Beobachtungsbandbreite von 10 kHz und einer Gesamtweite von min. 2 MHz ist das ein Faktor 200, was für die ohnehin schon langen Beobachtungszeiten, um auf ein gutes SNR zu kommen (mindestens einige Minuten), extrem schädlich ist. Viele Grüße! Sven
Ich versuche gerade, das DMA zur Mitarbeit zu bewegen, und das ist schwieriger als gedacht. Erstmal kriege ich es überhaupt nicht dazu, auch nur irgendwas zu kopieren, nichtmal von einer Stelle auf dem Stack zu einer anderen (tut einfach gar nichts nach setzen des ENABLE-Bits, s. Anhang); des weiteren bin ich mir auch unsicher, ob das überhaupt tun kann was ich will. Was ich brauche ist dass mit einer bestimmten Frequenz (ca. 16 MHz) ein einzelnes Byte von den GPIOs in den SRAM kopiert wird. Laut UM [1] wäre das doch ein Memory-to-Memory-Transfer, weil die GPIOs in den Speicher gemappt sind, oder? Dafür steht aber als Trigger für die Transfers nur der DMA-Controller zur Verfügung (Seite 507), und dem kann ich nicht sagen, er soll nur zu bestimmten Zeitpunkten kopieren. Es gibt ja irgendwie noch eine Möglichkeit mit Timern, aber die finde ich extrem spärlich dokumentiert -- mir ist immer noch nicht klar, ob ich das auch irgendwie nutzen kann, um GPIO-To-Memory-Transfers zu machen, wenn ich behaupte, die Quelle sei ein Peripherial (was ja auch der Fall ist, aber formal ist es eben Memory ... ich hoffe, man versteht das Problem). Ich bin jedenfalls verwirrt. ________ [1] http://www.nxp.com/documents/user_manual/UM10503.pdf Seite 491
Ok, DMA an sich geht jetzt und ich habe auch den Eindruck, dass das mit dem Timer durchaus klappen könnte. Von GPIO mag es noch nicht kopieren, aber ich finde sicher noch raus warum.
Angehängte Dateien:
-
bandpass.png
39 KB -
tone_response_correct.png
25 KB
Das mit dem Timer stellt sich als zu langsam heraus. Ohne Timer ist das DMA etwas schneller -- schnell genug für meine Zwecke. Ich setze den CPU-Takt etwas herunter, dann passt das eigentlich für's erste ganz gut, wenn das DMA einfach so schnell kopiert wie es kann. Das kriegt dann seine eigene SRAM-Bank, dann sollte es auch keine Timing-Probleme geben. Die Samplerate ist dann etwa 17.9 MSa/s. Nachdem ich noch ein nicht richtig verkabltes Bit des ADC korrigiert habe, sind die Plots jetzt auch hübsch. Im Anhang sieht man den Bandpass mit terminiertem Eingang (das ist also nur das Rauschen der ersten Verstärker/Mischer-Stufen plus thermisches Rauschen) und mit einem -90dBm Ton am Eingang bei ca. 1.42 GHz. Die Bilder sind ziemlich verrauscht, weil's jeweils nur 1024 Punkte = 1.8ms Integrationszeit ist. Das sieht alles sehr schön aus, genau wie ich's mir vorgestellt habe. Jetzt muss ich erstmal ein bisschen anständige Software schreiben, die die Daten geordnet und fix überträgt.
:
Bearbeitet durch User
Angehängte Dateien:
Ich habe gerade mal sehr provisorisch die Vorverstärker noch angeschlossen (ohne Mirror-Filter). Man sieht in den Spektren, dass weniger Leistung ankommt wenn man an den Himmel schaut als bei einer Wand. Das ist schonmal sehr gut. (Die 1. Sky-Kurve ist mit anders gedrehter Antenne aufgenommen als die 2 und 3) Jetzt muss ich unbedingt erstmal brauchbare Software schreiben (ich weiß, das sagte ich schon). Dann kann vielleicht ein erster wirklicher Test stattfinden :-) Wenn das klappt, werde ich eine zweite Version der Platine fertig machen, in der die ganzen Fehler behoben sind.
:
Bearbeitet durch User
Wäre ein geeigneter DVB-T Stick nicht auch geeignet ? http://sdr.osmocom.org/trac/wiki/rtl-sdr http://sdrsharp.com/#download http://superkuh.com/rtlsdr.html Grüße Roland
Doch, würde eventuell funktionieren. Allerdings gibt's da auch einige fragliche Punkte. Die Samplerate ist etwas niedrig, und insbesondere ist mir nicht klar, wie das Levelling funktioniert (kann ich aus den gemessenen Werten proportional auf die Eingangsleistung rückschließen?). Kann sein dass das alles hinreichend nachvollziehbar ist dass die Kalibration klappt, kann auch sein dass nicht. Jedenfalls gefällt mir die Abhängigkeit von Hardware nicht, die ich nicht kontrollieren kann. Also gut möglich dass das klappt und sicherlich ein lohnendes Projekt sich das mal anzuschauen, aber insgesamt finde ich eine ziemlich andere Herangehensweise als die die ich hier gewählt habe.
Sven B. schrieb: > Aber etwas mehr als "erhöhtes Rauschen" wird man schon messen können. > Hier ist ein Spektrum der Wasserstofflinie, was ich früher mal > aufgenommen habe: https://tr.im/5534d > Du siehst nicht nur erhöhtes Rauschen, sondern u.A. in welcher Richtung > wie viel Gas ist und wie schnell es sich bewegt. Damit kann man zum > Beispiel Rotationsprofile von Galaxien vermessen (wie schnell drehen > sich die einzelnen Arme, etc.). Auch die Umlaufgeschwindigkeit der Erde > um die Sonne müsste man indirekt damit bestimmen können. Dann solltest du dir aber eine sehr gute Zeitbasis gönnen. Solche 10MHz Rubidiumoszillatoren http://www.ebay.de/itm/RUBIDIUM-SYMMETRICOM-EFRATOM-LPRO-101-10Mhz-Oscillator-/261572299652 LPRO-101 wurden vor etwa 4 Jahren in größerer Zahl (vermutlich aus Handy-Netzen) ausgemustert und aus China für ca. 40..80 Euro verkauft. Leider scheint jetzt die Stunde der Wiederverkäufer gekommen zu sein, und mittlerweile sind diese Geräte viel teurer. Die Dinger haben einen Trimmer, mit dem man den Einfluß des Erdmagnetfelds kompensieren kann, aber ich habe damals zwei Stück ohne weitere Justage benutzt um mittels Lissajous-Figur einen Frequenzvergleich durchzuführen: Die Oszillatoren brauchten ab Einschalten etwa 4 Minuten um die Rubidiumlampe aufzuheizen und die Resonanzfrequenz zu suchen. Während dieser Zeit kann man schön den langsamen sägezahnförmigen Frequenzsuchlauf sehen. Wenn dann aber das "Lock"-Signal kommt, steht die Frequenz wie eine Eins. Vieleicht eine Viertelstunde nach dem Einschalten dauerte es etwa 20 Minuten, bis die beiden Oszillatoren sich um eine Schwingung unterschieden. Also 100ns in rund 1000s ---> relative Frequenzdifferenz (-Fehler?) 1.E-10 Das kann man auch mit einem Normalfrequenzsender wie DCF oder HGB nur schlecht überprüfen, denn für 10hoch10 Schwingungen brauchen die mehr als einen Tag! Jedenfalls bin ich beindruckt, dass du als Branchenfremder so dicke Bretter bohrst. Und wie du sie bohrst. Chapeau!
P.S.: Was für eine Antenne verwendest du eigentlich? Die 3m Würzburg-Spiegel dürften ja längst ausgestorben sein.
foo schrieb: > Dann solltest du dir aber eine sehr gute Zeitbasis gönnen. > Solche 10MHz Rubidiumoszillatoren > http://www.ebay.de/itm/RUBIDIUM-SYMMETRICOM-EFRATOM-LPRO-101-10Mhz-Oscillator-/261572299652 > LPRO-101 wurden vor etwa 4 Jahren in größerer Zahl (vermutlich aus > Handy-Netzen) ausgemustert und aus China für ca. 40..80 Euro verkauft. > Leider scheint jetzt die Stunde der Wiederverkäufer gekommen zu sein, > und mittlerweile sind diese Geräte viel teurer. So ein Mist aber auch -- ich hab' die Dinger bei Ebay mal begutachtet, als sie nur 50-60 Euro gekostet haben, und mir überlegt ob ich sowas kaufe. Da ich keine konkrete Anwendung dafür an der Hand hatte, hab ich es dann nicht getan. Das war natürlich ein Fehler. Andererseits denke ich auch nicht (mehr), dass man für diese Anwendung zu so einem großen Hammer greifen muss. Ein anständiger TCXO hat ja anscheinend so ungefähr 2ppm Genauigkeit, das sind bei 1.4 GHz also etwa 3 kHz. Das spektroskopierte Material bewegt sich mit Geschwindigkeiten von bis zu wenigen hundert km/s. 1 km/s entspricht bei der Frequenz aber bereits einer Frequenzverschiebung von 4.7 kHz. Da man hier Material in der galaktischen Scheibe irgendeiner Galaxie (in dem Fall wohl nur der Milchstraße, vielleicht noch Andromeda) spektroskopiert, handelt es sich immer um sehr große Wolken mit sehr breiter Geschwindigkeitsverteilung, siehe den Plot oben. Strukturen im Spektrum, die schmaler sind als mindestens einige km/s, sind absolut nicht zu erwarten: die Emission ist sehr schwach, damit man überhaupt was sieht, muss die Wolke sehr groß sein, und dann ist i.d.R. auch die Geschwindigkeitsverteilung recht breit. Insofern denke ich, der Aufwand für das Rubidium-Normal lohnt nicht wirklich. Höchstens für die Beobachtung kosmischer Maser, die extrem schmalbandige Strukturen haben können (< 1 kHz) könnte so ein Normal gewinnbringend sein. Für die HI-Linie gibt es da glaube ich keine, es gibt aber OH-Maser bei 1665 MHz und ähnlichen Frequenzen. Dafür müsste das Board hier und sogar meine Vorverstärker durchaus noch brauchbar sein. Die Detektion solcher Objekte mit meiner 1 m²-Antenne ist aber wohl illusorisch. > Was für eine Antenne verwendest du eigentlich? Eine poplige 1.2m-Satellitenschüssel aus China für 50 Euro mit selbstgebautem Biquad-Feed. Sieht ungefähr so aus: https://tr.im/5e803 Wird momentan sogar ohne Stativ verwendet, Strahl-Halbwertsbreite 10 Grad, da reicht das Augenmaß zum Einstellen. Unter ansonsten günstigen Bedingungen sieht man die Linie wohl mit einem Dipol und wenigen Minuten Integrationszeit. Aber Ortsauflösung ist natürlich schon ganz nett. > Die Oszillatoren brauchten ab Einschalten etwa 4 Minuten um die > Rubidiumlampe aufzuheizen und die Resonanzfrequenz zu suchen. > Während dieser Zeit kann man schön den langsamen sägezahnförmigen > Frequenzsuchlauf sehen. > Wenn dann aber das "Lock"-Signal kommt, steht die Frequenz wie eine > Eins. Schon ziemlich cool. Vielleicht sind ja mal wieder welche günstig zu haben, dann kaufe ich mir sowas auch mal. Erinnert mich an einen Vortrag, den ich vor kurzem gehört habe -- da ging es um hochgenaue Uhren mit einer Genauigkeit von 1e-17 und besser. Die sind so genau, dass man damit anscheinend die Abhängigkeit der Frequenz von der Lage im Gravitationsfeld (dieser ART-Effekt) beobachten kann, wenn man den Tisch nur um 50 cm nach oben verschiebt. (Sowas bräuchte der Kurt mal, der hier immer trollt grins) > Jedenfalls bin ich beindruckt, dass du als Branchenfremder so dicke > Bretter bohrst. Und wie du sie bohrst. Danke :-) Viele Grüße, Sven
:
Bearbeitet durch User
Hab mal ein bisschen weitergebastelt, mann kann jetzt durch Verschieben des LO lustig durch das Spektrum scrollen: http://files.feorar.org/spectrometer3.ogv Die Antenne steht dabei einfach nur im Zimmer rum. Man sieht recht gut dass da immer zwei Bänder übereinander sind (das Upper- und das Lower Side Band des Mischers): manche Signale wandern beim Erhöhen der Frequenz nach rechts, andere nach links. Bei einem kurzen Test hab ich gestern von der HI-Linie nichts gesehen. Besonders überraschend finde ich das aber nicht, ohne Parabolspiegel, Spiegelfrequenzfilter und mitten in der Stadt ist das wahrscheinlich unmöglich die zu sehen. Dazu war noch bewölkt, das macht auch locker noch einmal ein paar dB SNR aus.
Angehängte Dateien:
-
analyzer.png
21 KB -
spectrometer.png
41 KB
Ich habe jetzt endlich mal das effektive SNR des selbstgebauten Spektrometers mit meinem Spectrum Analyzer verglichen. Wie erwartet ist das, was das Spektrometer in derselben Aufnahmezeit (88ms) erzielt, viel besser. Was man da sieht ist ein GSM-Band bei 953 MHz oder so, beide Geräte erhalten dasselbe Signal durch einen Splitter. (Die Bilder sind nicht genau gleichzeitig erstellt, deshalb ist es nicht ganz dasselbe, aber so ungefähr sieht man's daran schon; außerdem hat der Spectrum Analyzer nur ein Viertel der spektralen Auflösung in diesem Test (10 kHz vs 2.5 kHz) und deshalb sowieso einen unfairen Vorteil) Die Spurs in meinem Spektrum kommen bis auf den breiten links aus der anderen Spiegelfrequenz, die 300 MHz (= zweimal die ZF) weit weg ist und momentan noch nicht weggefiltert wird. Man sieht auch schön, dass die beim Verschieben der LO-Frequenz in die entgegengesetzte Richtung wandern wie das GSM-Signal. Bis auf diesen breiten links, das weiß ich nicht, was das ist, der bleibt stehen -- muss also irgendwo in der ZF reinkommen. Jedenfalls ist das das erwartete Ergebnis und ich bin zufrieden mit dem Ausgang dieses Tests.
:
Bearbeitet durch User
Hab' gestern neue PCBs mit ganz vielen Fehlerkorrekturen in Auftrag gegeben, die werden wohl so in 10 Tagen dann da sein. Bin mal gespannt, ob diesmal alles stimmt ;) http://gerblook.org/pcb/XTq6nZ5i3pb3owf6wTCdWV#front
Angehängte Dateien:
-
microstrip.jpg
390 KB -
geometry.png
30 KB -
simulation.png
31 KB -
measured.png
22 KB
Nach ein paar gescheiterten Versuchen, einen Helixfilter zu bauen [1], der hinter den ersten Vorverstärker kommt und insb. die Spiegelfrequenz für den Mischer unterdrücken soll, hab ich jetzt einige Tage mit Sonnet rumsimuliert und einen überraschend gut funktionierenden Microstrip-Filter handgeschnitzt. Da das so gut geklappt hat, lasse ich mir denke ich demnächst mal ein paar davon fertigen, in der Hoffnung, dass die noch etwas besser sind als mein Handgeschnippsel. _________ [1] Beitrag "Helixfilter verhält sich merkwürdig"
Angehängte Dateien:
-
lna-small.jpg
250 KB -
filter-small.jpg
240 KB -
kombiniert.png
22 KB
Ich hab' jetzt ordentliche Versionen von Filter und Vorverstärker. Im Anhang auch ein Plot, wie die Frequenzantwort aussieht wenn man einen Vorverstärker vor den Filter steckt.
Sven B. schrieb: > Im > Anhang auch ein Plot, wie die Frequenzantwort aussieht Kannst du die Dämpfung auch nach höheren Frequenzen messen? Ab 1710 MHz lauern da zahllose E-Band Handys und ab 1805 MHz die Basisstationen mit ihrer hohen Sendeleistung, und alle die sind viel näher als der Wasserstoff.
Angehängte Dateien:
-
filter.png
33 KB
lrep schrieb: > Kannst du die Dämpfung auch nach höheren Frequenzen messen? > Ab 1710 MHz lauern da zahllose E-Band Handys und ab 1805 MHz die > Basisstationen mit ihrer hohen Sendeleistung, und alle die sind viel > näher als der Wasserstoff. Messen leider nicht, der Analyzer kann nur 1.5 GHz. Ich habe allerdings die Simulation im Anhang, der ich traue (denn die stimmt überall sonst sehr gut). Laut der sind es bei 1710 MHz 26 dB Dämpfung gegenüber dem Passpand. Dann kommen nochmal etwa 3-6 dB durch den geringern Gain des Verstärkers dazu. Das sollte gut ausreichen, damit da nichts in Sättigung geht. Nach dem Mischer wird ja noch mehrmals gefiltert; vor dem Mischer sind bei 1710 MHz dann ungefähr 10 dB Gain (vs ~37 dB bei 1420 MHz), da sollten nichtlineare Effekte vernachlässigbar sein. Ich habe auch nichts in der Richtung gesehen. Dazu kommt noch die Anpassung der Antenne plus deren Richtwirkung. Viel schlimmer ist im Stadtgebiet dieses breitbandige Zeug, was tatsächlich im relevanten Frequenzband drin liegt. Das kriegt man auch nicht weggefiltert. Die Handys sind m.E. relativ harmlos.
:
Bearbeitet durch User
Falls noch nicht bekannt, hier hat jemand mit ähnlichen Ambitionen einen schnellen Treiber für DAB-Sticks geschrieben. Dadurch wird eine viel größere Bandbreite von 5, 10 oder 20 MHz möglich. http://cygnusa.blogspot.de/
Cooler Blog, schau ich mir mal an. Wie schonmal erwähnt will ich aber explizit keine fertige Hardware benutzen. ;)
Angehängte Dateien:
Während ich auf einige Bauteile warte um jetzt mal alles ordentlich zusammenzubauen bastle ich gerade an einer GPS-basierten Lösung zur Synchronisation mehrerer Boards für Interferometrie-Anwendungen. Wenn man sich ein bisschen geschickt anstellt, kriegt man zwei Quarze damit auf ~20ppb synchron. Ich zähle die CPU-Zyklen zwischen GPS pulse per second-Signalen, mache ein bisschen Least Squares-Extrapolation, und stelle dann entsprechend die PLLs neu um die Drift auszugleichen. Im Anhang mal einfach nur die Counts für zwei der Boards die nebeneinander liegen, eines in einer Metallbox, eines ohne Box. Finde ich ganz lustig. Ich denke es ist erkenntlich, welches in der Box ist ;)
Sven B. schrieb: > Wenn > man sich ein bisschen geschickt anstellt, kriegt man zwei Quarze damit > auf ~20ppb synchron. Warum nimmst du nicht einen Quarz und verteilst die Frequenz mit Kabeln auf die Empfänger?
lrep schrieb: > Warum nimmst du nicht einen Quarz und verteilst die Frequenz mit Kabeln > auf die Empfänger? Weil ich gern eine Lösung hätte, wo ich die Boards auch fünf, fünfzig oder fünfhundert Kilometer auseinander stellen kann. :)
Sven B. schrieb: > Weil ich gern eine Lösung hätte, wo ich die Boards auch fünf, fünfzig > oder fünfhundert Kilometer auseinander stellen kann. :) Für die Interferometrie brauchst du dann aber auch noch den Zeitunterschied des 1s-Impulses an verschiedenen Standorten. Der GPS-Empfänger liefert zwar passend zum 1s-Timer-Tick auch noch Zeit und Datum, aber auf welchen Ort beziehen die sich? Auf den WGS84-Erdmittelpunkt, auf den Standort des Empfängers, oder gar auf ein Kaff in den USA, von dem aus die Satelliten gesteuert werden?
Die Zeit ist die GPS-Zeit, das ist quasi die Eigenzeit der GPS-Satelliten. Das funktioniert dann schon. ;) Außerdem ist die absolute Zeit viel weniger kritisch als als die Synchronität der Oszillatoren, der Versatz lässt sich recht einfach bestimmen und korrigieren und er darf auch bis zu einigen us falsch sein ohne dass allzuviel passiert.
Hier ein paar schöne Interferenz-Fringes: http://files.svenbrauch.de/fringes2.ogv Oben ist die Kreuzkorrelation der beiden Zeitsignale (x-Achse ist in Samples, 1 Sample = 89 ns), unten die beiden Spektren. Das ist kein wirkliches astronomisches Signal, die beiden Antennen liegen nur nebeneinander auf dem Tisch und vermessen die Umgebung.
:
Bearbeitet durch User
Ach, das ist alles so viel schwieriger als ich dachte. Ich glaube ich lass das erstmal bleiben. Hier sind noch ein paar schöne Ergebnisse: http://blog.svenbrauch.de/2015/08/26/21cm-hi-telescope-first-results/ Die Interferometrie ist wirklich knifflig. Ich habe denselben Quarz an beide Boards gehängt und starte die Aufnahme komplett Hardware-geschaltet über einen Puls von außen, der über zwei gleich lange Kabel an die beiden Boards geht ... trotzdem habe ich einen Jitter von ein oder zwei Takten drin, der genügt um alles kaputtzumachen. Ich bin mir nicht sicher, woher der kommt. Dazu kommt, dass da natürlich haufenweise PLLs mit post-dividern sind, die alle wenn man sie neu lockt natürlich eine zufällige Phasenlage haben. Wenn man das also machen will, müsste man wahrscheinlich neue Hardware bauen und mindestens a) den höchsten verwendeten Takt (~1.2 GHz) überall hinverteilen, sodass es keine Phasen-Mehrdeutigkeit wegen der Divider gibt und b) sicherstellen, dass man den Start der Aufnahme exakt synchronisieren kann. Wenn das klappen würde wäre es schon cool, dann könnte man spektral aufgelöste Interferometrie machen und tatsächlich sehen "dieser Peak im Spektrum kommt aus dieser Richtung" oder so ... aber wie gesagt, ich krieg's nicht mal unter Laborbedingungen hin. Mit zwei räumlich getrennten Empfängern ist das ohne Atomuhr (Rubidium oder besser) auf jeden Fall illusorisch bei der Frequenz.
Sven B. schrieb: > Ich habe denselben Quarz an > beide Boards gehängt und starte die Aufnahme komplett > Hardware-geschaltet über einen Puls von außen, der über zwei gleich > lange Kabel an die beiden Boards geht ... trotzdem habe ich einen Jitter > von ein oder zwei Takten drin, der genügt um alles kaputtzumachen. Kannst du nicht eine Oberwelle des Quarzes bei 1,4xx GHz (oder von einer anderen Quelle) als schwaches Pilotsignal abstrahlen und damit etwaige Phasensprünge der Empfangskanäle identifizieren und herausrechnen?
Hmh, ja, es gibt ein Konzept aus der Radioastronomie, was "Phasecal" heißt und was genau das tut ... könnte schon funktionieren ... Aber irgendwie ist es unelegant und frickelig. Und rechenintensiv: die 23 MB/s sind schon so echt hart zu verarbeiten, und man braucht schon auch ordentlich Statistik, um was zu sehen ... Ich bin einfach im Moment nicht so motiviert, mit dieser Hardware groß an der Sache weiterzubauen. Ich denke es lohnt sich nicht.
Hab mich endlich mal hingesetzt und den ganzen Kram einigermaßen geordnet hochgeladen, wie weiter oben versprochen. Viel Spaß damit ;) http://files.svenbrauch.de/h1telescope/
Thread beobachten
Seitenaufteilung abschaltenBitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.