Guten Tag, ich möchte einen analogen/Sinus Takt um 90 Grad phasenverschieben. Ein wenig zu meinem Problem: für ein kleines Demonstrationsprojekt muss ich von einem Single-ended Eingangstakt ein weiteres 90° phasenverschobenes Signal ableiten. Beim Eingangssignal handelt es sich um einen frequenzstabilen Sinus, Amplitude noch nicht näher spezifiziert (ca. 250mV sind mal ein Eckwert). Die Frequenz beträgt ca. 100kHz bis 20MHz. Also relativ klein. Dieses Signal muss phasenverschoben werden. Am besten ziemlich präzise. Wobei da ein paar Grad mehr oder weniger auch ned schlimm sind. Die Phasenverschiebung von 90° kann positiv oder negativ sein. Ich werde im Folgenden einfach immer von 90° reden. Mein Problem: Ich komme eher aus der hochfrequenteren Ecke (>30 GHz). Da baut man irgendeinen 90° Hybriden oder einen Leistungsteiler + Leitung ein und fertig. ein bisschen Leitung hier und da und schon hat man den notwendigen Phasenversatz. (Natürlich nur bei einer Frequenz bzw. einer kleinen Bandbreite). Das Problem, vor dem ich stehe, ist die niedrige Frequenz und hohe relative Bandbreite. Die beiden Taktsignale werden in einen weiteren analogen Schaltungsteil aus diskreten Transistoren geführt. Momentan wird dieser Teil direkt aus dem Funktionsgenerator versorgt. Ich habe 2 Ansätze für das Problem: 1.) Man baut eine PLL, die genau auf 90° regelt. dafür benötige ich allerdings einen Phasendetektor, ein Filter und einen VCO. Ich würde das Ganze aufgrund des hohen Aufwands und der Fehleranfälligkeit ungern komplett diskret aufbauen. Beispielsweise wäre ein VCO-IC interessant, das im oben angegebenen Frequenzbereich ein Sinusförmiges signal erzeugt. Ich habe allerdings auf die schnelle nur Rechteck-VCOs für digitale Sachen gefunden. Aufgrund der hohen Bandbreite der Schaltung, kann das Rechteck nicht einfach zu einem Sinus gefiltert werden, da das Filter seine Grenzfrequenz selbst verändern müsste. Auch der Phasendetektor ist nicht ganz einfach mal schnell aufgebaut. Da wäre es auch schön, wenn man etwas "integrierte Hilfe" hätte. Er muss natürlich zur Anforderung von 90° passen. ein komplettes PLL IC wäre auch okay; habe ich allerdings im spezifizierten Frequenzbereich nicht gefunden. 2.) Mein zweiter Ansatz ist es, den Sinus einfach mittels opamp(?) zu integrieren und so ein 90° verschobenes Signal zu bekommen. Auch hier ist das Problem, dass das ganze bei 100kHz und bei 20MHz noch zuverlässig funktionieren soll. Ich sehe das Problem hier vorallem beim Operationsverstärker, der bei 20MHz immernoch sauber arbeiten soll. Ich habe mich ehrlich gesagt noch nicht allzu tief damit befasst. Vielleicht ist das auch kein Problem und es gibt handlesübliche Opamps mit einem GBP, das hoch genug ist. Zudem sollte die Ausgangsamplitude der Phasenschiebers über der Frequenz halbwegs konstant sein. Ich erhoffe mir von euch ein paar wegweisende Ideen. Vielleicht gibt es ja eine primitive Lösung, mit der das schnell und einfach geht. Das Ganze soll ein kleines Erklärungsprojekt "zum Anfassen" werden. Es stellt eine langsamere, diskret aufgebaute Version eines Phaseninterpolators dar. Es ist schön, wenn man neben Simulationen auch mal etwas zeigen kann, was wirklich in echt funktioniert und darin mit dem Oszi auch Signale beobachten kann. In integrierten Schaltungen geht das schlecht. Da kann man nur die Ausgänge beobachten und das auch nicht richtig, da die Messtechnik überhaupt nicht portabel ist.
M. H. schrieb: > Mein zweiter Ansatz ist es, den Sinus einfach mittels opamp(?) zu > integrieren und so ein 90° verschobenes Signal zu bekommen. Auch hier > ist das Problem, dass das ganze bei 100kHz und bei 20MHz noch > zuverlässig funktionieren soll. Du weist das die Spannung proportional zur Frequenz beim Integrator absinkt? Du kannst sowas mit zwei DDS Ics realisieren. Die meisten haben auch eine Phasenmodulation mit drin. Du stellst den ersten DDS auf 0 Grad und den zweiten auf 90 Grad. Du must nur dafuer sorgen das beide ueber ihrem Loadeingang gleichzeitig die Frequenz aendern. Erzeugt werden dabei beide Signale I + Q gleichzeitig. Die beiden DDS Chips laufen dabei syncron nebeneinander. Ich hatte sowas mal gebaut um SinCos Geber fuer Servomotoren zu simulieren.
Wenn die Frequenz konstant ist, nimm einen Allpassfilter. Opamp, mit wenig Hühnefutter. Der Sinus bleibt unverändert und die Phasenlage ist frequenzabhängig. Aber da die Frequenz konstant ist, kannst du ja einmal die Werte bestimmen und voila, du hast 90° Phase. https://de.wikipedia.org/wiki/Allpassfilter
M. H. schrieb: > Die Frequenz beträgt ca. 100kHz bis 20MHz. So breitbandig um 90° zu verschieben, ist tricky. An besten, Du erzeugst den 4-fachen Takt (0,4..80MHz) mit einer PLL und verzögerst mit einem Schieberegister.
Helmut L. schrieb: > Du weist das die Spannung proportional zur Frequenz beim Integrator > absinkt? Ich weiß sogar, dass sie nicht "proportional" absinkt... -20dB/Dekade sind alles, aber bestimmt nicht proportional. An sich nicht das Problem. Spannungsdetektor+VGA dahinter und gut isses. Helmut L. schrieb: > Du kannst sowas mit zwei DDS Ics realisieren. Die meisten haben auch > eine Phasenmodulation mit drin. Das wäre eine Idee. Das kolldiert jedoch mit der Anforderung eines analogen Eingangssignals. Ich behalte es im Hinterkopf. Nils N. schrieb: > Wenn die Frequenz konstant ist, nimm einen Allpassfilter. Ist sie leider nicht.
Peter D. schrieb: > An besten, Du erzeugst den 4-fachen Takt (0,4..80MHz) mit einer PLL und > verzögerst mit einem Schieberegister. Daran habe ich auch schon gedacht. Das Problem ist, dass die nachfolgende Schaltung ein Sinussignal benötigt. Soblad das in Richtung Rechteck wandert, kann der Phaseninterpolator die beiden Signale nicht mehr richtig mischen.
M. H. schrieb: > Die Frequenz beträgt ca. 100kHz bis 20MHz. Also relativ klein. > > Dieses Signal muss phasenverschoben werden. Am besten ziemlich präzise. Digital ginge das folgendermassen: 1. Der Controller misst die Frequenz. 2. Das Signal wird per ADC digitalisiert, die Werte durch einen FIFO-Speicher geschoben und per DAC wieder ausgegeben. Die Verzögerung des FIFO wird nach dem Ergebnis von Funktion 1 eingestellt. Für ein präzises Ergebnis braucht man leider sehr hohe Taktfrequenzen, das wird also wohl Theorie bleiben. Georg
@M. H. (bambel2) >ich möchte einen analogen/Sinus Takt um 90 Grad phasenverschieben. Ja was denn nun? Sinus oder Takt? Das sind verschiedene Signale. >Die Frequenz beträgt ca. 100kHz bis 20MHz. Also relativ klein. Aber großer Frequenzbereich. >Dieses Signal muss phasenverschoben werden. Am besten ziemlich präzise. >Wobei da ein paar Grad mehr oder weniger auch ned schlimm sind. Was denn nun? ziemlich präzise oder +/- ein paar Grad? >Das Problem, vor dem ich stehe, ist die niedrige Frequenz und hohe >relative Bandbreite. Du hast es erfaßt. >1.) Man baut eine PLL, die genau auf 90° regelt. dafür benötige ich Ist ein bewährte Lösung. Aber bei dem großen Frequenzbereich problematisch, da braucht man vermutlich einen umschaltbaren VCO. >2.) Mein zweiter Ansatz ist es, den Sinus einfach mittels opamp(?) zu >integrieren und so ein 90° verschobenes Signal zu bekommen. Dann ist aber dein Integrationszeit auch stark frequenzabhängig. >zuverlässig funktionieren soll. Ich sehe das Problem hier vorallem beim >Operationsverstärker, der bei 20MHz immernoch sauber arbeiten soll. Kein Problem, sowas gibt es genügend. >Ich erhoffe mir von euch ein paar wegweisende Ideen. Vielleicht gibt es >ja eine primitive Lösung, mit der das schnell und einfach geht. Möglicherweise ist dein Gesamtansatz nicht sinnvoll. Nimm liebe eine DDS mit 2 Kanälen, dort kannst du SPIELEND Sinus + Cosinus über ein sehr weiten Frequenzbereich erzeugen. Oder was mit IQ Modulator. Ein bestehendes Signal mit deinen Randbedingungen phasenverschieben wird sehr aufwändig. >Das Ganze soll ein kleines Erklärungsprojekt "zum Anfassen" werden. Wozu dann der riesige Frequenzbereich?
Wenn der Takt miterzeugt werden soll und analog, Tietze Schenk 8.Auflage S.458 Analogrechner-Oszillatoren. Heutzutage einfacher mit 2 DDS Kanälen wie schon vorgeschlagen
Oder ein FPGA nehmen. ADC -> FPGA -> DAC1 + DAC2 Im FPGA dann ein Hilbertfilter aufbauen fuer den Frequenzbereich. Und dann hast du deine I + Q Signale
Falk B. schrieb: >>ich möchte einen analogen/Sinus Takt um 90 Grad phasenverschieben. > > Ja was denn nun? Sinus oder Takt? Das sind verschiedene Signale. Naja. Ein sinusförmiger Takt. Niemand spezifiziert, dass ein Takt rechteckig sein muss. Hast du schonmal ein Taktsignal bei 80+GHz gesehen? Das ist auch nur noch ein Sinus und wird trotzdem immernoch als Takt bezeichnet. Ebenso das Signal, was am Quarz eines Mikrocontrollers anliegt. Das ist auch sinusförmig. Falk B. schrieb: >>Operationsverstärker, der bei 20MHz immernoch sauber arbeiten soll. > > Kein Problem, sowas gibt es genügend. Ja. Da habe ich bereits einige Kandidaten gefunden. Das ist in der Tat kein Problem. Ich bin auf den MAX038 gestoßen https://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/MAX038.pdf Dieser kann einen breitbandigen Sinus ausgeben und besitzt einen internen Phasendetektor. Ich habe mir das noch nicht allzu genau angesehen. Aber das könnte durchaus eine Möglichkeit sein.
@M. H. (bambel2) >> Ja was denn nun? Sinus oder Takt? Das sind verschiedene Signale. >Naja. Ein sinusförmiger Takt. Niemand spezifiziert, dass ein Takt >rechteckig sein muss. Jaja, was wäre die Welt ohne Ausreden und Extrembeispiele . . . >Ich bin auf den MAX038 gestoßen >https://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/MAX038.pdf Vergiss das Ding, das ist uralt und wird nicht mehr hergestellt.
Falk B. schrieb: > Jaja, was wäre die Welt ohne Ausreden und Extrembeispiele . . . Ein 8 MHz Quarz finde ich nicht sehr extrem :P Ich wollte lediglich darauf hinweisen, dass ein sinus eine Signalform und ein Takt eine Signalverwendung/ein Zweck ist und sich das nicht gegenseitig ausschließt. Falk B. schrieb: >>Ich bin auf den MAX038 gestoßen >>https://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/MAX038.pdf > > Vergiss das Ding, das ist uralt und wird nicht mehr hergestellt. Das ist in der Tat problematisch. In der Bucht gibts da noch was. Allerdings zu abartigen Preisen. Das Teil wird wohl vorerst weiterhin am Funktionsgenerator hängen. Vielleicht kommt ja noch ein Geistesblitz.
In guter alter Analogtechnik gibt es noch das Polyphasen-Netzwerk aus vielen R und C. Aber die ganzen Breitband-90-Grad-Schieber liefern nur zwei gegeneinander um 90 Grad verschobene Sinusschwingungen. Gegenüber dem Eingang sind die beliebig verschoben. Es gibt ein spezielles Hilbert FIR-Filter, da besteht ein Zweig nur aus einer digitalen Verzögerung, das wäre immerhin etwas vorhersehbarer als irgendein krummer Phasengang.
Christoph K. schrieb: > In guter alter Analogtechnik gibt es noch das Polyphasen-Netzwerk aus > vielen R und C. > Aber die ganzen Breitband-90-Grad-Schieber liefern nur zwei > gegeneinander um 90 Grad verschobene Sinusschwingungen. Gegenüber dem > Eingang sind die beliebig verschoben. Das ist kein Problem. Es ist lediglich die Phasendifferenz zwischen den beiden Signalen wichtig. Eine gemeinsame Phasendifferenz kann später ausgeregelt werden.
Anstelle zu integrieren, könnte man auch differenzieren. Löst eventuelle Probleme mit Offsets beim Integrator ;)
Mit einem solchen Oszillator hast du beide um 90grad verschobenen Signale: https://www.sdr-kits.net/index.php?route=web/pages&page_id=76_76 Hier ist der Nachteil, dass Du GPS-Empfang haben musst. Das gibt es aber auch ohne. Viele Grüße Steffen
M. H. schrieb: > Ich komme eher aus der hochfrequenteren Ecke (>30 GHz). Das hilft vielleicht. Wie wäre folgender Schuss aus der Hüfte: 1. Du stellst zwei hochfrequenzte, stabile, 90° gegeneinander verschobene Taktsignale bereit, z.B. 50MHz; Kurvenform beliebig (Rechteck) 2. Du sorgst für einen variablen Sinus im Bereich 49.9MHz bis 30.0MHz (Sinus-VCO) 3. Die beiden Ausgangssignale werden durch zwei identische Abwärtsmischer mit nachfolgenden Tiefpässen erzeugt 4. Den VCO und einen der beiden Ausgänge bindest Du in eine PLL ein, die auf das Eingangssignal regelt.
Moin, Google mal nach: analog hilbert filter Dort gibts dann einen Link zu einem Buch "Transforms and Applications Handbook" bei books.google.de Dort ist dann in den Kapiteln 7.22.2 und 3 beschrieben, wie man mit diversen Allpaessen eine breitbandige 90° Phasenverschiebung hinkriegt. Sieht nach einer ordentlichen Rechnerei aus, aber wenns gut laeuft, kriegt man dass sogar rein passiv mit LC Filtern hin... Gruss WK
Dergute W. schrieb: > Google mal nach: > > analog hilbert filter Ich habe immer in Erinnerung, dass das Hilbertfilter dies zwar leistet, es aber analog kaum brauchbar zu realisieren sei. Aber die Erinnerung ist sehr lange her ...
Moin, HildeK schrieb: > Ich habe immer in Erinnerung, dass das Hilbertfilter dies zwar leistet, > es aber analog kaum brauchbar zu realisieren sei. > Aber die Erinnerung ist sehr lange her ... Vor 1000 Jahren, koennt so gegen Ende der Elrad gewesen sein, gabs da mal eine Bauanleitung fuer einen Sprachverzerrer/Rueckkopplungsverminderer, der iirc ziemlich analog aufgebaut war (Ich glaub' nur der sin/cos-Generator war bisschen digital). Da war mein' ich so ein etwas breitbandigerer (zumindest fuer Sprache) 90° Phasenschieber drinnen. Klar, das sind dann nicht immer genau 90°, sondern die Phase zuppelt so um die 90° herum... Gruss WK
Das Einfachste wird ein PLL sein. Der erzeugt eine Frequenz mit 90 Grad Phase zur Referenz, weil die Multiplikation dann Null ist. Als Chip, zB den 74LV4046, der kann das Gewuenschte grad.
Mal eine weitere theoretische Lösung: Die Eingangsfrequenz wird mit einer PLL auf den z.B. 50 fachen Wert angehoben. Aus diesen erzeugst du Logik ICs zwei um 90° versetzte Rechtecke. Um zum Sinus zurück zu kommen, hast du bereits richtig erkannt, dass man die Filterfrequenz mit dem Signal anpassen muss. Das könnte man mit einem switched Cap Filter realisieren, der ebenfalls aus der PLL gespeist wird. Ein MAX295 wäre ein Beispiel für niedrigere Frequenzen. Allerdings ist das alles nur Theorie. In der Praxis dürfte der Aufbau wohl recht schwierig werden. Hast du eventuell die Möglichkeit mit der Frequenz runter zu gehen?
Die Elrad-Platine hab ich auch mal nachgebaut, bestand vor allem aus zwei Vierquadranten-Analogmultiplizierern. Nochmal zur DSP- oder FPGA-Lösung: https://edoras.sdsu.edu/doc/matlab/toolbox/signal/remez.html "For example, h = remez(30,[0.1 0.9],[1 1],'hilbert'); designs an approximate FIR Hilbert transformer of length 31." das gibt es anscheinend auch für Octave das zweite "Filter", parallel eingespeist, ist einfach eine Verzögerung, ich meine um die halbe FIR-Länge. Am Ausgang der beiden sind dann die Signale gegeneinander um 90 Grad verschoben. Aber für 20 MHz wird das schon ziemlich aufwendig.
Christoph K. schrieb: > Aber für 20 MHz wird das schon ziemlich aufwendig. Bei der von mir vorgeschlagenen digitalen Lösung ist das genauso, hauptsächlich wegen der Forderung von 1 Grad Phasengenauigkeit: nimmt man zur Verzögerung einen FIFO-Speicher, so müsste der mindestens 90 Werte lang sein, um das zu erreichen, was bedeutet, dass er bei 20 MHz mit 1,8 GHz getaktet werden müsste. Vermutlich sind die Anforderungen einfach zu hoch für eine praktikable Lösung. Georg
Das Einfachste wäre ein Netzwerk mit aktiven Allpassfilter. Vorne Sinusspannung rein, hinten zwei Sinusausgänge in Quadratur. Es sind etwas mehr als 2 Dekaden zu überstreichen. Mit einem Filter 4. Ordnung, jeweils für den I und Q Pfad, liegt der theoretische Phasenfehler unter 0,8°, mit Filter 5. Ordnung unter 0,2°. Werden die Kondensatoren ausgemessen, lassen sich die genauen Widerstandswerte zusammestellen und man kann auf engtolerierte Bauteile verzichten.
M. H. schrieb: > ich möchte einen analogen/Sinus Takt um 90 Grad phasenverschieben. Ich würde es damit machen: http://www.analog.com/en/products/rf-microwave/direct-digital-synthesis/ad9854.html
Der Vollständigkeit halbe hätte ich mal das erwähnt:
Samplen -> DSP (FPGA) -> Hilbert-Transformation (FIR) -> DAC
Ist eigentlich auch wieder nur das erwähnte Allpassfilter, nur halt
digital. Und man muss den Ursprungstakt durch eine Delayline mitziehen
(die Hilbert-Transformation ohne Verzögerung ist akausal).
Funktionieren tut das, für alle Frequenzen für die man den FIR auslegt.
Was klar sein sollte:
Für 20MHz wird das schon ein mächtigeres System, da wird man mit einem
>100MHz ADC anrücken müssen.
Nur um die Phase zu verschieben täte man das sicher nicht.
Das große Aber dabei ist:
Wenn du danach sowieso irgendwas digitales damit machst, wäre das eine
Anregung, den Kram gleich in Software zu lösen.
Für alle, die es interessiert, wie das ganze am Ende gelöst wurde. Da noch einige Mischer etc herumlagen, wurden diese verwendet. Der Ansatz ist ähnlich dem von Possetitjel. Ein zusätzliches Signal steht mit fester Frequenz in beiden Phasen (0° und 90°) zur Verfügung. Durch einen Aufwärtsmischer wird das Eingangssignal mit einem der Takte hochgemischt und mit dem anderen wieder herunter. Dadurch hat das Signal immer eine Phasendrehung von 90°. Natürlich ist bei der Anwendung dann je nach Frequenzen auf Laufzeiten (Leitungen, Propagation delays von Chips) zu achten, die einem das wieder kaputtmachen.
Hallo M.H., das hätte ich auch so gemacht. Danke auf jeden Fall für Deinen Ergebnisbericht! Mich würde noch interessieren, läuft immer nur ein Sinus oder ein breites Spektrum? Ich habe nicht den gesamten Thread gelesen, wg. zuviel. Gruß Bernd
Bernd B. schrieb: > Mich würde noch interessieren, läuft immer nur ein Sinus oder ein > breites Spektrum? Es handelt sich nur um ein schmalbandiges Signal, ansonsten würde das beim Mischen auseinanderlaufen, wenn ich das gerade richtig überschlagen habe.
... nochmals, eine Linie oder eine schmale Bandbreite? Gruß Bernd
Bernd B. schrieb: > ... nochmals, eine Linie oder eine schmale Bandbreite? Mir sind in der Relität keine Linien bekannt :P Aber jetzt nochmal deutlich: Es ist ein einzelner Sinus.
M. H. schrieb: > Es ist ein einzelner Sinus. ... gut! Du hast trotzdem alles richtig gemacht. Ein Sinus ist auf einem Spektrumanalysator eine Linie. Ich hatte auch einmal eine Anwendung für einen Einseitenbandmodulator im X-Band. Dafür benötigte ich ebenfalls ein Signal mit 0 und 90 Grad. Da kam hinzu, dass die Amplitude bei I und Q leicht angepasst werden musste und die Phase in zehntel Grad verändert, justiert werden sollte. Letztlich hatte ich mit dem gesamten Aufbau im gesamten X-Band eine Seitenbandunterdrückung von besser 40dB erzielt. Wenn Du bei oberhalb 30GHz arbeitest, kennst Du den Einseitenbandversetzer nach der Phasenmethode. So, ich habe sie Sinüsse in einem EPROM abgelegt. (Das war 1986.) Das EPROM habe ich schrittweise ausgelesen. Da der Speicher im EPROM ausreichte, hatte ich gleich 8 Kurven mit kleinem Versatz abgelegt und konnte somit den Sinus (die Linie) sehr fein auslesen. Über 1k (also 1024) hatte ich die 360 Grad verteilt und dann erst einmal 0.35 Grad und mit den 8 Kurven 0.0439453 Grad Auflösung ohne Jitter. Aber, das lief bei ungefähr 16kHz. So etwas wie Deine Schaltung hatte ich etwa 1976 schon einmal kennengelernt. Da hat man ein gesamtes Tonspektrum von 50Hz bis oberhalb 10kHz um einige Hertz verschoben. Zweimal gemischt und fertig. Das diente in einer Ela (elektrische Lautsprecheranlage oder so) dazu, eine Rückkopplung zu vermeiden oder ein bisschen zu verzögern. So schließt sich der Kreis! Weiter so und Gruß Bernd
Geht man davon aus, dass ein 90 Grad verschrobener Clock.gesucht wird. Mit 2 D-FF ein Schieberegìster auf, das von Q1 auf D0 rückgekoppelt wird. Diese Schaltung wird auch Johnsonzähler bezeichnet. Als IC kommt ein 74AC74 in Frage. Die Clockfrequenz wird halbiert.
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