Ausgangswiderstand berechnen mit ADC

[haeuselm15 (Gast)]

Hallo, ich möchte bin daran eine HF Schaltung aufbauen bei der ich ein 
Signal auf ca. 1GHz empfange mit einer Verstärkerkette verstärke und 
anschließend auf 0 runtermische. Dieses Signal wird dann nochmals 
verstärkt bevor es zum ADC kommt.

Hier gilt es ungefähr abzuschätzen wieviele Bits des ADC Wandlers für 
das Rauschen verwendet werden damit ich die Verstärkerkette anpassen 
kann.

Grundsätzlich erhalte ich hier eine Rauschleistungsangabe in Watt 
(Aufgrund meiner Berechnung mit dem LNA und den darauf folgenden 
Verlusten und Verstärkungen).

Damit ich nun auf den Scheitelwert der Spannung komme welche am ADC 
Eingang anliegt muss ich jedoch die Impedanz bzw den Widerstand wissen 
an welcher die Spannung anliegt.

Scheitelwert der Spannung --> U =sqrt(P*R)

Nun zu meinem Problem, ich weiß nicht wie ich auf den Ausgangswiderstand 
des Verstärkers komme, da zu diesem ja der Eingangswiderstand des ADCs 
und die parasitäre Kapazität berechnet werden.

Der Verstärker (ADL5202) besitzt differentielle Eingänge und 
differentielle Ausgänge welche auf 150 Ohm angepasst sind.

Die "vorgeschlagene Schaltung" um einen ADC anzubinden sieht man im 
Anhang unter "Verstärker".

Mein ADC (differentielle Eingänge) der verwendet wird ist der AD9637 
welcher einen differentiellen Eingangswiderstand von 5.2kOhm besitzt und 
eine differentielle Eingangskapazität von 3.5pF besitzt.

Das Signal welches über diese Leitungen geht kann zwischen 1-40MHz als 
Frequenz haben.


Kann mir jemand sagen wie ich hier ermitteln kann was der 
Ausgangswiderstand des Verstärkers mitsamt der empfohlenen Schaltung und 
dem Eingangswiderstand des ADCs + Kapazität ist?

Bzw hat jemand eine Idee wie man sonst die Anzahl der Bits ermittel die 
Aufgrund der Rauschleistung verloren gehen?

Freue mich über jeede Antwort die mir auch nur irgendwie helfen kann (da 
ich das erste mal so etwas mache).

[Pandur S. (jetztnicht)]

Ich wuerd's einfach mal laufen lassen. Dabei nicht vergessen einen 
breitband Splitter zu besorgen, der breitbandig auf 0 & 90 splitten 
kann.  Und wenn du schon in Quadratur runter mischst, dass auch 2 ADC's 
verwenden.

[Possetitjel (Gast)]

haeuselm15 schrieb:

> Hallo, ich möchte bin daran eine HF Schaltung aufbauen
> bei der ich ein Signal auf ca. 1GHz empfange

Dein Anliegen ist in "HF, Funk und Felder" besser
aufgehoben. Kein Drama.

> Hier gilt es ungefähr abzuschätzen wieviele Bits des
> ADC Wandlers für das Rauschen verwendet werden damit
> ich die Verstärkerkette anpassen kann.

Naja, das Rauschen setzt sich aus zwei Anteilen zusammen:
Dem Eigenrauschen des ADC sowie dem Rauschen, das von
der Schaltung vorher angeliefert wird.

> Grundsätzlich erhalte ich hier eine Rauschleistungsangabe
> in Watt

Naja, das hängt davon ab, wie Du rechnest. Ich finde es
recht anschaulich, über das Rauschmaß bzw. die Rauschzahl
zu rechnen, aber das ist Geschmackssache.

> Nun zu meinem Problem, ich weiß nicht wie ich auf den
> Ausgangswiderstand des Verstärkers komme, da zu diesem
> ja der Eingangswiderstand des ADCs und die parasitäre
> Kapazität berechnet werden.
>
> Der Verstärker (ADL5202) besitzt differentielle Eingänge
> und differentielle Ausgänge welche auf 150 Ohm angepasst
> sind.

Ähh...?!

In der Regel arbeitet man angepasst, dann hat man irgend
eine Systemimpedanz (hier im Beispiel: 150 Ohm).

> Mein ADC (differentielle Eingänge) der verwendet
> wird ist der AD9637 welcher einen differentiellen
> Eingangswiderstand von 5.2kOhm besitzt und eine
> differentielle Eingangskapazität von 3.5pF besitzt.

Blindwiderstände rauschen nicht, und die 5kOhm machen
im Vergleich zur Systemimpedanz nix aus.

> Kann mir jemand sagen wie ich hier ermitteln kann was
> der Ausgangswiderstand des Verstärkers mitsamt der
> empfohlenen Schaltung und dem Eingangswiderstand des
> ADCs + Kapazität ist?

???

Das ist, wie oben schon gesagt ein System mit 150 Ohm
differenziell.

> Bzw hat jemand eine Idee wie man sonst die Anzahl der
> Bits ermittel die Aufgrund der Rauschleistung verloren
> gehen?

Der ADC ist (verglichen mit der Systemimpedanz) hochohmig,
also ist im Wesentlichen nur die Rauschspannung interessant.

Du sollest Dich mal mit der Friis-Formel beschäftigen.

Abschätzung über zwei Fäuste: Du hast ungefähr 60dB Verstärkung
im System. Unter der Annahme, dass die Antenne auf 50 Ohm
angepasst ist, liefert die (mindestens!) 1nV/sqrt(Hz) an.
Das gibt vor dem ADC (wegen der 60dB Verstärkung) ungefähr
1µV/sqrt(Hz); wenn wir den Tiefpass mit f_g = 100MHz annehmen
(damit es sich schön rechnet), ist das eine Rauschspannung
von 10mV.
Das ist aber nur eine GANZ GROBE Abschätzung, die z.B. von
einer rauschfreien Eingangsstufe ausgeht (und vielleicht
Rechenfehler enthält.)

[Robert M. (r0bm)]

haeuselm15 schrieb:
> Mein ADC (differentielle Eingänge) der verwendet wird ist der AD9637
> welcher einen differentiellen Eingangswiderstand von 5.2kOhm besitzt und
> eine differentielle Eingangskapazität von 3.5pF besitzt.
>
> Das Signal welches über diese Leitungen geht kann zwischen 1-40MHz als
> Frequenz haben.
>
> Kann mir jemand sagen wie ich hier ermitteln kann was der
> Ausgangswiderstand des Verstärkers mitsamt der empfohlenen Schaltung und
> dem Eingangswiderstand des ADCs + Kapazität ist?


Der Ausgangswiderstand des Vorverstärkers beträgt 150Ohm. Die Schaltung 
(s. Anhang) zwischen Vorverstärker und ADC lässt sich leicht anpassen, 
um den Eingangswiderstand des ADC auch auf 150Ohm zu bringen. Die 
Eingangskapazität des ADCs wird im 40MHz TP-Filter absorbiert.

[Marc H. (marc_h616)]

An : Possetitjel
Hallo vielen Dank für die Infos!

Aufgrund deiner Antworten hätte ich allerdings einige neue Fragen.
Generell ist mir die Friis Formel bekannt (auch wenn nicht unter dem 
Namen) nur bin ich mir nicht sicher wie man diese Verwendet wenn einige 
Komponenten der Verstärkerkette nur ein Gain haben und keine Rauschzahl.

Mit 3 Verstärkern bei denen G und NF angegeben ist ist es ja einfach 
anzuwenden, was mache ich jedoch wenn auf einmal ein Splitter auftaucht 
durch ein R/3 Netzwerk sodass ich -6dB Leistungsverlust habe? Kann ich 
da als NF =1 nehmen?


Das Blindwiderstände nicht rauschen hab ich nicht gewusst vielen Dank, 
was passiert bei einer gemischten Schaltung aus R, L und C? Wie berechne 
ich da den Gesamtwiderstand an dem das Rauschen auftritt?


Wenn ich nun die Rauschleistung ermittelt habe die nach der letzten 
Verstärkung auftritt wie komme ich hier exakt auf den maximalen 
Spannungswert der Rauschspannung?

Wie sieht es aus, wenn ich die empfohlene Schaltung nicht verwende und 
nur die 2 Spulen für die Biasströme und die 2 100nF Kondensatoren zum 
entkoppeln verwende und anschließend den differentiellen ADC anschließe?

Wie mache ich die Impedanzanpassung von den 150Ohm Ausgängen zu dem 
Eingangswiderstand des ADC von 5.2k Ohm?

Weil die anderen Komponenten sind alle auf 50 Ohm angepasst und auf die 
150 vom letzten Verstärker komme ich mittels 3:1 Trafo...

Wie mache ich das hier?

Hast du irgendeine Email-Adresse dass ich mit dir mal Kontakt aufnehmen 
kann? Weil ich habe echt viele Fragen und bei nem Skype Call würd sich 
das sicher sehr viel einfacher lösen lassen falls sowas zustande kommen 
könnte.





An Robert M.:

Könntest du mir sagen wie du auf die gesamten Werte der Komponenten 
gekommen bist? In kleineren Schritten ? die 100nF sind ja normal zum DC 
abkoppeln was ich verstehe aber die restlichen Werte?

An alle die sich fragen warum ich so "blöde" Fragen stelle, ich bin noch 
im BAC und das ist mein erstes "Projekt" was etwas anspruchsvoller ist. 
(Will es mit 8 Kanälen und nem FPGA machen um ne Ortung durchzuführen.

Freue mich über jede Antwort!!!!

[Pandur S. (jetztnicht)]

> Will es mit 8 Kanälen und nem FPGA machen um ne Ortung durchzuführen.

Mach was Guenstigeres, wo mehr an Wissen vorhanden ist. Bei diesem 
Projekt machst du zu viele Fehler.

[Robert M. (r0bm)]

Marc H. schrieb:
> Könntest du mir sagen wie du auf die gesamten Werte der Komponenten
> gekommen bist? In kleineren Schritten ? die 100nF sind ja normal zum DC
> abkoppeln was ich verstehe aber die restlichen Werte?

Da die Ausgangsimpedanz des Vorverstärkers 150 Ohm (2 x 75Ohm) ist, 
entwirft man zuerst ein unsymmetrisches 75Ohm 40MHz TP-Filter . Typ 
(Chebyshev, Butterworth etc.) und  Ordnung des Filters ist frei wählbar. 
Danach eine symmetrische Variante generieren, indem ein identisches 
Filter hinzugenommen wird. Die Querkapazitäten werden dabei 
zusammengefaßt (Reihenschaltung). Als Abschluß für das sym. Filter 
dienen 2 x 75Ohm Widerstände, die gleichzeitig die neue Eingangsimpedanz 
des AD-Wandlers darstellen und zur Einspeisung der Referenzspannung 
dienen.
Die 100nF Koppelkapazitäten sollten für beste Rückflußdämpfung einen 
Wert von 1,8nF haben. Diese bilden mit den zwei 10uH Drosseln ein sym. 
HP-Filter 2. Ordnung, welches die untere Grenzfrequenz bestimmt.