Forum: HF, Funk und Felder Dual Mixer Time Difference


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von Tobias P. (hubertus)


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Hallo Forum
ich habe wieder mal eine Frage.
Ich habe vor längerer Zeit mal angefangen, mich mit dem "Dual Mixer Time 
Difference" Verfahren zu befassen und habe die im Anhang gezeigte 
Schaltung entworfen. Die Idee mti den ECL-Gattern stammt eigentlich aus 
dem EEVBlog, dort wurde allerdings ein ECL-Komparator verwendet, den es 
heute allerdings nicht mehr gibt.
Jedenfalls wird das ECL-Gatter verwendet, um das (sinusförmige) 
Eingangssignal in ein Rechteck umzuwandeln, der Mischer wird dadurch als 
Schaltermischer betrieben. Das funktioniert eigentlich prinzipiell auch.
Allerdings habe ich festgestellt, dass ich, wenn ich die beiden 
Ausgangssignale an X1 und X2 vergleiche, eine deutliche Variation der 
Phase über die Zeit habe, selbst wenn ich als DUT überall den selben 
Oszillator anschliesse. Also z.B. DUT1 = DUT2 = 10MHz, LO1 = 10MHz + 
10Hz. Dann kommt ein schönes 10Hz Rechteck bei X1 und X2 heraus, 
allerdings driftet die Phasenverschiebung zwischen den 2 wie verrückt 
hin und her, und zwar im Mikrosekunden-Bereich. Ich frage mich, weshalb.
Die ECL-Gatter haben einen Jitter von 0.2ps gemäss Datenblatt, daran 
sollte es also eigentlich nicht liegen, zumal das im EEVBlog 
vorgestellte System ja auch ECL verwendet und dort das Problem 
anscheinend nicht auftritt.

Könnte mein Problem daran liegen, dass ich X7R Kondensatoren verwendet 
habe?
kann man das Tiefpassfilter nach dem Mischer als Ursache ausschliessen, 
da es ja sowieso im Niederfrequenzbereich liegt?

von Michael M. (michaelm)


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Tobias P. schrieb:
> Könnte mein Problem daran liegen, dass....

Moin Tobias,
So können wir deine Frage schlecht beantworten. Unser aller Problem 
ist, dass dein Schaltbild hier kaum entzifferbar ist. Ich habe mal 
versucht, es anders aufzubereiten; hoffentlich klappt es.
Michael

EDIT: Ein wenig besser... :)

: Bearbeitet durch User
von Tobias P. (hubertus)


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Michael M. schrieb:
> Tobias P. schrieb:
>> Könnte mein Problem daran liegen, dass....
>
> Moin Tobias,
> So können wir deine Frage schlecht beantworten. Unser aller Problem
> ist, dass dein Schaltbild hier kaum entzifferbar ist. Ich habe mal
> versucht, es anders aufzubereiten; hoffentlich klappt es.
> Michael
>
> EDIT: Ein wenig besser... :)

warum kannst du mein Schema nicht lesen? ist doch ein PDF? :-O

von Jonas B. (jibi)


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>Dann kommt ein schönes 10Hz Rechteck bei X1 und X2 heraus,
>allerdings driftet die Phasenverschiebung zwischen den 2 wie verrückt
>hin und her, und zwar im Mikrosekunden-Bereich. Ich frage mich, weshalb.

Du musst vor jeder Messung kalibrieren, wieso wird hier im Video 
erklärt:

https://youtu.be/99u53V7uDFY?t=978

: Bearbeitet durch User
von Michael M. (michaelm)


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Tobias P. schrieb:
> warum kannst du mein Schema nicht lesen? ist doch ein PDF? :-O

Hier im Forum ist die Auflösung besch... Dann muss ich einen separaten 
Tab aufmachen (umständlich). Deswegen... ;-)

Frage: Ist/sind dein/e Mischer an allen Ports mit reellen 50R 
abgeschlossen?

Ich fürchte, dass du das ZF-Signal besser aufbereiten musst. Die 
Anstiegszeit vom LT1007 ist nicht wirklich der Hit, um ein möglichst 
jitterarmes Rechteck zu erzeugen. Richtig?
Michael

: Bearbeitet durch User
von Tobias P. (hubertus)


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Hm, Riley

http://www.wriley.com/A%20Small%20DMTD%20System.pdf

benutzt den LT1028, der ist in der Tat etwas schneller. Ob das allein 
der Grund sein kann?

von Michael M. (michaelm)


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In der Annahme, dass du die übliche Pflichtlektüre zum Thema kennst 
(z.B. U. Bangert u.a.): Mich hat dieses Dokument
http://www.ham-radio.com/sbms/LPRO-101.pdf Seite 17 ff.
beeindruckt; einfach und recht effektiv, d.h. wenig Phaserauschen.
Ich habe dahingehend selbst noch nicht experimentiert, weil anderes auf 
dem Tisch liegt. ;-/

Was ist mit den Mischer-Abschlüssen?
Michael

von Tobias P. (hubertus)


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Ah ja dieses Dokument kenne ich.
Ich habe ECL aus dem Grund verwendet, weil ich damit Frequenzen bis 
circa 1 GHz analysieren kann. Ich habe einige Oszillatoren um 100 und 
400 MHz herum, die ich auch gern mit dem DMTD anschauen möchte, da macht 
ECL schon sinn.

Die Mischerabschlüsse sind 50 Ohm auf der Seite der ECL-Gatter (siehe 
z.B. R81/82/87/88), auf der niederfrequenz-Seite hat der Mischer einen 
kapazitiven Abschluss, sieht also keine 50 Ohm - während dies die 
Isolation etwas verschlechtert, erhöht es die Mischer-Ausgangsspannung.

Die Bangertpublikation kenne ich natürlich.

von Michael M. (michaelm)


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Tobias P. schrieb:
> ....Die Mischerabschlüsse sind 50 Ohm auf der Seite der ECL-Gatter (siehe
> z.B. R81/82/87/88)...

Ich hätte da Diplexer (bridged T) eingesetzt und nicht nur einfach mit 
Rs beschaltet.
Michael

von Tobias P. (hubertus)


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Die ECL Beschaltung ist eigentlich gemäss Datenblatt

https://www.onsemi.com/pub/Collateral/AND8020-D.PDF

Seite 10. Mit den Widerstandswerten sollten sich ungefähr 50 Ohm 
ergeben.

von Michael M. (michaelm)


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Lt. dem verlinkten ECL-DB ist das Gatter mit einem solchen Abschluss wie 
deinem sicherlich zufrieden.
Jedoch: Ist der Mischer mit diesem Abschluss ebenfalls zufrieden oder 
sieht er (aus dem Eingang nach draußen geguckt) evtl. etwas ganz anderes 
als reelle 50R?

Mal 'ne prinzipielle Frage... Warum bereitest du das Signal der DUTs 
(und wahrscheinlich ebenso das des Tranfer-Oszillators) mit einem ECL 
auf? Nur, damit der Mischer "schöne" Schalt-Rechteckflanken bekommt?
Ich gehe davon aus, dass Ulrich Bangert in seiner Prinzipschaltung (s. 
Anhang) nicht nur "aus Spaß" vermerkt hat, dass dem Mischer 
Sinus-Signale zugeführt werden und ebensolche auch herauskommen.
Michael

: Bearbeitet durch User
von Tobias P. (hubertus)


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Hier
https://www.eevblog.com/forum/metrology/dmtd-board/
funktioniert es auch mit Rechtecken.
Der Vorteil ist, dass man mit den ECL-Gattern einen sehr breitbandigen 
Gain bekommt, und auch eine Art Pegel-Regelung: fast egal mit welchem 
Pegel man in das ECL-Gatter rein geht, es kommt am Output immer der 
selbe Pegel raus. So die Idee.

von Michael M. (michaelm)


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> fast egal mit welchem
> Pegel man in das ECL-Gatter rein geht, es kommt am Output immer der
> selbe Pegel raus. So die Idee.

'Das ist mir auch klar...
Gibt's da einen Link zur Schaltung?

: Bearbeitet durch User
von ZF (Gast)


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Andere Konzepte http://www.stable32.com/A%20Small%20DMTD%20System.pdf 
mischen erst analog und machen dann den digitalen TIC. Hast Du das mal 
probiert?

von Gerhard H. (ghf)


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> eigentlich aus dem EEVBlog, dort wurde allerdings
> ein ECL-Komparator verwendet, den es heute allerdings
> nicht mehr gibt.
> Jedenfalls wird das ECL-Gatter verwendet, um das
> (sinusförmige) Eingangssignal in ein Rechteck umzuwandeln,
> der Mischer wird dadurch als Schaltermischer betrieben.
> Das funktioniert eigentlich prinzipiell auch.

Schöne ECL-Komparatoren gibt es schon noch, hier z.B. ein
ADCMP580 auf einem selbstgeätzten Board. OK, das ist die
CML-Geschmacksrichtung. Das Macro-Photo ist wirklich
unbarmherzig. Unten gehen die 2 SemiRigid-Kabel weg, zu den
beiden Eingängen des scopes. Rise & fall time am Ausgang
sind schon ganz ordentlich.

ECL-Gatter mögen das eigentlich nicht, wenn man den Common
mode-Bereich verlässt. Wenn man schon keinen Komparator hat,
sollte es wenigstens ein line receiver sein.

Ich würde bei 1 GHz trotzdem eher Ringmischer nehmen.
Bei 100 MHz haben sich bei mir SRA1-H ganz gut bewährt.
Mit den steilen Flanken mischt man sich das Rauschen von
allen Oberwellen auch ins Ausgangsignal.

Gruß, Gerhard

von Michael M. (michaelm)


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Gerhard H. schrieb:
> .... Mit den steilen Flanken mischt man sich das Rauschen von
> allen Oberwellen auch ins Ausgangsignal.

Moin auch Gerhard,
...und nicht gewünschte Intermodulationsprodukte?!
Michael

von argos (Gast)


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Tobias P. schrieb:
> Die ECL Beschaltung ist eigentlich gemäss Datenblatt
> https://www.onsemi.com/pub/Collateral/AND8020-D.PDF
> Seite 10. Mit den Widerstandswerten sollten sich ungefähr 50 Ohm
> ergeben.

Tobias P. schrieb:
> Die Mischerabschlüsse sind 50 Ohm auf der Seite der ECL-Gatter (siehe
> z.B. R81/82/87/88)...

R81,82,87,88 usw. bilden eine diff. 100 Ohm Last für das PECL-Gatter. 
Hinzu kommt der LO-Port des Mischers als zusätzlicher Lastwiderstand. 
Der Ausgangswiderstand des Gatters (= Quellwiderstand für den Mischer) 
liegt je Ausgang bei etwa 7 Ohm  (14 Ohm differentiell).
R81,82 sind überflüssig. Mit zwei zusätzlichen 18 Ohm Widerständen in 
Reihe zu den Gatterausgängen würde der Mischer eine 50 Ohm Quelle sehen. 
Beim LO-Port würde ich auf den Serienwiderständen allerdings verzichten, 
da der Spannungshub von ECL-Bausteinen nicht gerade üppig ausfällt.

von Tobias P. (hubertus)


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Hallo zusammen

ich habe an meinem DMTD ein wenig weiter herum gepröbelt.
Ich habe mittlerweile einige Verbesserungen erzielen können, indem ich 
die Verstärkung der ersten Stufe (N3) reduziert habe. Statt einem Gain 
von 100 verwende ich jetzt nur noch 20. Offenbar hat der LT1007 ein 
Problem damit, wenn er am Ausgang clippt - das macht er jetzt nicht mehr 
und dadurch ist die Stabilität viel besser geworden!

jetzt habe ich um 1..2e-13 bei 1sec. Noisefloor.

@ Gherhard:

Gerhard H. schrieb:
> Schöne ECL-Komparatoren gibt es schon noch, hier z.B. ein
> ADCMP580 auf einem selbstgeätzten Board. OK, das ist die
> CML-Geschmacksrichtung. Das Macro-Photo ist wirklich
> unbarmherzig. Unten gehen die 2 SemiRigid-Kabel weg, zu den
> beiden Eingängen des scopes. Rise & fall time am Ausgang
> sind schon ganz ordentlich.
>
> ECL-Gatter mögen das eigentlich nicht, wenn man den Common
> mode-Bereich verlässt. Wenn man schon keinen Komparator hat,
> sollte es wenigstens ein line receiver sein.
>
> Ich würde bei 1 GHz trotzdem eher Ringmischer nehmen.
> Bei 100 MHz haben sich bei mir SRA1-H ganz gut bewährt.
> Mit den steilen Flanken mischt man sich das Rauschen von
> allen Oberwellen auch ins Ausgangsignal.

Mein MC100EL16 ist ein Line Receiver. Sogar einer mit "High Gain". Wo 
verlasse ich den Common Mode Bereich?
der ADE-1 oder ADE-2 sind beides auch Ringmischer.

Der Punkt ist, dass am Eingang zum Mischer ein Verstärker notwendig ist, 
um eine gewisse Rückwärtsisolation zu gewährleisten. Da ich aber später 
auch Oszillatoren mit >400MHz testen möchte, muss dieser 
Eingangsverstärker schon ein bisschen was können. Den Vorteil der 
ECL-Gatter habe ich darin gesehen, dass der Ausgangspegel mehr oder 
weniger konstant ist, wenn die Frequenz oder der Eingangspegel sich 
ändern.

Übrigens habe ich gerade nachgeschaut im ADCMP580 Datenblatt. Dieser hat 
auch 200fs Jitter, dürfte also eigentlich ncht besser als der MC100EL16 
sein.

Sollte ich evt die Spannungsversorgung der ECL Gatter noch verbessern? 
bessere Abblockkondensatoren oder die Filter weglassen/verbessern?

: Bearbeitet durch User
von Michael M. (michaelm)


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Tobias P. schrieb:
> Ich habe mittlerweile einige Verbesserungen erzielen können, indem ich
> die Verstärkung der ersten Stufe (N3) reduziert habe. Statt einem Gain
> von 100 verwende ich jetzt nur noch 20. Offenbar hat der LT1007 ein
> Problem damit, wenn er am Ausgang clippt - das macht er jetzt nicht mehr
> und dadurch ist die Stabilität viel besser geworden!

Das kann ich mir gut vorstellen, dass er sauberer arbeitet, wenn er 
nicht "gezwiebelt" wird. ;-)
Wenn dein Aufbau noch das Teststadium darstellt, hätte ich nun anstelle 
dieses lahmen OPV mal einen ultraschnellen ZVS/Komparator (LT1016/7 
oder besser) eingesetzt.
Der 1007 ist mit 10 MHz ja auch schon an seiner Grenze (s. Großsignal im 
DB).


> Der Punkt ist, dass am Eingang zum Mischer ein Verstärker notwendig ist,
> um eine gewisse Rückwärtsisolation zu gewährleisten. Da ich aber später
> auch Oszillatoren mit >400MHz testen möchte, muss dieser
> Eingangsverstärker schon ein bisschen was können.

Konstanter Pegel in richtiger/passender Größe und Puffer - alles OK, da 
bin ich vollkommen bei dir.
Trotzdem wage ich zu behaupten, dass ein reeller und breitbandiger 
Abschluss mit 50R am Mischereingang die bessere Wahl, wenn nicht sogar 
eine Notwendigkeit ist, so meine Recherchen.

Einwandfreie Signalkonditionierung ist das A und O beim Vorstoß in 
solch niedrige Potenzen unserer Zeitmessung. Ich habe da immer U. 
Bangert vor Augen: "Slope to noise ratio", Bild 6 und 7 und natürlich 
die dazu gehörigen Zeilen drumherum. ;)

Michael

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