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Forum: Digitale Signalverarbeitung / DSP Digitales schmalbandiges Filter für bis zu 1GHz


Autor: Gast (Gast)
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Hallo,

vielleicht ist das ein bisschen wie eine Fantasie, aber ich möchte hier 
mal fragen, ob ein Filter mit den Anforderungen überhaupt realisierbar 
ist:

- Anwendungsgebiet wären Teilentladungsmessungen mit UHF-Sensoren. Bei 
diesen Messungen werden auch sehr viele Störfrequenzen (z.B. GSM) mit 
erfasst. Man möchte also nach einer Nullmessung die in der Umgebung 
auftretenden Störfrequenzen mit +-5MHz filtern.
- Die Sensoren erfassen Frequenzen bis 1GHz, es ist also eine 
Abtastfrequenz von mind. 2GHz nötig.
- Die Rechenleistung sollte entsprechend hoch sein.
- Evtl. müssen 20ms-Daten zwischengespeichert werden.

Ich hab an FPGA oder DSP für die Realisierung der Filterfunktion 
gedacht.

Bitte, um irgendwelche Hinweise, ob und wie diese Anwendung (überhaupt) 
realisierbar ist.

Danke!

Autor: Andreas Schwarz (andreas) (Admin) Benutzerseite Flattr this
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1 GHz Bandbreite ist schon heftig. Das können gute digitale Oszilloskope 
(> 10k Euro), aber Echtzeitfilterung ist da nicht möglich, und 20 ms (40 
Mpts) zu speichern wird nochmal sehr viel teurer. Kannst du das Signal 
nicht runtermischen, oder interessierst du dich wirklich für den 
gesamten Bereich von 0-1 Ghz?

Autor: Gast (Gast)
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Mich interssiert eigentlich der Bereich zw. 200Mhz und 1GHz.

Autor: Gast (Gast)
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>Kannst du das Signal
>nicht runtermischen, oder interessierst du dich wirklich für den
>gesamten Bereich von 0-1 Ghz?

Was meinst eigentlich mit runtermischen?

Autor: Kies&Beton (Gast)
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>Was meinst eigentlich mit runtermischen?

Üblicherweise macht man sowas mit nem Mischer.
Und einem LO (Local Oscillator).

Autor: Alban (Gast)
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Folgende Diplomarbeit mag ein Anfang sein um über die nötige Abtastung 
was zu erfahren:

http://www.diva-portal.org/diva/getDocument?urn_nb...

Autor: Gast (Gast)
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@Alban,

danke für den Link, gibt es nicht solche A/D-Wandler, die kleinere 
Wandlungszeit haben, oder sollte man immer mehrere parallel schalten?

Autor: Gast (Gast)
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@ Kies&Beton

in wie weit wird das Signal verfälscht, wenn man es "runtermischt"?

Autor: nop(); (Gast)
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Na, man muss schauen, was die Spiegelfrequenz so macht. Ein 5MHz breites 
Filter ist einfacher weiter unten. zB bei 100Mhz. Du solltest das Alles 
vergessen, solange Dir soviel Basiswissen fehlt.

Autor: Nils (Gast)
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Hallo (Gast),

> Was meinst eigentlich mit runtermischen?
das Mischen entspricht einer Multiplikation von LO-Signal (variabler 
Oszillator) und Eingangssignal.
Dabei entstehen die Summen- und Differenzfrequenzen von Eingangssiganal 
und Oszilator (LO).
Eine dieser Frequenzen wird dann ausgewertet (durch Filterung). 
Beispiel:
Oszilator = 400 MHz
Eingangssiganal = 500 MHz
Summe nach Mischung: 900 MHz
Differenz nach Mischung: 100 MHz
Annahme: Die Differenzfrequenz wird ausgewertet (bzw. digitalisiert). 
Dann lässt man das Signal nach der Mischung durch einen Tiefpass laufen. 
(-> siehe Superhet)

Zur eigentlichen Frage:
> in wie weit wird das Signal verfälscht, wenn man es "runtermischt"?
Signalverfälschungen treten im Wesentlichen auf durch:
- Begrenzter Dynamikbereich des Mischers (Mischprodukte -> siehe IP, 
IPM, Intermodulation)
- Begrenzte Linearität des Mischers und Verstärker im Signalweg 
(Amplitudenfehler)
- Phasenfehler im Mischer und insbesondere in Filtern (z.B. im 
Tiefpasfilter im obigen simplen Beispiel)
- Weitere Mischprodukte durch spektrale Unreinheiten des Ozillators

Wirklich realistisch wäre die Bearbeitung des genannten Frequenzbereichs 
nur mit der Kombination aus analoger HF-Technik und Digitaltechnik 
(siehe dazu auch den Thread 'Extrem steiler Bandpass auf DSP-Basis?'):
1) Superhetprinzip mit Mischung auf eine niedrige Frequenz zur digitalen 
Signalaufbereitung
2) Quadraturmischung und digitale Signalverarbeitung im Basisband 
(Quatraturdemodulation)
3) Kombination aus 1) und 2)

Insgesamt sind Deine Anforderungen alles andere als trivial:
- Maximale Frequenz = 1 Ghz: Rein digitale Lösungen sind wohl nicht 
bezahlbar und erfordern einen hohen messtechnischen Aufwand
- Frequenzbereich über 2 Oktaven (200 MHz - 1 Ghz): Die analoge 
HF-Technik wird anspruchsvoll

Deine Anforderung:
> Man möchte also nach einer Nullmessung die in der Umgebung
> auftretenden Störfrequenzen mit +-5MHz filtern.
- Man kaufe einen Empfänger mit relativ guten Eigenschaften und 
breitbandigen ZF-Ausgang
(-> siehe z.B. Herstellter 'AOR' im semiprofessionellen bis 
professionellen Bereich, WIN-Radio oder RS-Meßempfänger, z.B. aus 
Surplus)
- Mischen der ZF (z.B. 10,7 Mhz) auf eine niedrige Frequenz
- Aufbereitung mit DSP/Rechner

Viel Info (hoffe ich zumindest) - aber eben auch hohe Anforderungen...

Gruß
Nils

Autor: Alban (Gast)
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@Gast

Bei Analog.com hat der schnellste Chip eine Rate von 300MSPS, da fehlt 
noch einiges um an die 2GHz zu kommen.

Autor: Thomas S. (Gast)
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Warum nicht eine Unterabtastung benutzen ? Es gehen zwar ein paar dB 
verloren, aber immer noch ganz ordentlich. Ich hab das mal mit nem 
Wandler von AD probiert, der ging mit 60MHz abgetastet locker bis ca. 1 
GHz.

Autor: hackklotz (Gast)
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Hält Atmel eigentlich immer noch den Rekord, was den schnellsten ADC 
angeht?

http://www.datasheetcatalog.net/datasheets_pdf/T/S...

Autor: Chrisi Bi (ihisg)
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also wenn ich mich recht entsinne willst du sowas wie einen 
Spektrumanalyser bauen.... Viel spaß dabei, nein im ernst lass die 
finger davon. da gibt es weltweit gerade mal zwei sehr renomierte Firmen 
die sowas bauen können und die Dinger haben dann Preise so zwischen 
einem Mittelklassewagen und einem Einfamilienhaus.....

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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Spektrumanalysatoren haben oft einen Zwischenfrequenzausgang, zum 
Beispiel 21,4 MHz. In der breitesten Filterstellung könnte es gerade 
noch 5 MHz breit sein, vermutlich eher 1 MHz. Damit wäre die ganze 
Hochfrequenzmischerei und Filterung erledigt, die digitale Verarbeitung 
wäre auf diese ZF begrenzt.

Autor: Chrisi Bi (ihisg)
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is noch viel enfacher. SO ein speca hat eine sogenannte resolution 
bandwidth. er misst somit bei einer gegeben Mittelfrequenz nur die 
Leistung in der eingestellten RB. Somit ist eine Leistungsermittlung 
sogar n Bandbreiten von wenigen Hz möglich.

Eine Digitale Datenauswertung ist ohnedies in diesen Hohen 
frequenzbereichen nicht möglich. Erstens wird ein Modulationsverfahren 
verwendet, dass ohnedies ein artgerechtes Runtermischen erfordert (Die 
Modulation ist ja meist komplex....)

Aber ich würd hier gar nicht länger ausführen....da es sowieso den 
rahmen jedes forums sprengen würde.

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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Es geht also um die zerstörungsfreien Isolierstoffprüfung mittels 
Teilentladungsmessung (z.B. nach VDE 0434 bzw. nach IEC 60270 )

da gibts sogar Bücher
Aktive Störunterdrückung bei Teilentladungsmessungen mit Digitalen 
Signalprozessoren (Taschenbuch) ISBN-10: 3831145830

Realzeitfähige Unterdrückung impulsförmiger Störsignale bei 
Teilentladungsmessungen mit einem neuronalen Signalprozessorsystem
ISBN-10: 3826515765

Und da reicht eine Summenleistungsmessung aus, oder sieht die 
Signalverarbeitung komplizierter aus? Eine irgendwie definierte 
Modulation hat das Störsignal sicher nicht.

Autor: Robert S. (razer) Benutzerseite
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hackklotz wrote:
> Hält Atmel eigentlich immer noch den Rekord, was den schnellsten ADC
> angeht?
>
> http://www.datasheetcatalog.net/datasheets_pdf/T/S...

Atmel hat sogar einen noch schnellern. Den AT84AS008, Siehe: 
http://www.atmel.com/dyn/products/product_card.asp...

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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Es geht wohl doch um eine sehr breitbandige Messung eines Rausch/Rausch- 
Verhältnisses. Bei Messung von Signalen im Rauschen (S/N) bringt es 
bekanntlich etwas, die Messbandbreite möglichst schmal zu machen, da die 
Rauschleistung mit der Bandbreite abnimmt, während das Signal gleich 
bleibt.

Ich vermute, hier wird die Güte einer Isolierung anhand des 
hochfrequenten "Gespratzels" im UHF-Band durch kleine 
Hochspannungsüberschläge im Inneren beurteilt. Dieses dürfte dem 
natürlichen Rauschen überlagertes "Rauschen" sein, sodaß eine 
schmalbandige Messung eher schlechter ist, da die Eingangsleistungen 
beide gleich viel abnehmen, während das Empfängerrauschen gleich bleibt.
Vermutlich muß die Messbandbreite wirklich von 200-1000 MHz reichen, um 
überhaupt einen Pegelunterschied zum natürlichen weißen Rauschen 
festzustellen, daher auch die erste Kalibrationsmessung ohne das 
"Nutzsignal".

Das gesuchte Filter soll diskrete Frequenzen, also vor allem 
VHF/UHF-TV-Sender und D-Netz im 900 MHz-Band ausblenden, die die 
Summenleistung der beiden Rauschmessungen verfälschen würden.
Ähnliches habe ich schon von radioastronomischen Berobachtungen im 
Kurzwellenbereich gelesen. Ein "Jupiteraufgang" über dem Horizont kann 
anhand des Rauschanstiegs eines Kurzwellenempfängers gehört werden. 
Zunächst sucht man dazu eine oder mehrere ungestörte Frequenzen, die man 
zur Messung schnell genug nacheinander abscannt. Ideal ist eine echte 
gleichzeitige Messung aller gefundenen Lücken zwischen den Sendern, je 
breiter desto besser.
Eine FFT des gesamten Bands wäre eine mögliche digitale Methode, die 
Störfrequenzen könnte man offline herausrechnen.

Autor: Gast (Gast)
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Hallo zusammen,

ich danke allen die sich gemeldet haben.

Also wenn ich einen A/D-Wandler von Atmel nehme:

http://www.atmel.com/dyn/products/product_card.asp...
(wie  Robert Schilling angegeben hat)

und einen guten DSP und nur 50ns-Messdaten zwischenspeichern lasse...

Welche Problemen könnten noch bei der hohen Frequenz auftreten. Was 
denkt ihr, ich werde alle Tipps brauchen :-) Wie es schon bemerkt wurde, 
ist diese Aufgabe gar nicht trivial!

Gruß

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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Die Frequenzauflösung einer FFT ist doch mit der Sample-Anzahl 
verknüpft, ich denke, für Stützstellen alle 5 MHz, wie oben als 
Filterbandbreite genannt, müssten bei 2GSamples/sec schon 2G/5M = ca.512 
Samples das absolute Minimum sein, 1/(5MHz) wären 200 nsec Mindestlänge.

der Link zu Atmel klappt nicht

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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die sind anscheinend outgesourced oder von Heuschrecken gefressen
http://www.e2v.com/module/page-398/datasheets.cfm
der hier ? AT84AS008 10-bit 2.2 Gsps 3.3 GHz

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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nur "Aquiriert", Requirieren heißt das beim Militär
August 2006: e2v acquires Grenoble facility from the Atmel Corporation

Autor: Gast (Gast)
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Hallo Christoph,

du hast natürlich Recht mit der Mindestlänge, also wir können einen 
Speichermodul nehmen, bei dem die Preis/Leistungsverhältnis einigermaßen 
stimmt.
So wie ich ausrechne, ist die kleinste Datenrate 2,75GB/s 
(2,2GSps.10Bit/8), die bei dem AT84AS008 vorzusehen ist.
Hat jemand eine Idee, welchen Speicher ich nehmen kann?

Autor: jubeltante (Gast)
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>AT84AS008

Ich habe mal gelesen, dass der $1000 pro Stück bei 1k Abnahme kostet. 
Ist jetzt aber sicher günstiger.

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (christoph_kessler)
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sagenhaft... Wenigstens hat der AD-Wandler schon einen Datenmultiplexer 
drin, der aus 1*10 Bit mit 2,2 GS/s 4*10 Bit mit nur noch 550 MS/s 
macht. Immer noch zu viel für die meisten Speicher, das muß vermutlich 
extern noch weiter aufgeweitet werden, idt.com hat SRAM-Module mit 250 
MHz wenn ich recht gesehen habe. Cypress wäre auch noch ein Kandidat für 
solche schnellen Speicher. Dann müßte evtl. nur noch ein schneller 1:2 
Demultiplexer für die 550 MHz dazwischen

Autor: Gast (Gast)
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>AT84AS008

>Ich habe mal gelesen, dass der $1000 pro Stück bei 1k Abnahme kostet.
>Ist jetzt aber sicher günstiger.

Also, wir haben bei e2v vor paar Tage angefragt was das Ding kostet, 
haben aber noch keinen Antwort bekommen. Wenn es so teuer ist, wirds 
bisschen problematisch.

Da gibts noch die lösung mit parallele Verschaltung von mehrere ADC, 
aber bei eine Überabtastung (mind. 3Gsps) haben wir es am ende vll 
genauso teuer...

Autor: Gast (Gast)
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Hallo wieder,

kennt jemand einen schnellen DA-Wandler?
Danke für die Hinweisen im Voraus

Autor: Chris chris (chris78)
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Gast wrote:
> Hallo wieder,
>
> kennt jemand einen schnellen DA-Wandler?
> Danke für die Hinweisen im Voraus

Hi,
schau doch mal bei
http://dsp.gbm.de/produkt_detail.php?agrp=913&anr=...
Die Firma GBM bietet dort sehr gute komplett Lösungen (AD-->DSP-->DA), 
allerdings sind auch diese vermutlich nicht schnell genug und die Preise 
liegen meist oberhalb von 1000€

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