Vortrag über die Bachelorarbeit

Transkript

1 Vortrag über die Bachelorarbeit angefertigt von Mohamed Ahmed bei Prof. Dr.-Ing. K. Solbach Fachgebiet Hochfrequenztechnik an der Universität Duisburg-Essen

2 Thema: Begrenzverstärker mit Polyphasen- Phasenschieber für ein 7-Tesla MRI Leistungsverstärker

3 Inhalt Problemstellung Bauteile und Grundlagen Layout und Simulationsergebnisse Messergebnisse Signaloptimierung Fazit Mohamed Ahmed

4 Problemstellung Der Leistungsverstärker beinhaltet eine Treiberverstärker-Kette und eine kartesische Rückführungs- und Regelschleife, die die Phase und Amplitude des erzeugten Leistungssignals regeln. Regelverstärker benötigt Signal mit gleichbleibender Amplitude zwei Signale mit 90 Phasenverschiebung Bandfilterung bei der Frequenz 300MHz Mohamed Ahmed

5 Problemstellung Abb.1 Gesamtschaltung Mohamed Ahmed

6 Bauteile ADP-2-10 Power Splitter AD8309 Limitierender Verstärker MAX2471 Pufferverstärker Mohamed Ahmed

7 Bauteile ADP-2-10 Abb.2: ADP-2-10 Mini-Circuits Dämpfungsmaß von 3dB Frequenzbereich MHz Bei 300MHz Dämpfung zwischen 3.36dB und 3.41dB Mohamed Ahmed

8 Bauteile AD8309 Logarithmisch limitierender Verstärker Frequenzbereich 5-500MHz Betriebsspannung liegt bei 2,7V - 6,5V Mohamed Ahmed

9 Bauteile Funktionsweise des AD Verstärkerstufen je 12dB Verstärkung jeweils an einem Detektor angeschlossen U-I Wandler Ströme werden addiert I-U Wandler Spannung am RSSI Ausgang Abb.3:Schematischer Aufbau Limitierfunktion wird durch hinzu schalten eines Widerstandes aktiviert. Mohamed Ahmed

10 Bauteile Funktionsweise Beschaltung des Ausgangs LMDR, führt zur Limitierung Abb.4:Basisschaltung des AD8309 Mohamed Ahmed

11 Bauteile MAX2471/70 Frequenzbereich MHz Betriebsspannung 2,5V-5,5V Hier: MAX2471 wird benutzt mit einem Eingang oder zwei Eingängen Abb.5:Basisschaltung Mohamed Ahmed

12 Polyphasen Netzwerk Zusammenschaltung aus Kondensatoren und Widerständen zwei Eingangssignale Phasenverschiebung von Ausgangssignale Mit je 90 Phasenverschiebung Berechnung von R oder C bei der Frequenz von f=300mhz mit: f 1 Abb.6: Polyphasen Netzwerk 2 RC Mohamed Ahmed

13 Resistiver Powersplitter T-Schaltbild mit zwei unterschiedlich gedämpften Ausgängen Abb.7: T-Schaltung maximal -6dB Dämpfung an Ausgang 1 minimal-6db Dämpfung an Ausgang 2 Abb.8: Leistungsteiler mit unterschiedlichen Ausgängen Je kleiner die Dämpfung am Ausgang 1, desto größer Dämpfung am Ausgang 2 Mohamed Ahmed

14 Resistiver Powersplitter Durch geeignete Auswahl einer Dämpfung am Ausgang 1, v 1 log( a1) 20 db 1 a 1 : Verhältnis zwischen Ein und Ausgang v 1 : Dämpfung Z 0 =1 und mit R s 1 a 1 a 1 1 und R p 1 R 2R 2 s s können die Widerstände R u und R t berechnet werden R t Rp Ru 1 R u R u R p R s Abb.10: resistiver Powersplitter Mohamed Ahmed

15 Layout Abb.5: Schaltplan der Platine Mohamed Ahmed

16 Simulationsergebnisse Für Platine werden verschiedene Widerstandswerte mit dem Programm ADS simuliert. Für den resistiven Leistungsteiler ergeben sich folgende Werte: R R R s u t Für das Polyphasen Netzwerk ergeben sich folgende Werte: R 28 C 20 pf Mohamed Ahmed

17 Messergebnisse Erste Messung Test ADP-2-10 res. Leistungsteiler AD8309 Zweite Messung Anschluss erster Teilschaltung mit dem Polyphasen Netzwerk Abb.7: Gesamtschaltung Mohamed Ahmed

18 Messergebnisse ADP-2-10 S1 liegt an SMA Stecker Dämpfung liegt zwischen 3,8 und 4,2 db Aus dem Datenblatt bei Frequenz 300MHz 3,2-3,4dB Eingang/dB S1 /db Mohamed Ahmed

19 Messergebnisse Messung mit Tastkopf f/mhz Eingang/mV S1/mV S2/mV d/db 35MHz Berechnung mit 200MHz d U 20 log U MHz MHz bei 300MHz eine Dämpfung von 3,1dB Mohamed Ahmed

20 Messergebnisse Resistiver Leistungsteiler Messung mit Tastkopf ohne ADP-2-10 Dämpfung Gesamtdämpfung von: f/mhz Port 1/mV Out 1/mV Out 2/mV d 1 /db d 2 /db 35MHz MHz MHz MHz ( 6, 44dB ) ( 31, db) 9, 54dB Vergleich des Ausgangs Out1 Tastkopf: -8,18 db SMA: -9,8 db Mohamed Ahmed

21 Messergebnisse AD8309 Verlauf vom Datenblatt am RSSI Ausgang Gemessener Verlauf am RSSI Ausgang Mohamed Ahmed

22 Messergebnisse Bandfilterung mit den Werten: C 10 pf L 27nH Mohamed Ahmed

23 Messergebnisse Gesamtschaltung Messung beider Teilschaltungen Fehlfunktion Max2471 An Ausgängen keine Spannung vorhanden weiterhin Probleme nach mehrmalige Austauschens Übergangslösung Überbrückung des Bauteils Mohamed Ahmed

24 Signaloptimierung keine Bandfilterung mehr vorhanden Neuanpassung des Filters über die Güte Q Q R C L ergibt sich für C und L C L 29 pf 6,9nH Mohamed Ahmed

25 Signaloptimierung Bessere Bandfilterung wird erreicht. f 43MHz Mohamed Ahmed

26 Signaloptimierung Betriebsspannung nun auf 4,5V gesetzt MAX2471 funktioniert Nach Anschluss mit Polyphasen Netzwerk verzerrtes Signal am Ausgang unterschiedlich stark verzerrt Mohamed Ahmed

27 Signaloptimierung Impedanzniveau des Polyphasen Netzwerks erhöhen. Neue Impedanz liegt bei: Z=130Ω Eingangsimpedanz des MAX2471 mit 130Ω anpassen Datenblatt zeigt Eingangsimpedanz bei: Z ein =150Ω -j200ω Mohamed Ahmed

28 Signaloptimierung Mit der Eingangsimpedanz des Verstärkers wird bei Z ein =150Ω -j200ω die dazugehörige Paralellschaltung ermittelt Die Werte für C und R sind: C=1,7pF R=416Ω R x ist der Widerstand mit dem die Schaltung an Z=130Ω angepasst werden kann. R x =189Ω Mohamed Ahmed

29 Signaloptimierung Neue Werte für die Widerstände und Kapazitäten des Polyphasen Netzwerks R=82Ω und C=6,8pF Ein Trimmkondensator ersetzt den Kondensator C 2, eine Verfeinerung der gewünschten 90 Phasenverschiebung Mohamed Ahmed

30 Signaloptimierung Änderungen zeigen Wirkung am Ausgang weitere Verzerrungen an einem Ausgang Mohamed Ahmed

31 Signaloptimierung Weitere Verbesserungen durch: Kompensation Kondensator Amplitudenunterschied verkleinert Widerstände in Reihe Veringerung der Verzerrungen Mohamed Ahmed

32 Fehlerbehebung Kaum noch Verzerrungen kein Amplitudenunterschied mehr Mohamed Ahmed

33 Signaloptimierung Das Ausgangssignal zeigt den limitierenden Verlauf des AD8309. Limitiert bei -13,2dBm Mohamed Ahmed

34 Erste Teilschaltung gute Ergebnisse wenig Schwierigkeiten Fazit Zweite Teilschaltung viele Änderungen Zusammenspiel zwischen MAX2471 und Polyphasen Netzwerk verbessert Nach den Änderungen gute Ergebnisse erhalten. Mohamed Ahmed

35 Ausblick Redesign mit allen Änderungen Platine kompakter ohne Testpunkte Mohamed Ahmed

36 Redesign Mohamed Ahmed