Das Prinzip der digitalen Empfänger. Die Funktionsblöcke des ADT-200A. Das Bedienungskonzept des ADT-200A

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1 Das Prinzip der digitalen Empfänger AD-Wandler IP3-Problematik Direct_Conversion Rx Die Funktionsblöcke des ADT-200A DSP-Modul PA-Modul Preselector-Modul Das Bedienungskonzept des ADT-200A Wie weiter? 1

2 Das Prinzip der digitalen Empfänger Der Signalfluss im digitalen Empfänger AD-Wandler DA-Wandler RF in MHz BP Digital Down Converter (DDC) I Q DSP D = Msps * 14Bit = 1.02Gbit/s 2 * 32ksps * 24Bit = 1.536Mbit/s t = 31.25us -> 9600 Instruktionen (300MIPS) Aufgaben des DDC s: Quadratur-Mischung des interessierenden Frequenzbandes auf die ZF 0Hz Reduktion der Samplerate (Dezimation) Erhöhung des Rauschabstandes (Integration) 2

3 Das Prinzip der digitalen Empfänger Der Dynamikbereich des realen AD-Wandlers Beispiel: 14Bit AD-Wandler AD6645 von Analog Devices: Dynamikbereich (ideal) = 86dB ( = SNR bei max. Signal) Dynamikbereich (real) = 75dB 12 effektive Bits (ENOB) Max. Eingangsleistung Noise Floor = (0.78Vrms) 2 / 1000Ω = -2.2dBm = -2.2dBm 75dB = -77.2dBm Minimale Eingangsspannung an 50Ω = 30.8µV 3

4 Das Prinzip der digitalen Empfänger Der Dynamikbereich des realen AD-Wandlers Pn B fs/2 f Prozessgewinn: Gp = LOG fs 2 * B Bei B = 2.4kHz und fs = 73Msps folgt: Gp = 44.8dB SNR = 119.8dB Minimale Eingangsspannung an 50Ω = 0.22µV 4

5 Das Prinzip der digitalen Empfänger Die Berechnung der Empfängerdaten Preselektor Vorverstärker Antialiasing-Filter Trafo 1:4 AD-Wandler AD6645 Gain = -2dB Gain = 14dB F = 3dB IP3 out = 39dB Gain = -1dB fg = 32MHz Zin/Zout = 1:16 Gain = -0.5dB Uin max = 2.2Vpp Zin = 800Ohm F = 20.8dB Rauschmass Fges = 11.4dB Empfindlichkeit MDS = B=2.4kHz (0.08uV) Dynamik-Bereich DR = 117dB IM3 freie Dynamik DR3 = 101dB Max. Input Power Pmax = -11.4dBm 5

6 Das Prinzip der digitalen Empfänger Die Problematik bei der Messung des IP3 IP3 vom analogen Verstärker IP3 vom AD-Wandler AD6645 Pout [db] 40 IP3 [dbm] 40 Pin [db] 40 IP3 [dbm] Pout -40 IM IP Pin [db] Pin IP Pin [dbfs] 6

7 Das Prinzip der digitalen Empfänger Die Problematik bei der Messung des IP3 IM3 [dbm] IM3 - Messung mit und ohne Dithering ohne Dith. mit Dith Trägerleistung [dbm] 7

8 Das Prinzip der digitalen Empfänger Prinzip des Direct Conversion Empfängers S(t) P(t) ω LO -ω ω = 0 ω 1 ω 2 ω LO + ω 1 ω LO + ω 2 +ω S(t) = A(t) e j ωt = A(t) I-Kanal Q-Kanal [ cos( ωt) + j sin( ωt) ] 8

9 cos sin Das Prinzip der digitalen Empfänger Prinzip des Direct Conversion (Quadratur-) Empfängers I-Kanal TP RF in Q-Kanal TP -90 NF out N(t) 90 LO 9

10 Das Prinzip der digitalen Empfänger Prinzip des Direct Conversion Empfängers Image Rejection Ratio (IRR) IRR [db] e = 0.1dB e = 0.03dB e = 0.01dB e = 0.003dB ε : Gain Error [-] Θ : Phase Error [ ] e = 20 * log(ε) e = 0.001dB Θ [ ] 1 10

11 Das Prinzip der digitalen Empfänger Welchen Wert bringt diese Technologie dem Funkamateur? ein Gerät, das jederzeit mit neuen Funktionen nachgerüstet werden kann Eigenschaften, die weitgehend unabhängig sind von Toleranzen und Alterung eine Genauigkeit, die nahe bei Messinstrumenten liegt Spezialfunktionen wie Antennascope, Audio-Recorder, Remote Operation etc. eine zukunftsgerichtete Technologie, die mit einem Bruchteil von Bauelementen auskommt, verglichen mit heutigen Geräten diese Technologie hat das Potenzial zur rationellen Fertigung und einer entsprechenden Kostensenkung 11

12 Funktionsblöcke des ADT-200A AD6645 AD6624A TLV320AIC23B BP Quad Digital Down Converter (DDC) ANT AD9754 AD6623 DSP Audio- Codec PA Digital Up Converter (DUC) ADSP verwendetes Chipset im DSP-Modul 12

13 Funktionsblöcke des ADT-200A SSB CW PBT/ BFO Noise- Blanker 1 Filter- Bank 1 Noise- Blanker 2 Filter- Bank 2 AM Equalizer Notch-Filter * Demodulatoren To DA- Converter B = 500Hz...25kHz AGC ISM FM Signalverarbeitung im DSP (pro Kanal) 13

14 Funktionsblöcke des ADT-200A Signalverarbeitung im DSP /***************************************************************************** ** FM_Demodulator *****************************************************************************/ FM_Demodulator: /* first, we calculate the squared absolut carrier value */ F3 = F1 * F1; /* F1 -> I channel input */ F4 = F2 * F2; /* F2 -> Q channel input */ F12 = F3 + F4; /* F12 -> I^2 + Q^2 */ F13 = RSQRTS F12; /* F13 -> 1/SQR(I^2 + Q^2) */ F1 = F1 * F13; /* normalize F1 */ F2 = F2 * F13; /* normalize F2 */ /* then, we get the phase info by delay modulation */ F5 = DM(last_I); F5 = F1 - F5; /* build d/dt -> I' */ F5 = F5 * F2; /* product -> I'* Q */ F6 = DM(last_Q); F6 = F2 - F6; /* build d/dt -> Q' */ F6 = F6 * F1; /* product -> Q'* I */ DM(last_I) = F1; /* save normalized last_i */ DM(last_Q) = F2; /* save normalized last_q */ F1 = F5 - F6; /* I'*Q - Q'*I */ CALL ARCSIN; DM(FM_out) = F3; 14

15 Funktionsblöcke des ADT-200A Das DSP-Modul TRX3C 15

16 Funktionsblöcke des ADT-200A Die Sender-Endstufe Linearität bei f = 7MHz Pout [dbm] Eta [ - ] Pin [dbm] Pout [dbm] Eta [ - ] 16

17 Funktionsblöcke des ADT-200A Spektrum der Sender-Endstufe mit adaptiver Vorverzerrung 2-Ton Modulation mit 1100Hz und 1900Hz Amplitude [db] Amplitude [db] Frequency [MHz] Frequency [MHz] ohne Vorverzerrung Vorverzerrung optimal eingestellt 17

18 Funktionsblöcke des ADT-200A Aufbau der Endstufe electronic Rx/Tx-Switch Directional Coupler Log Detectors 18

19 Funktionsblöcke des ADT-200A Daten der Endstufe: Max. Ausgangsleistung Min. Ausgangsleistung Nebenwellenabstand 50W 100mW >70dBc Besonderheiten: Adaptive Predistortion Power-Meter für den Bereich W VSWR-Meter mit hoher Dynamik, misst ab 0.1W Antennascope zur Bestimmung der komplexen Impedanz direkt am TRX oder am Fusspunkt der Antenne als Option 19

20 Funktionsblöcke des ADT-200A Attenuator, dB in 5dB-Schritten Der Preselector Halboktavfilter, mit Hochstrom-FET s geschaltet VLF-Frontend, für 60, 75, 77.5 und 137kHz schaltbar 20

21 Dynamikbereich = 117dB Funktionsblöcke des ADT-200A -13dBm VV = 10dB Konzept des Attenuators -3dBm VV = 0dB ATT = 0dB +7dBm ATT = 10dB ATT = 20dB ATT = 25dB +17dBm +20dBm -130dBm -120dBm Vorverstärker -110dBm -100dBm Attenuator -95dBm Attenuator 0dB 10dB 20dB 30dB 35dB 21

22 Das Bedienungskonzept des ADT-200A Konzept der Transceiver-Steuerung Front- Panel SPI IF Datenbank PC USB IF TRX UDP/IP Web- Server SPI IF je ein Segment pro Rx-Kanal Internet Audio Signals 22

23 Das Bedienungskonzept des ADT-200A Konzept der Transceiver-Steuerung 23

24 Das Bedienungskonzept des ADT-200A Die Menu-Struktur Top Menu OPTION Mode specific Mode: SSB Mode specific Mode: CW 24

25 Wie geht es weiter? Verfügbarkeit der ersten Geräte: ab Oktober 07 Preis des ADT-200A : ca. CHF 4200 Top Menu Weitere Ausbauten (Optionen): Antennascope Web-Server Modul für den Fernbetrieb eines ADT-200A Benutzeroberfläche für Steuerung durch einen PC Spektrumanalyse 2m/70cm Transceiver Modul mit je ca. 10W Ausgangsleistung Diversity - Empfang 25