Zer gertatzen da beheranzko bihurgailu digitalekin — 1. zatia

Egungo irrati-arkitektura askok beheranzko bihurtzeko etapak dituzte, RF edo mikrouhin-maiztasuneko banda bat oinarrizko maiztasunerako prozesatzeko tarteko maiztasun batera itzultzen dutenak. Azken aplikazioa edozein dela ere, komunikazioak, aeroespaziala eta defentsa edo tresneria izan, intereseko maiztasunak RF eta mikrouhin espektrora bultzatzen ari dira. Eszenatoki honen irtenbide posible bat beheranzko bihurketako etapak gero eta gehiago erabiltzea da, hala nola 1. irudian agertzen dena. Hala ere, beste irtenbide eraginkorragoa da RF ADC bat beheranzko bihurgailu digital integratuarekin (DDC) erabiltzea, 2. irudian agertzen den moduan. Kopuru 1. Seinale analogikoen hargailu tipikoa, downconversion faseekin. DDC funtzionalitatea RF ADC batekin integratzeak deskonbertsio analogikoko fase osagarrien beharra ezabatzen du eta RF maiztasuneko domeinuko espektroa zuzenean bihurtzeko oinarrizko banda bihurtzen da prozesatzeko. RF ADC-k gigahertz maiztasuneko domeinuan espektroa prozesatzeko duen gaitasunak domeinu analogikoan beherakada anitz potentzialki egin behar izatea arintzen du. DDCren gaitasunak espektroaren iraunkortasuna eta dezimazio iragazkiaren bidez iragaztea ahalbidetzen du, bandaren barruti dinamikoa hobetzeko abantaila ere ematen baitu (SNR handitzen du). Gai honi buruzko eztabaida osagarriak hemen aurki ditzakezu, "Ez da zure aitonaren ADC" eta hemen, "Gigasample ADCek agintzen dute zuzeneko RF bihurketa". Artikulu hauek AD9680 eta AD9625 eta haien DDC funtzionalitateari buruzko eztabaida osagarriak eskaintzen dituzte. Kopuru 2. Hartzailearen seinale katea RF ADC bat DDC batekin. Hemen fokatze nagusia AD9680-en dagoen DDC funtzionalitatea izango da (baita AD9690, AD9691 eta AD9684). DDC funtzionalitatea ulertzeko eta irteerako espektroa nola aztertu DDC ADC batekin erabiltzen denean, AD9680-500 adibidearekin begiratuko dugu. Laguntza gisa, Gailu Analogikoen webgunean Maiztasuna Tolesteko Tresna erabiliko da. Tresna sinple baina indartsu hau ADC baten aliasing efektuak ulertzen laguntzeko erabil daiteke, hau da, AD9680 bezalako DDC integratuekin RF ADC batean irteerako espektroa aztertzeko lehen urratsa. Adibide honetan, AD9680-500 368.64 MHz-eko sarrera-erlojuarekin eta 270 MHz-ko sarrera-maiztasun analogikoarekin funtzionatzen du. Lehenik eta behin, garrantzitsua da AD9680 prozesatzeko bloke digitalen konfigurazioa ulertzea. AD9680 downconverter digitala (DDC) erabiltzeko konfiguratuko da, non sarrera erreala den, irteera konplexua den, zenbakizko kontrolatutako osziladore (NCO) sintonizazio maiztasuna 98 MHz-tan ezarrita dagoen, banda erdiko 1 iragazkia (HB1) gaituta dagoen, eta 6 dB irabazia gaituta dago. Irteera konplexua denez, bihurketa-blokea konplexua desgaituta dago. DDCren oinarrizko diagrama 3. irudian agertzen da. Sarrerako tonuak nola prozesatzen diren ulertzeko, garrantzitsua da ulertzea seinalea lehenik NCOtik igarotzen dela, sarrerako tonuak maiztasunez aldatzen dituela, gero dezimatik igarotzen dela, aukeran irabazien bloketik eta, ondoren, aukeran. benetako bihurketa konplexua. Kopuru 3. DD9680 seinaleak prozesatzeko blokeak ADXNUMXan. Garrantzitsua da AD9680 bidez seinalearen fluxuaren ikuspegi makroa ulertzea ere. Seinalea sarrera analogikoen bidez sartzen da, ADC nukleotik pasatzen da, DDCra, gero JESD204B serializatzailetik, eta gero JESD204B irteerako serie bideetatik ateratzen da. 9680. irudian agertzen den AD4 bloke diagramak erakusten du hori. Kopuru 4. AD9680 bloke-diagrama. Sarrerako laginaren erlojua 368.64 MHz-koa eta 270 MHz-eko sarrerako maiztasun analogikoa izanik, sarrerako seinalea lehen Nyquist eremura 98.64 MHz-ra aliatuko da. Sarrerako maiztasunaren bigarren harmonikoa lehen Nyquist eremura aliatuko da 171.36 MHz-ra, berriz, hirugarren harmonikoa 72.72 MHz-ra. 5. Irudian Maiztasuna Tolesteko Tresnaren irudiak erakusten du hori. Kopuru 5. ADC irteerako espektroa Maiztasuna tolesteko tresnak erakusten du. 5. irudian agertzen den Frequency Folding Tool grafikoak ADC nukleoaren irteerako seinalearen egoera ematen du AD9680an DDCtik pasatu aurretik. Seinaleak AD9680-n igarotzen duen lehen prozesatze blokea maiztasun domeinuan espektroa ezkerrera 98 MHz aldatuko duen NCO da (gogoratu gure sintonizazio maiztasuna 98 MHz da). Honek sarrera analogikoa 98.64 MHz-etik 0.64 MHz-ra aldatuko du, bigarren harmonikoa 73.36 MHz-ra jaitsiko da eta hirugarren harmonikoa –25.28 MHz-ra jaitsiko da (gogoratu irteera konplexu bat aztertzen ari garela). Hau erakusten da Visual Analog-en FFT grafikoan beheko 6. irudian. Kopuru 6. FFT irteera konplexua DDC baten ondoren NCO = 98 MHz eta 2ko hamarren batekin. 6. Irudiko FFT grafikoaren arabera, argi ikus dezakegu NCOk nola aldatu dituen Frequency Folding Tool tresnan ikusi ditugun maiztasunak. Interesgarria da FFT-n tonu azaldu gabea ikusten dugula. Hala ere, tonu hori benetan azaldu al da? NCO ez da subjektiboa eta maiztasun guztiak aldatzen ditu. Kasu honetan, 98 MHz oinarrizko tonuaren ezizena 0.64 MHz-ra aldatu du eta bigarren harmonikoa 73.36 MHz-ra eta hirugarren harmonikoa -25.28 MHz-ra aldatu du. Gainera, oraindik beste tonu bat aldatu da eta 86.32 MHz-tan agertzen da. Nondik sortu zen tonu hori? DDC edo ADC seinaleen prozesamenduak nolabait tonu hori sortu al du? Beno, erantzuna ez da ... eta bai. Ikus dezagun agertoki hau zertxobait estuago. Maiztasuna tolesteko tresnak ez du ADCren DC desplazamendua barne hartzen. DC konpentsazio honek dc (edo 0 Hz) dagoen tonua sortzen du. Maiztasuna tolesteko tresnak DC konpentsaziorik ez lukeen ADC ideala suposatzen du. AD9680ren benetako irteeran, 0 Hz-ko dc desplazamendu-tonua maiztasunean behera mugitzen da –98 MHz-ra. Nahasketa eta dezimazio konplexuak direla eta, dc tonu konpentsatu hau atzera tolesten da maiztasun errealeko lehen Nyquist eremura. Sarrerako seinale konplexu bati so egiten dionean tonu bat Nyquist bigarren zonara aldatzen da maiztasun negatiboaren domeinuan, atzera itzuliko da maiztasun errealaren domeinuaren lehen Nyquist zonan. Bi dezimazio-tasa batekin dezimazioa gaituta dugunez, gure hamarretako Nyquist zona 92.16 MHz zabal da (gogora ekartzen dugu: fs = 368.64 MHz eta lagin-tasa gutxituta 184.32 MHz da, Nyquist zona 92.16 MHz). DC desplazamendu-tonua –98 MHz-ra desplazatzen da, hau da, 5.84 MHz-ko delta Nyquist zonako mugatik 92.16 MHz-ra. Tonu hau lehen Nyquist eremura tolesten denean, maiztasun errealeko domeinuaren Nyquist zona mugatik konpentsazio berean amaitzen da, hau da, 92.16 MHz - 5.84 MHz = 86.32 MHz. Hain zuzen ere, hor ikusten dugu tonua goiko FFT marrazkian! Beraz, teknikoki, ADC seinalea ekoizten ari da (dc offset-a denez) eta DDC apur bat mugitzen ari da. Hor sartzen da maiztasunen plangintza ona. Maiztasunen plangintza egokiak horrelako egoerak ekiditen lagun dezake. Orain, NCO eta HB1 iragazkia erabiliz adibide bat aztertu dugunean, bi berdineko dezimazio-tasa duena, gehi diezaiogun apur bat gehiago adibideari. Orain DDCko dezimazio tasa handituko dugu maiztasun tolestearen eta itzultzearen ondorioak ikusteko, dezimazio tasa handiagoa erabiltzen denean NCOrekin maiztasun sintoniarekin batera. Adibide honetan AD9680-500 aztertuko dugu 491.52 MHz-eko sarrera erlojuarekin eta 150.1 MHz-eko sarrerako maiztasun analogikoarekin funtzionatzen duena. AD9680 downconverter digitala (DDC) erabiltzeko ezarriko da, sarrera erreala, irteera konplexua, 155 MHz-ko NCO sintonia maiztasuna, banda erdi 1 iragazkia (HB1) eta banda erdiko iragazkia 2 (HB2) gaituta (guztira dezimazio-tasa lau), eta 6 dB-ko irabazia gaituta dago. Irteera konplexua denez, bihurketa-blokea konplexua desgaituta dago. Gogora ezazu 3. iruditik DDCren oinarrizko diagrama, seinalea DDC bidez ematen duena. Berriro ere seinalea NCOtik pasatzen da eta horrek sarrerako tonuak maiztasunez aldatzen ditu, gero dezimaziora igarotzen da, irabazien bloketik eta, gure kasuan, konplexua benetako bihurketara pasatzen da. Berriro ere Frequency Folding Tool erabiliko dugu ADCren aliasing efektuak ulertzen laguntzeko, sarrerako maiztasun analogikoa eta haren harmonikoak maiztasun domeinuan non kokatuko diren ebaluatzeko. Adibide honetan benetako seinalea dugu, 491.52 MSPS lagin-tasa, dezimazio-tasa lau gisa ezarrita dago eta irteera konplexua da. ADC irteeran, seinalea 7. irudian beheko irudian agertzen den bezala agertzen da Maiztasuna tolesteko tresnarekin. Kopuru 7. ADC irteerako espektroa Maiztasuna tolesteko tresnak erakusten du. 491.52 MHz-eko sarrera-laginaren erlojuarekin eta 150.1 MHz-eko sarrerako maiztasun analogikoarekin, sarrerako seinalea Nyquist lehen eremuan egongo da. Sarrerako maiztasunaren bigarren harmonikoa 300.2 MHz-tan, lehen Nyquist eremuan 191.32 MHz-ra aliasiatuko da, eta hirugarren harmonikoa 450.3 MHz-en lehen Nyquist zona 41.22 MHz-ra. Hau da ADCren irteerako seinalearen egoera DDCtik igaro aurretik. Orain ikus dezagun nola pasatzen den seinalea DDC barruko prozesatzeko bloke digitaletatik. Seinalea etapa bakoitzean zehar joan ahala ikusiko dugu eta ikusiko dugu nola NCOk seinalea nola aldatzen duen eta gero dezimazio prozesuak seinalea nola tolesten duen. Lursailari eutsiko diogu sarrerako lagin-tasari dagokionez, 491.52 MSPS eta fs baldintzak lagin-tasa horri dagokionez izango dira. Ikus dezagun prozesu orokorra 8. irudian agertzen den moduan. NCOk sarrerako seinaleak ezkerrera aldatuko ditu. Domeinu konplexuko (maiztasun negatiboa) seinalea –fs / 2 baino haratago aldatzen denean, berriro Nyquist lehen eremura itzuliko da. Jarraian, seinalea lehen dezimazio iragazkitik igarotzen da, HB2, hau bitan gutxitzen delarik. Irudian, dezimazio prozesua erakusten ari naiz iragazkiaren erantzuna erakutsi gabe eragiketak batera gertatzen diren arren. Hau sinpletasunagatik da. Bi faktoreren lehen dezimazioaren ondoren, fs / 4 eta fs / 2 arteko espektroa –fs / 4 eta dc arteko maiztasunetan bihurtzen da. Era berean, –fs / 2 eta –fs / 4 arteko espektroa dc eta fs / 4 arteko maiztasunetara itzultzen da. Seinalea orain bigarren dezimazio-iragazkitik igarotzen da, HB1, eta horrek ere bi dezimatzen du (orain dezimazio osoa lauren berdina da). Fs / 8 eta fs / 4 arteko espektroa orain –fs / 8 eta dc arteko maiztasunetara itzuliko da. Era berean, –fs / 4 eta –fs / 8 arteko espektroa dc eta fs / 8 arteko maiztasunetara itzuliko da. Irudian dezimazioa adierazten den arren, ez da hamarren iragazteko eragiketa erakusten. Kopuru 8. Hamarreko iragazkien efektuak ADC irteerako espektroan - adibide orokorra. Gogoratu aurrez eztabaidatutako adibidea 491.52 MSPS sarrerako lagin-tasarekin eta 150.1 MHz-ko sarrerako maiztasunarekin. NCO maiztasuna 155 MHz da eta dezimazio tasa lau berdina da (NCO bereizmena dela eta, benetako NCO maiztasuna 154.94 MHz da). Horrek 122.88 MSPS lagin-tasa lortzen du. AD9680 nahasketa konplexuetarako konfiguratuta dagoenez maiztasun domeinu konplexua sartu beharko dugu gure analisian. 9. irudian maiztasun itzulpenak nahiko lanpetuta daudela erakusten da, baina arreta handiz aztertuz seinale fluxuaren bidez egin dezakegu bidea. Kopuru 9. Hamarreko iragazkien efektuak ADC irteerako espektroan - benetako adibidea. NCO aldaketaren ondoren espektroa: oinarrizko maiztasuna +150.1 MHz-tik –4.94 MHz-ra aldatzen da. Oinarrizko irudia –150.1 MHz-etik aldatzen da eta 186.48 MHz-ra inguratzen da. Bigarren harmonikoa 191.32 MHz-etik 36.38 MHz-ra igarotzen da.  Hirugarren harmonikoa +41.22 MHz-etik –113.72 MHz-ra jaisten da. Espektroa 2ko hamarrenaren ondoren: oinarrizko maiztasuna –4.94 MHz-tan geratzen da. Oinarrizkoaren irudia –59.28 MHz-ra itzultzen da eta HB1 dezimazio iragazkiaren bidez ahultzen da. Bigarren harmonikoa 36.38 MHz-tan geratzen da. Hirugarren harmonikoa nabarmen arintzen da HB2 dezimazio iragazkiaren bidez. Espektroa hamarretik 4ra: oinarrizkoa –4.94 MHz-tan geratzen da. Oinarrizkoaren irudia –59.28 MHz dago. Bigarren harmonikoa –36.38 MHz-tan geratzen da. Hirugarren harmonikoa HB1 dezimazio iragazkiaren bidez iragazi eta ia ezabatzen da. Ikus dezagun AD9680-500 benetako neurketa. Oinarrizko bizilekua –4.94 MHz-en dago. Oinarrizkoaren irudia –59.28 MHz-tan dago –67.112 dBFS anplitudearekin, hau da, irudia 66 dB gutxi gorabehera murriztu dela. Bigarren harmonikoa 36.38 MHz da. Kontuan izan VisualAnalog-ek maiztasun harmonikoak ez dituela behar bezala aurkitzen, NCO maiztasuna eta dezimazio tasak interpretatzen ez dituelako. Kopuru 10. FFT irteera konplexuaren seinalearen DDCren ondoren NCO = 155 MHz eta 4ko hamarren batekin. FFT-tik AD9680-500-ren irteera espektroa ikus dezakegu, sarrera errealeko eta irteera konplexuetarako 155 MHz (benetako 154.94 MHz) eta hamarren dezimazio abiadura duen irteera konplexu baterako prestatutako DDCarekin. Seinale fluxuaren diagraman zehar ibiltzera animatzen zaituztet, espektroa nola aldatu eta itzultzen den ulertzeko. Artikulu honetan emandako adibideetatik arretaz ibiltzera animatuko nituzke, DDCak ADC irteerako espektroan dituen ondorioak ulertzeko. 8. Irudia inprimatzea eta erreferentzia gisa erabilgarri edukitzea gomendatzen dut AD9680, AD9690, AD9691 eta AD9684 irteerako espektroa aztertzerakoan. Produktu hauek onartzen nituen bitartean, galdera asko izan ditut azaldu ezin diren ADCen irteerako espektroko maiztasunekin lotutakoak. Hala ere, behin analisia egin eta seinale-fluxua NCOren eta dezimazio-iragazkien bidez aztertuta, agerian geratzen da lehen espektroan azaldu gabeko azpijotzat jotzen zirenak benetan egon beharko luketen lekuan bizi diren seinaleak direla. Espero dut artikulu hau irakurri eta aztertu ondoren hobeto moldatuko zarela galderak kudeatzeko DDC integratuak dituen ADC batekin lan egiten duzun hurrengo aldian. Egon adi bigarren zatian, non DDC eragiketaren alderdi osagarriak aztertzen jarraituko dugu eta haren portaera nola simulatu dezakegun.

Utzi mezu bat 

Mezu zerrenda