Hallo, ich habe hier einen Baustein der einen Mischer und einen Verstärker enthält. Nun messe ich diesen Baustein in Senderichtung und drehe mein Basisbandsignal in der Leistung hoch. Ab einem gewissen Punkt erscheinen neben den Seitenbändern im HF-Spektrum Oberwellen. Wenn die Seitenbändern bei +-fm sind, erscheinen Oberwellen bei +-2fm, +-3fm, +-4fm. Nun habe ich über die Ursache nachgedacht: a) Der NF-Eingang des Bausteins wird übersteuert (clipping) und die erzeugten Verzerrungen werden mit hochgemischt. ABER: Clipping heisst, das Signal wird abgeschnitten und somit rechteckförmig. Es sollten dann doch nur ungerade Harmonische auftreten, wie bei einem Rechtecksignal, oder? Also bei +-3fm, +-5fm ... b) Intermodulationsprodukte. Meine Seitenbändern sind die Frequenzen f1 und f2. Hier könnten die IM3 und IM5 in meinem Spektrum auftauchen. Aber auch diese Anteile wären bei +-3fm, +-5fm. Entweder habe ich die Grundlagen falsch gelernt oder mir fehlt noch weiteres Wissen. Noch andere Unklarheiten: Wenn ich einen HF Verstäker über seinen P1dB hinausbringe, entsteht ja auch noch kein Clipping soweit ich weiss. Ich glaube Clipping spielt in der HF eigentlich keine Rolle. Möchte ich die Lienarität dieses Bausteins (Mischer+Verstärker) beurteilen, so könnte ich versuchen, die Intermodulationsprodukte in Senderichtung zu messen. Wie kann ich unterscheiden ob es IM sind oder hochgemischtes Clipping, wenn beide Phänomene bei +-3fm, +-5fm usw auftauchen? Grüße Martin
Wie verhalten sich die Pegel? Ich nehme mal an die ungeraden Oberwellen sind immerhin 10...20 dB höher?
Clipping - also das wirklich harte Abschneiden gibt es in der Realität ja weder bei Audio noch bei HF. Das ist ja nur eine Idealisierung. Bei NF trifft sie aber noch eher als bei HF zu - dort hat man einen weichen Knick in der Kennlinie. Und damit bekommt man eben auch die geradzahligen Harmonischen. Aber was Dein Bild zeigt sind ja - so es ein AM Signal oder zwei einzelne Freqeunzen waren - eindeutig Intermodulationsprodukte. Wenn es ein FM Signal ist, müsste man nochmal genauer die Modulationsparameter angucken weil sich das Spektrum dann ja nach den Besselfunktionen zusammensetzt und man sowas dann leicht mit Intermodulationsprodukten verwechselt. Ob die Intermodulation nun aber bereits im Basisband oder beim HF-Verstärker entstanden ist, ist nicht so leicht zu beurteilen. IdR. macht aber die PA den größten Anteil der Intermodulation aus. Kannst Du den Ruhestrom der Mishcher/Verstärker beeinflussen? Je höher der Ruhestrom desto linearer arbeiten die Bauteile. Ansonsten Dämpfungsglieder zwischen Mischer und PA schalten - dann zeigt sich auch wer der Verursacher ist. Bei integrierten Bausteinen sollte aber der Hersteller die Angaben zu den korrekten Pegeln mitliefern. Viele Grüße, Martin L.
Das Spektrum zeigt einen per IQ Modulator hochgemischten Sinus, wobei die Basisband I und Q Eingänge eine Phasenverschiebung von 0° haben. Daher sind auch die beiden Seitenbänder gleich stark und keins ist unterdrückt. Also die Anordnung ist in Senderichtung: 1. Single Ended to Differential Line Driver (externer Baustein, Rest ist im IC) 2. Tiefpassfilter im I und Q Zweig 3. I/Q Mischer 4. VGA 5. PA Ich kann die Verstärkung des VGA beeinflussen und vom PA folgende Parameter: PA Output Current /uA PA Output Stage Bias/uA PA Output Pulldown/uA Über die Wirkung dieser Einstellungen bin ich mir noch nicht im Klaren, also weiss ich noch nicht, was der "Ruhestrom" ist. Du sagst jetzt sehr sicher, dass Intermodulationsprodukte auf dem Spektrum zu sehen sind. Die IM wären aber doch ungerade Oberwellen. Ausser das Basisbandsignal wird vorher verschliffen und es entstehen wie du sagst auch gerade Oberwellen. Diese werden dann mit hochgemischt und addieren sich dann zu den IM ungerader Ordnung. Wäre das eine Erklärung?
>Du sagst jetzt sehr sicher, dass Intermodulationsprodukte auf dem >Spektrum zu sehen sind. Die IM wären aber doch ungerade Oberwellen. Nein Intermodulationsprodukte sind nicht gleich Oberwellen... Ein Beispiel: Bei starker Sättigung des Verstärkers hinter dem Mischer arbeitet dieser Verstärker nicht mehr linear und wird ebenfalls zum Mischer. (=> IP3-Punkt) Dann kann die Frequenz M1 sich z.B mit dem Basisbandsignal mischen, so erhälst Du uneter anderem M2.
Ob es sich um Intermodulationsprodukte 3ter Ordnung handelt kann man sehr leicht rausfinden, in dem man den Pegel des Generators um 10db abschwächt. Nutzsignale nehmen dann ebenfalls um 10db ab. Intermodulationsprodukte 3ter Ordnung dagegen um 20dB also doppelt so steil. Im übrigen sieht mir das Spektrogramm etwas danach aus als ob der Spektrumanalyzer schon übersteuert ist. Die Grundlinie sollte eigentlich über die ganze Bildschirmbreite flach bleiben. Ralph Berres
Hi Martin, was du völlig vergisst ist, daß der Mischer kein lineares Element ist. Mit anderen Worten solange ein gewisser Eingangspegel nicht überschritten wird, arbeitest Du im linaeren Bereich des Mischers. Sobald der Pegel aber überschritten wird,hast du logischerweise Intermodulationsprodukte die Dir Dein S/N sehr schnell verschlechtern. Der Zusammenhang zwischen Oberwellen und Träger ist linear. Der Zusammenhang zwischen Träger und IM-Produkten nicht. IM 2.Ordnung wachsen bei 1dB Erhöhung des Eingangspegels um 2dB und die 3.Ordnung sogar um 3dB. Meistens tut sich im Spektrum lange nicht und dann plötzlichen machen sich die IM-Produkte sehr schnell bemerkbar... Hoffe es hilft
Hallo, > Ich kann die Verstärkung des VGA beeinflussen und vom PA folgende > Parameter: > PA Output Current /uA > PA Output Stage Bias/uA > PA Output Pulldown/uA Verrate uns am Besten mal den Typ von Baustein damit wir selber in das Datenblatt gucken könne. Aber der Ruhestrom ist "PA Output Stage Bias" - nur wird der im mA und nicht im uA Bereich liegen. Was aber "PA Output Current" und der -"Pulldown" ist, ergibt sich nicht so ohne weiteres. Viele Grüße, Martin L.
Also ich habe jetzt Messungen durchgeführt, wobei ich beim Signalgenerator die Leistung in dB Schritten variiert habe, und dann das HF Spektrum vermessen habe. Zuvor habe ich den Ausgang des Signalgenerators noch mit dem Spektrumanalyzer vermessen und schon entdeckt, dass dieser bereits eine erste Oberwelle (= 2. Harmonische) ausgibt. Die konnte ich natürlich auch im hochgemischten Spektrum wiederfinden (im Bild oben mit Marker M2), wo sie genau wie die Grundwelle linear in der Leistung ansteigt. Bei Markerposition M3 sollten dann die IM3 zum Vorschein kommen. Bei kleinen Leistungen ist deren Anstieg linear, wird dann aber schnell steiler, so dass ich dann fast die erwartete Steigung von 3 habe. Eigentlich ist es noch steiler, was mich etwas irritiert. Eventuell addiert sich die 3. Harmonische des Signalgenerators mit den IM3 des Bausteins. Auch IM5 Produkte habe ich gemessen, welche zunächst linear und dann immer steiler ansteigen. Mit etwas Mut kann man am Ende eine Steigung von 5 rauslesen. In meinem Fall wäre der IP5 unter dem IP3. Keine Ahnung ob das normal ist. Ich würde die Messung gerne verbessern, in dem ich am Ausgang des Signalgenerators einen Tiefpass vorschalte, welcher die Oberwellen des Ausgangssignals unterdrückt. @Ralph Berres Den Spektrumanalyzer betreibe ich i.d.R immer so, dass die Referenzebene knapp über meinem stärksten Peak ist. Auf dem Bild ist das gar nicht mal der Fall, weil die Ref-Ebene bei 5dBm liegt und mein Peak bei -9dBm. Normalerweise würde ich das Signal noch weiter hochziehen, wodurch auch der Dynamikbereich steigt. Dass auf dem Bild der Rauschteppich in der Filterbandbreite des Bausteins ansteigt, liegt denke ich an der Verstärkung bzw. der Rauschzahl der Verstärker. @ kellerkind Zu deinem 1. Teil: Also Mischer und Verstärker sind beide Bauelemente, die ich durch zu hohes Aussteuern in ihren nichtlinearen Kennlinienbereich bringen kann, wodurch IM3 und IM5 usw. entstehen können. Durch den Mischer werden diese dann auch noch in die HF gemischt (?) @Martin Laabs Der Baustein ist ein Maxim MAX2829
Martin >Dass auf dem Bild der Rauschteppich in der >Filterbandbreite des Bausteins ansteigt, liegt denke ich an der >Verstärkung bzw. der Rauschzahl der Verstärker Dann muss dein Vorverstärker den du am SA betrachtest aber schon extrem rauschen. Spektrumanalyzer ( wenigstens die etwas älteren ) haben eine Rauschzahl von etwa 30 db !!!! ( ich habe kein Komma vergessen, SA rauschen wirklich so stark !). Modernere SA der Premiumklasse haben vielleicht eine Rauschzahl von 20db. Sofern der SA den Eingangsabschwächer nicht automatisch einstellt, muss man wirklich vorsichtig sein mit der Interpretation der gemessenen Kurven. Wenn man den Eingangsabschwächer und die Zf Verstärkung zurücknimmt, bleibt die Anzeige am oberen Bildrand die gleiche, aber der Mischer selbst kann schon zu sichtbaren Intermodulationen und Übersteuerungseffekten beitragen, was sich eben auch im Extremfall in der Anhebung des Rauschteppiches im Durchlassbereich der ZF bemerkbar machen kann. Feststellen kann man das in dem man den Abschwächer am Eingang um 10db erhöht. Wenn die Anhebung des Rauschsockels plötzlich verschwindet und irgendwelche Linien plötzlich um 20db abnehmen , so ist mit großer Warscheinlichkeit der erste Mischer des SA übersteuert. Ich kann nur raten bei jeder Messung mit dem SA immer probeweise den Eingangsabschwächer um 10db zu erhöhen, um SA-eigene Nichtlinearitäten aufzudecken. Und sei es nur um genau diese dann nicht zu berücksichtigen. Ralph Berres
Was mir jetzt so auffällt: normalerweise misst man ja die IM3 und IM5 mit 2 Eingangsfrequenzen. Ich habe ja für den Mischer erstmal nur eine. (Gut der Signalgenerator hat eine Oberwelle aber...) Erst wenn das dann hochgemischt wurde, habe ich zwei Seitenbänder und der nachfolgende Verstärker hat dann seine zwei Eingangssignale. Kann ich dann sagen, dass die IM die ich im Spektrum sehe von dem Verstärker sind? Oder wie erkenne ich ob sie vom Verstärker oder vom Mischer kommen? @Ralph Berres Danke für deinen interessanten Hinweis. Ich werde das mal Probeweise durchführen. Die Eingangsabschwächung lasse ich immer automatisch in Abhängigkeit vom Referenzlevel einstellen. Auf dem Bild oben betrug sie z.B. 30dB.
>Erst wenn das dann hochgemischt wurde, habe ich zwei Seitenbänder und >der nachfolgende Verstärker hat dann seine zwei Eingangssignale. Wenn man ein Signal mit einen 2ten Signal ( Oszillator ) mischt, entstehen immer 2 Frequenzen am Ausgang. F1 + F2 und F1 - F2. Ich denke das das 2te Signal hinter dem Mischer die Spiegelfrequenz ist, falls du die nicht hinter dem Mischer direkt mit einen Bandpass herausgefiltert hast. Ansonsten müsste man mal ein bischen mit den Frequenzen der Spektrallinien rechnen, wo diese Produkte entstehen könnten. Ralph Berres
Hallo, > Wenn man ein Signal mit einen 2ten Signal ( Oszillator ) mischt, > entstehen immer 2 Frequenzen am Ausgang. F1 + F2 und F1 - F2. Ich denke > das das 2te Signal hinter dem Mischer die Spiegelfrequenz ist, falls du > die nicht hinter dem Mischer direkt mit einen Bandpass herausgefiltert > hast. Wobei es sich hier um einen IQ Mischer handelt, der OP aber I und Q Eingang mit dem identischen Signal speist. (Womit das o.g. wieder stimmt) Er sollte erst mal eine Messung mit einem Gleichanteil am Eingang machen. Dann hat er erst mal kein Problem mit Intermodulation sondern nur mit nichtlinearer Verzerrung und der IQ Inbalance sowie der nichtidealen LO Unterdrückung. Danach mit zwei um 90° verschobenen Sinussignalen. Dann kommt nämlich nur ein Sinussignal am Ausgang heraus. Da hat er dann Mischer Feedthroug und Signal die sich mischen können. Am Ende dann wie jetzt mit beiden Signalen. Interessant wäre noch welche ZF Frequenz der OP benutzt. Denn er spricht von Oberwellen und meint nicht die tatsächliche Oberwelle des Trägers sondern die des ZF Signales die offensichtlich mit den integrierten Filtern nicht ausreichend gedämpft wird. (Falsch eingestellt?) Den Ruhestrom stellt man übrigens mit dem Register "PA Bias DAC Register" mit Bit D0 bis D5. Maximal 0.315mA Ruhestrom ist für -2dBm Ausgangsleistung grenzwertig - das ist eine Effizienz von 50% wo es bei einer A-Endstrufe (und das muss es hier ja sein) schon zu erheblicher Verzerrung kommt. Also lieber nur mit 25-30% Wirkungsgrad laufen lassen. Viele Grüße, Martin L.
Hallo Martin, deine Messvorschläge finde ich sehr interessant. a)DC-Anteil anlegen: Dem Mischer ist ein Filter vorgeschaltet, wobei mir noch nicht klar ist, ob es ein Tief- oder Bandpass ist. Angenommen ein eingespeister DC-Anteil würde durchkommen und ich variiere ihn, dann sollte ich sehen wie sich die Leistung des Trägers verändert. Da ich den DC-Anteil auf den I und den Q Pfad gebe kann ich zwar davon ausgehen, dass dieser Anteil unterschiedlich stark verstärkt/gedämpft wird aber welche Information über IQ Inbalance kann ich daraus ziehen? b)IQ mit Delta_Phi=90° Es fehlt mir noch ein Signalgenerator mit 2 Kanälen. Derzeit habe ich nur einen Signalgenerator wobei ich das Signal per T-Glied auf die I und Q Eingänge splitte. Das ganze ist ein homodyner Sender, es gibt also nur Basisband oder HF=5,6 GHz. Oder was meinst du mit ZF des OPs? Wenn ich von Oberwellen spreche, meine ich bisher immer die des Basisbandsignals. Den Filter kann ich noch enger schnallen aber ich wollte dessen Einfluss auf die IM minimieren. Die Sache mit der Effizienz habe ich noch nicht verstanden, bzw. darüber weiss ich als Lernender noch nichts. Ich muss jetzt allerdings weg daher schaue ich mir das später genauer an. Danke jedenfalls für deine hilfreichen Antworten.
Hallo, > a)DC-Anteil anlegen: > Dem Mischer ist ein Filter vorgeschaltet, wobei mir noch nicht klar ist, > ob es ein Tief- oder Bandpass ist. Es ist ein Tiefpass. Denn Du legst ja ein analytisches Signal an den Eingang an und das hat - um brauchbar zu sein - nunmal auch DC oder DC-nahe Anteile. Ich empfehle eine Nachichtentechnikvorlesung oder das entsprechende Kapitel aus einem Buch. Mag zwar trocken erscheinen, ist aber am Ende enorm hilfreich. > Angenommen ein eingespeister DC-Anteil würde durchkommen und ich > variiere ihn, dann sollte ich sehen wie sich die Leistung des Trägers > verändert. Ja. > Da ich den DC-Anteil auf den I und den Q Pfad gebe kann ich > zwar davon ausgehen, dass dieser Anteil unterschiedlich stark > verstärkt/gedämpft wird aber welche Information über IQ Inbalance kann > ich daraus ziehen? Kannst Du gar nicht. IQ-Inbalanz kommt erst dann zum Tragen wenn Du ein Signal einspeist wo Du die Unterdrückung der Spiegelfrequenz auf dem Spektrumsanalysator sehen kannst. Da die Phase von dem Signal aber damit nicht messbar ist, brauchst Du wohl oder übel ein im Frequenzbereich um den Nullpunkt nicht (punkt-) symetrisches Signal am Eingang. > b)IQ mit Delta_Phi=90° > Es fehlt mir noch ein Signalgenerator mit 2 Kanälen. Derzeit habe ich > nur einen Signalgenerator wobei ich das Signal per T-Glied auf die I und > Q Eingänge splitte. Dann bastel Dir einen 90° Splitter als Allpass oder mit Verzögerungsleitungen oder Resonanzgliedern oder was Dir noch so einfällt. Musst aber dann messen können wie gut der die 90° einhält weil das sonst auch als IQ-Inbalanz in die Rechnung/das Signal eingeht. Vielleicht ist es einfacher ein Signal mit doppelter (oder vierfacher) Frequenz zu erzeugen und geschickt zu teilen. Da gibt es eine schlaue Schaltung mit Flipflops die ich aber jetzt nicht im Kopf zusammenbekomme. > Das ganze ist ein homodyner Sender, es gibt also nur Basisband oder > HF=5,6 GHz. Oder was meinst du mit ZF des OPs? OP=Original Poster Und in dem Falle ist die ZF 0Hz und du baust einen Zero-IF Empfänger/Sender. Sind einfach aber haben ein Problem bei starken Störpegeln am Eingang weil die Filterung in der (richtigen) ZF Ebene fehlt. (Und man meistens aus Kostengründen auch den Eingangfilter weglässt) > Wenn ich von Oberwellen spreche, meine ich bisher immer die des > Basisbandsignals. Den Filter kann ich noch enger schnallen aber ich > wollte dessen Einfluss auf die IM minimieren. Die Filter können gar keine Intermodulationsprodukte erzeugen wenn Du sie nur mit einem Sinus beaufschlagst. Denn es fehlt das zweite Signal mit dem sich die Intermodulationsprodukte bilden könnten. Und sie sind genau dazu da um die Harmonischen des Signales zu unterdrücken. Also stell sie richtig ein. > Die Sache mit der Effizienz habe ich noch nicht verstanden, bzw. darüber > weiss ich als Lernender noch nichts. Ich muss jetzt allerdings weg daher > schaue ich mir das später genauer an. Ist genau die selbe Theorie wie bei NF-Verstärkern. Im A Betrieb kann man eine bestimmte Effizienz erreiche, beim AB Betrieb eine höhere und beim C Betrieb noch höher. Das gilt auch bei HF Verstärkern wobei man für WLAN, DVBT und ähnliches (also überall wo man neben der Phase auch noch die Amplitude moduliert bzw. die Phasenmodulation gefiltert hat was die Amplitude beeinflusst) möchte man lineare Verstärker im A bzw. AB Betrieb. Viele Grüße, Martin L.
Hallo, % Es ist ein Tiefpass. Denn Du legst ja ein analytisches Signal an den % Eingang an und das hat - um brauchbar zu sein - nunmal auch DC oder % DC-nahe Anteile. Ich empfehle eine Nachichtentechnikvorlesung oder das % entsprechende Kapitel aus einem Buch. Mag zwar trocken erscheinen, ist % aber am Ende enorm hilfreich. Ich war nicht sicher, da im Datenblatt im Blockschaltbild Bandpässe gezeichnet sind, es aber keine Angabe zur unteren Grenzfrequenz gibt. Allerdings wären auf dem Demoboard, welches ich nutze, ausserhalb des Transceivers im Basisband eh Koppel-Cs die jeden eingespeisten DC-Anteil blocken würden. % Kannst Du gar nicht. IQ-Inbalanz kommt erst dann zum Tragen wenn Du ein % Signal einspeist wo Du die Unterdrückung der Spiegelfrequenz auf dem % Spektrumsanalysator sehen kannst. Da die Phase von dem Signal aber damit % nicht messbar ist, brauchst Du wohl oder übel ein im Frequenzbereich um % den Nullpunkt nicht (punkt-) symetrisches Signal am Eingang. Also kann ich mir die Beurteilung des IQ Fehlers in Senderichtung sparen, und versuche lieber in Empfangsrichtung die Mischer zu beurteilen. Hier sollte ja ein Oszilloskop die gewünschten Informationen liefern können, wenn ich I und Q signale in Phase und Amplitude vergleiche. Besser wäre ein Empfänger, der mir die IQ Signale im Konstellationsdiagramm anzeigt wonach ich den EVM bestimmen könnte. % Die Filter können gar keine Intermodulationsprodukte erzeugen wenn Du % sie nur mit einem Sinus beaufschlagst. Denn es fehlt das zweite Signal % mit dem sich die Intermodulationsprodukte bilden könnten. Und sie sind % genau dazu da um die Harmonischen des Signales zu unterdrücken. Also % stell sie richtig ein. Mit Einfluss des Filters meinte ich nur, dass er die IM5 unterdrücken könnte was er natürlich auch soll. Aber für meine Messung wollte ich das ganze erstmal unverfälscht haben. Aber ich werde für die Beurteilung des Bausteins die Filter anpassen. Mir ist auch aufgefallen, dass ich dem Mischer und dem VGA noch höheren Strom bieten kann um die Linearität zu erhöhen. Standardmäßig ist der Strom aber auf 50% für beide integrierten Bauteile eingestellt. Erhöhen lässt sich dieser auf 63%, 78% und 100%. Hat das irgendwelche Nachteile den Strom einfach auf 100% zu erhöhen? Die Effizienz sinkt um 50%? Die Wärme steigt, Kühlmaßnahmen müssen stärker ausgelegt werden, aber besser als störende Peaks im Nutzband. % Den Ruhestrom stellt man übrigens mit dem Register "PA Bias DAC % Register" mit Bit D0 bis D5. Maximal 0.315mA Ruhestrom ist für -2dBm % Ausgangsleistung grenzwertig - das ist eine Effizienz von 50% wo es bei % einer A-Endstrufe (und das muss es hier ja sein) schon zu erheblicher % Verzerrung kommt. Also lieber nur mit 25-30% Wirkungsgrad laufen lassen. Das PA Bias DAC Register ist für einen externen PA, welcher aber auf dem Demoboard, welches ich in Betrieb habe, nicht vorhanden ist. Wie oben schon erwähnt kann ich den Bias Strom für VGA und Mischer beeinflussen. Leider steht nicht im Datenblatt um wie viel mA es sich handelt. % Ist genau die selbe Theorie wie bei NF-Verstärkern. Im A Betrieb kann % man eine bestimmte Effizienz erreiche, beim AB Betrieb eine höhere und % beim C Betrieb noch höher. Das gilt auch bei HF Verstärkern wobei man % für WLAN, DVBT und ähnliches (also überall wo man neben der Phase auch % noch die Amplitude moduliert bzw. die Phasenmodulation gefiltert hat was % die Amplitude beeinflusst) möchte man lineare Verstärker im A bzw. AB % Betrieb.
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