Пассивный полосовой фильтр на 10.5 МГц с высокой добротностью Опции

[Veter0k]

Добрый день уважаемые форумчане. Стала задача отфильтровать QPSK сигнал с несущей 10.5 МГц, с шириной спектра +\- 80 кГц. Подскажите пожалуйста где и что нужно почитать, чтобы разобраться в теории.

[V_G]

Если вам только отфильтровать, то информация о том, что это QPSK-сигнал - лишняя. А вот информации о канале передачи данных, о шумах и помехах в нем - нет. Определяйтесь с шумами и помехами, читайте про полосовые фильтры, запускайте FilterSolutions и проектируйте фильтр.
Если же вам декодировать, то про QPSK - вполне к месту, но и предварительная фильтрация не помешает.

Так что для начала определитесь в терминологии

[Veter0k]

Если вам только отфильтровать, то информация о том, что это QPSK-сигнал - лишняя. А вот информации о канале передачи данных, о шумах и помехах в нем - нет. Определяйтесь с шумами и помехами, читайте про полосовые фильтры, запускайте FilterSolutions и проектируйте фильтр.
Если же вам декодировать, то про QPSK - вполне к месту, но и предварительная фильтрация не помешает.

Так что для начала определитесь в терминологии

Декодирует спец. микросхема. Но в условиях эксплуатации, уровень шумов ВНЕЗАПНО оказался настолько велик, что на приемной стороне приема нет. У нас стоит фильтр от заказчика, но моделирование показывает что он работает не важно. Поэтому решил углубится в вопрос, чтобы создать свой собственный.

[misyachniy]

Никогда не слышал о добротности фильтров.
Крутизна спада, неравномерность в полосе пропускания, равномерность фазового сдвига слышал.

[V_G]

1. Уровень образования разработчика, его специализация.
2. Характеристики канала связи (проводной/беспроводной, рабочие частоты, расстояния и пр.).
3. Характеристики помех в точке приема (узкополосная/широкополосная, шумоподобная, сетевая наводка и т.п.).
4. Характеристики передающей и приемной аппаратуры.
4. Среда моделирования фильтра заказчика и критерии "неважности" работы.

Пока непонятно ничего

[Veter0k]

1. Уровень образования разработчика, его специализация.
2. Характеристики канала связи (проводной/беспроводной, рабочие частоты, расстояния и пр.).
3. Характеристики помех в точке приема (узкополосная/широкополосная, шумоподобная, сетевая наводка и т.п.).
4. Характеристики передающей и приемной аппаратуры.
4. Среда моделирования фильтра заказчика и критерии "неважности" работы.

Пока непонятно ничего

1. КПИ/РТФ, Кафедра конструирования и производства радиоэлектронной аппаратуры, Киев.
2. Проводной канал, передача данных по линии питания постоянного тока (aka PLC).
3. На выходе стоит инвертор. Помехи - белый шум, как утверждают. Сам не видел, не щупал. Выяснилось это буквально только что и совсем ВНЕЗАПНО.
4. Передатчик и приемник - спец. микросхемы. Производитель даже скрывает модуляцию, но говорит что она QPSK подобная. Также утверждается что прием будет вестись даже при 20 мВ входного сигнала. Вообще даташиты очень сыры.
5. Никто задание фильтр моделировать не давал. У фирмы-производителя есть рефернс-схема обвязки, в том числе и фильтра. Вот меня сам фильтр и беспокоит. А критерий неважности фильтра простое моделирование в среде LTSpice. Он вовсе не полосовой, имеет несколько острых выступов и пик на несущей уж очень узкополсен.

И еще, буду ли я прав утверждая что для QPSK сигнала лучше всего применить фильтр Бесселя?

Сообщение отредактировал Veter0k - Oct 26 2014, 08:12

[misyachniy]

1. КПИ/РТФ, Кафедра конструирования и производства радиоэлектронной аппаратуры, Киев.
2. Проводной канал, передача данных по линии питания постоянного тока (aka PLC).
3. На выходе стоит инвертор. Помехи - белый шум, как утверждают. Сам не видел, не щупал. Выяснилось это буквально только что и совсем ВНЕЗАПНО.
4. Передатчик и приемник - спец. микросхемы. Производитель даже скрывает модуляцию, но говорит что она QPSK подобная. Также утверждается что прием будет вестись даже при 20 мВ входного сигнала. Вообще даташиты очень сыры.
5. Никто задание фильтр моделировать не давал. У фирмы-производителя есть рефернс-схема обвязки, в том числе и фильтра. Вот меня сам фильтр и беспокоит. А критерий неважности фильтра простое моделирование в среде LTSpice. Он вовсе не полосовой, имеет несколько острых выступов и пик на несущей уж очень узкополсен.

И еще, буду ли я прав утверждая что для QPSK сигнала лучше всего применить фильтр Бесселя?

Умный дом оказался умнее людей.
Печалька :-(

[Veter0k]

Умный дом оказался умнее людей.
Печалька :-(

А по-существу есть что сказать?

[ledum]

Никогда не слышал о добротности фильтров.
Крутизна спада, неравномерность в полосе пропускания, равномерность фазового сдвига слышал.

Частота, деленная на полосу. Все прекрасно понимают этот параметр. Хотя в наших ГОСТах его нет. У ТС - Q=65. Сразу дает понятие о реализации фильтра. Добротность компонентов должна быть не менее чем в 5-10 раз выше добротности фильтра. Для LC в разумных габаритах многовато. Керамика SFELF10M5 от Мураты. Но обычно только на заказ. Даташиты надо искать на старых дисках. Выхода три ИМХО - 1)накрыть более широким фильтром, который можно сделать на LC - вдруг поможет. 2) Перенести на то, что можно реально фильтрануть - 6.5, 5.5, 10.7МГц, потом вернуть взад. Плюнуть на все и сделать свою обработку в цифре, получив квадратуры в нуле. Раньше на РТФ была очень хорошая школа ЦОС. Правда не на РК. На РТ.
Глянуть как другие делают http://www.explinovo.com/public/download/p...ts/DS-SIG60.pdf

Сообщение отредактировал ledum - Oct 26 2014, 14:07

[Veter0k]

Частота, деленная на полосу. Все прекрасно понимают этот параметр. Хотя в наших ГОСТах его нет. У ТС - Q=65. Сразу дает понятие о реализации фильтра. Добротность компонентов должна быть не менее чем в 5-10 раз выше добротности фильтра. Для LC в разумных габаритах многовато. Керамика SFELF10M5 от Мураты. Но обычно только на заказ. Даташиты надо искать на старых дисках. Выхода три ИМХО - 1)накрыть более широким фильтром, который можно сделать на LC - вдруг поможет. 2) Перенести на то, что можно реально фильтрануть - 6.5, 5.5, 10.7МГц, потом вернуть взад. Плюнуть на все и сделать свою обработку в цифре, получив квадратуры в нуле. Раньше на РТФ была очень хорошая школа ЦОС. Правда не на РК. На РТ.
Глянуть как другие делают http://www.explinovo.com/public/download/p...ts/DS-SIG60.pdf

Я РК-поток, ЦОС не преподавали, а сейчас его не хватает. Вы кинули даташит на микросхему, с которой я работаю. Перенести и вернуть обратно - удорожание. Ровно как и своя обработка в цифре. Мы очень зажаты в себестоимости. Единственный вариант - построить фильтр на LC.

[blackfin]

Выхода три ИМХО..

Мне вот, непонятно.. Почему производители генераторов, основанных на технологии MEMS, никак не наладят выпуск фильтров, основанных на этой же технологии? Вроде как, высокодобротный резонатор на MEMS уже делают, что мешает сделать с десяток MEMS-резонаторов на одном кристалле и получить фильтр с заданными характеристиками в "неудобном" для обычных кварцев диапазоне мощностей сигналов?

[ledum]

Перенести и вернуть обратно - удорожание. Ровно как и своя обработка в цифре. Мы очень зажаты в себестоимости. Единственный вариант - построить фильтр на LC.

Буквально вчера ради прикола собрал все свои фильтры на 10.7МГц, керамику. От ФП1П-049 и ФП1П6 до SFE10.7. Наши вообще расползлись за 20-25 лет, потерь лучше 8дБ нет с АЧХ мама роди меня обратно. SFE-шки чуть лучше. Короче, из полста штук удалось отобрать две пары с прямоугольной вершинкой и потерями в пределах 4-5дБ. Потом прикинул на LC. Пичалька. На СМД ( гляньте добротность на 10.5МГц , кхе-кхе) Ваш, например, фильтр будет иметь порядка 15-20дБ потерь. На максиспрингах от Коилкрафта быстренько клюкаем добротность - 60 на 10МГц с ВДМаиса - порядка 10дБ. Можно расширить до полумегаГерца, будет порядка 5дБ потерь и колокол в виде АЧХ. 3 порядок. Подстроечники-конденсаторы нужны по-любому. Или надо делать катушки хотя бы 15-20мм диаметром. Тогда можно получить добротность за 200 и более-менее АЧХ. Но фильтр будет дороже двойного преобразования и размером с десяток Ваших текущих устройств.
ИМХО в первую надо искать что мешает. Вдруг достаточно режектора или ФНЧ какого-нибудь.

Сообщение отредактировал ledum - Oct 26 2014, 16:43

[Veter0k]

Буквально вчера ради прикола собрал все свои фильтры на 10.7МГц, керамику. От ФП1П-049 и ФП1П6 до SFE10.7. Наши вообще расползлись за 20-25 лет, потерь лучше 8дБ нет с АЧХ мама роди меня обратно. SFE-шки чуть лучше. Короче, из полста штук удалось отобрать две пары с прямоугольной вершинкой и потерями в пределах 4-5дБ. Потом прикинул на LC. Пичалька. На СМД ( гляньте добротность на 10.5МГц , кхе-кхе) Ваш, например, фильтр будет иметь порядка 15-20дБ потерь. На максиспрингах от Коилкрафта быстренько клюкаем добротность - 60 на 10МГц с ВДМаиса - порядка 10дБ. Можно расширить до полумегаГерца, будет порядка 5дБ потерь и колокол в виде АЧХ. 3 порядок. Подстроечники-конденсаторы нужны по-любому. Или надо делать катушки хотя бы 15-20мм диаметром. Тогда можно получить добротность за 200 и более-менее АЧХ. Но фильтр будет дороже двойного преобразования и размером с десяток Ваших текущих устройств.
ИМХО в первую надо искать что мешает. Вдруг достаточно режектора или ФНЧ какого-нибудь.

В качестве нагрузки стоят инверторы, переключающие напряжение до 1100 В с токами до 600 А. Поэтому можно предположить что помеха - короткий импульс, спектр которого размазывается до белого шума. У нас нет прибора, которым можно было бы померять АЧХ. Поэтому сборка такого фильтра, да еще и на компонентах с допуском в 20% типоразмера 0603 это тыканье пальцем в небо. Я не против расширить полосу пропускание, возможно отношения сигнал/шум будет еще достаточно.

[ledum]

Я Вам не напрасно дал ссылку на Макси спринг http://www.coilcraft.com/maxi.cfm . Гляньте там допуск. Мы берем 2%, не макси, правда. Но толку. Все равно строить надо. Еще неплохо могло бы получиться на кольцах с мю 20-50, но индуктивности 300-800нГн, обычно применяемые на 10МГц Вам, быстрей всего, тоже нечем мерять с достаточной точностью. На Филуре есть подстроечные более-менее (добротность под 70). Но опять-таки нужен АЧХометр.

Сообщение отредактировал ledum - Oct 26 2014, 18:26

[Veter0k]

Я Вам не напрасно дал ссылку на Макси спринг http://www.coilcraft.com/maxi.cfm . Гляньте там допуск. Мы берем 2%, не макси, правда. Но толку. Все равно строить надо. Еще неплохо могло бы получиться на кольцах с мю 20-50, но индуктивности 300-800нГн, обычно применяемые на 10МГц Вам, быстрей всего, тоже нечем мерять с достаточной точностью. На Филуре есть подстроечные более-менее (добротность под 70). Но опять-таки нужен АЧХометр.

Есть RLC-метр UNIT, не скажу какой точности. Есть осциллограф, со встроенным генератором, выдающим синус до 20 Мгц. Понимаю что геммор, но возможно так получится хоть что-то померять.

[Owl_]

To: Veter0k. А у Вас есть уверенность, что гармоники от инвертора не попадают в рабочую полосу канала данных?

[Veter0k]

To: Veter0k. А у Вас есть уверенность, что гармоники от инвертора не попадают в рабочую полосу канала данных?

Уверенности нет. Я не видел спектрограмм этого шума, но надеюсь скоро увижу.

[Owl_]

Уверенности нет. Я не видел спектрограмм этого шума, но надеюсь скоро увижу.

Вот я подумал, что от 50 Гц гармоники уже погоды не сделают, а вот рядом работающий инвертор испортит сигнал капитально. Поэтому, провериться нужно, чтобы не тратить время зря.

[Proffessor]

Veter0k
Если нет ограничений по габаритам, единственно реальный вариант - на спиральных резонаторах.

[ledum]

Veter0k
Если нет ограничений по габаритам, единственно реальный вариант - на спиральных резонаторах.

Are you kidding me? К каг'обочке контроллера умного дома 2х3см в довесок чемоданчик фильтра 25х30см (и это только второй порядок) с катушками проводом 2мм. Чёт напомнило картинку Самка паука Nephila pilipes преследует самца. После спаривания самки большинства видов пауков съедают самцов Тем более, при указанной чипе ТС, может перебраться на частоты ПЧ звука ТВ - а там фильтров - полные Кардачи. Ну, скорость упадет чуток. В принципе на попробовать можно было бы взять плату древнего советского приемника с УКВ диапазоном типа какого-нибудь Океана или Меридиана до 206 и перегнать фильтр ПЧ ЧМ на 200кГц вниз - должно получиться - и посмотреть поможет ли. Потом думать.

Сообщение отредактировал ledum - Oct 28 2014, 08:38

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Neznayka]

А критерий неважности фильтра простое моделирование в среде LTSpice. Он вовсе не полосовой, имеет несколько острых выступов и пик на несущей уж очень узкополсен.

А вы его не обмеряли? Потому как моделирование это, конечно, хорошо, но критерий истины - эксперимент.

[Veter0k]

А вы его не обмеряли? Потому как моделирование это, конечно, хорошо, но критерий истины - эксперимент.

Я бы обмерял, было бы чем..(

[ledum]

Дык а что по поводу частот типа 4.5МГц или 6.5МГц? Так ли критична скорость? Ну и можно хоть как-то краем глаза даже на размытой картинке (если это секрет) увидеть легендарный уже фильтр? Ваш фильтр обмерять очень просто, если есть некий свипирующий генератор и осциллограф или см. ниже - лог детектор и китайский тестер. Вы бы видели как приходится обмерять смесители, имея анализатор и генератор - так и крутим почти в ручном режиме.
Даже лог детектор - не проблема. Если жаба давит на AD8307, то в К174ХА6 -14 нога (про импорт типа LA1140 я вообще молчу - 15 нога) тоже терпимый лог. детектор. Оценить АЧХ с динамикой 30-40дБ на глаз хватит.

Сообщение отредактировал ledum - Oct 28 2014, 14:20

[Veter0k]

Дык а что по поводу частот типа 4.5МГц или 6.5МГц? Так ли критична скорость? Ну и можно хоть как-то краем глаза даже на размытой картинке (если это секрет) увидеть легендарный уже фильтр? Ваш фильтр обмерять очень просто, если есть некий свипирующий генератор и осциллограф или см. ниже - лог детектор и китайский тестер. Вы бы видели как приходится обмерять смесители, имея анализатор и генератор - так и крутим почти в ручном режиме.
Даже лог детектор - не проблема. Если жаба давит на AD8307, то в К174ХА6 -14 нога (про импорт типа LA1140 я вообще молчу - 15 нога) тоже терпимый лог. детектор. Оценить АЧХ с динамикой 30-40дБ на глаз хватит.

Дело в том что микросхема сама формирует несущую. Это настраивается внутренними регистрами. И есть там частоты 5.5 и 6.5 МГц, но фишка в том что скорость передачи на них ниже. В нашем случае мы можем орудовать лишь двумя 10.5 МГц или 13.0 МГц. Керамики что на ту, что на другую - нет. Есть просто генератор, встроенный в осциллограф, но он не свипирующий. Впрочем можно по точкам построить подобие АЧХ, отношением входного к выходному. Картинка фильтра прилагается ниже:

[ledum]

Ну шо, ну зиг-заг (топология такая) недотретьего порядка типо Кауэр (эллиптический). Частоту, в основном, определяют L2 и C3. У Вас она где-то 11.3МГц (там несколько емкостей задействовано). Ваша 10.5МГц - на левом скате АЧХ. Параллельно С3 надо допаять подстроечник какой-нибудь TZ03P600 или подобный (10-60пФ или вообще до 100пФ перестройки) и подогнать максимум на 10.5МГц с помощью генератора и осциллографа через маленькую емкость. В приложении сплошные линии - Ваши установки, штриховки - если тупо конденсатор С3 по Вашей схеме заменить на 200пФ (все не так просто из-за разброса компонентов)
Ну неужели так критично 56кб/с или 112кб/с? Ни одной точки настройки с несущей 4.5-6.5МГц и фильтром на керамике или вечный гемор с настройкой при несущей 10.5?

Сообщение отредактировал ledum - Oct 29 2014, 08:56

Эскизы прикрепленных изображений

 

[r_dot]

...Стала задача отфильтровать QPSK сигнал с несущей 10.5 МГц...

Опять решение по принципу "чего там думать, трясти надо"?
Вас не смущает, что "прием будет вестись даже при 20 мВ входного сигнала", а помеха "инверторы, переключающие напряжение до 1100 В с токами до 600 А", то есть уровнем более чем на 100 дБ большим? Даже если вы сделаете фильтр, давящий вне полосы на 100 дБ, кто вам сказал, что часть спектра мощности помехи не лежит в вашей рабочей полосе? А скорее всего лежит. И по уровню даже больше вашего сигнала. Прежде чем бросаться ваять супер-фильтр, оцените, правильно ли поставлена задача. По-моему, её даже теоретически нельзя решить фильтром.

По таким условиям, решение видится где-то в области синхронизации передачи данных с моментами переключения мощных ключей, в работе в паузах между переключениями.

[Veter0k]

Ну шо, ну зиг-заг (топология такая) недотретьего порядка типо Кауэр (эллиптический). Частоту, в основном, определяют L2 и C3. У Вас она где-то 11.3МГц (там несколько емкостей задействовано). Ваша 10.5МГц - на левом скате АЧХ. Параллельно С3 надо допаять подстроечник какой-нибудь TZ03P600 или подобный (10-60пФ или вообще до 100пФ перестройки) и подогнать максимум на 10.5МГц с помощью генератора и осциллографа через маленькую емкость. В приложении сплошные линии - Ваши установки, штриховки - если тупо конденсатор С3 по Вашей схеме заменить на 200пФ (все не так просто из-за разброса компонентов)
Ну неужели так критично 56кб/с или 112кб/с? Ни одной точки настройки с несущей 4.5-6.5МГц и фильтром на керамике или вечный гемор с настройкой при несущей 10.5?

Да, скорость критична, по ТЗ она должна быть еще выше, до 1 Мбит/с. Но чип больше 115.2 кбит/с выдать не может. Как по мне лучше применить иную топологию фильтра 3-го порядка, обеспечивающую полочку в полосе пропускания и резкий спад вне ее предела. И чем они руководствовались когда выбирали такой фильтр?

Опять решение по принципу "чего там думать, трясти надо"?
Вас не смущает, что "прием будет вестись даже при 20 мВ входного сигнала", а помеха "инверторы, переключающие напряжение до 1100 В с токами до 600 А", то есть уровнем более чем на 100 дБ большим? Даже если вы сделаете фильтр, давящий вне полосы на 100 дБ, кто вам сказал, что часть спектра мощности помехи не лежит в вашей рабочей полосе? А скорее всего лежит. И по уровню даже больше вашего сигнала. Прежде чем бросаться ваять супер-фильтр, оцените, правильно ли поставлена задача. По-моему, её даже теоретически нельзя решить фильтром.

По таким условиям, решение видится где-то в области синхронизации передачи данных с моментами переключения мощных ключей, в работе в паузах между переключениями.

У меня есть сперктрограмма шума, но нет спектрокраммы в момент передачи сигнала. А вот идея синхронизации очень интересная. Спасибо.

[ledum]

У меня есть сперктрограмма шума, но нет спектрокраммы в момент передачи сигнала. А вот идея синхронизации очень интересная. Спасибо.

Вы всерьез полагаете, что нет дуальности частотной и временнОй областей? Т.е. в паузе импульса нет палок помех от преобразователя в районе 10.5МГц, скажем, при частоте преобразования питателя 50кГц и при относительно узкополосном приемнике?
Мои коллеги на старой работе скорость подымали множественными несущими с независимыми замодуляторами на каждой. Такой себе суррогатный https://ru.wikipedia.org/wiki/OFDM , засинхронизированный с преобразователем.

Сообщение отредактировал ledum - Oct 30 2014, 08:17

[Veter0k]

Вы всерьез полагаете, что нет дуальности частотной и временнОй областей? Т.е. в паузе импульса нет палок помех от преобразователя в районе 10.5МГц, скажем, при частоте преобразования питателя 50кГц и при относительно узкополосном приемнике?
Мои коллеги на старой работе скорость подымали множественными несущими с независимыми замодуляторами на каждой. Такой себе суррогатный https://ru.wikipedia.org/wiki/OFDM , засинхронизированный с преобразователем.

OFDMом мы точно заниматься не будем. Сейчас пытаемся усилить выходной сигнал, но что-то все тщетно..

[ledum]

OFDMом мы точно заниматься не будем. Сейчас пытаемся усилить выходной сигнал, но что-то все тщетно..

Вы бы хотя бы сказали частоту преобразователя. Просто интересно.

[Veter0k]

Вы бы хотя бы сказали частоту преобразователя. Просто интересно.

Я ее не знаю. Все делается внутри микросхемы. Я толком не знаю даже какая модуляция. Все что я могу сделать, это как-то улучшить выходной и входной сигналы.

[ledum]

Я ее не знаю. Все делается внутри микросхемы. Я толком не знаю даже какая модуляция. Все что я могу сделать, это как-то улучшить выходной и входной сигналы.

Речь не о Вашей микросхеме, а о частоте помехи - преобразователя на киловольты и сотни ампер.

[Veter0k]

Речь не о Вашей микросхеме, а о частоте помехи - преобразователя на киловольты и сотни ампер.

Сказали 15 кГц.