Вопрос по DDC Опции

[_Anatoliy]

Есть такая микросхема - LTM9013, DDC выполненный по вроде бы классической схеме : комплексный смеситель - ФНЧ - АЦП. Причём ФНЧ встроен в микросхему перед АЦП. Непонятен выбор частоты среза ФНЧ - примерно Fs, всегда считал что частота среза должна быть Fs/2. Так же непонятно наличие разделительных конденсаторов после внешнего фильтра - снос в ноль выполнять нельзя. Это какое-то новое решение или я на лыжах? Что думаете,коллеги?

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Lmx2315]

..разработчики микросхемы оставили пользователям для работы две зоны найквиста, главное чтобы полоса обрабатываемого сигнала не перегибалась через границы зон, а так по большому счёту они могли вообще ФНЧ не ставить, вся работа по очистке спектра от шумов ляжет на пользовательский внешний фильтр.
И ещё имхо, могу конечно ошибаться, но вроде когда пишут IF ресивер , то это значит приём на какой-то отличной от нуля промежуточной частоте.

[_Anatoliy]

..разработчики микросхемы оставили пользователям для работы две зоны найквиста, главное чтобы полоса обрабатываемого сигнала не перегибалась через границы зон, а так по большому счёту они могли вообще ФНЧ не ставить, вся работа по очистке спектра от шумов ляжет на пользовательский внешний фильтр.
И ещё имхо, могу конечно ошибаться, но вроде когда пишут IF ресивер , то это значит приём на какой-то отличной от нуля промежуточной частоте.

Та вроде нет... На картинке совместная АЧХ двух фильтров (в качестве внешнего применяется ФВЧ). Fs в данном случае 310МГц.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Lmx2315]

Та вроде нет...

..на картинке я вижу сквозную аналоговую АЧХ , чудес не бывает если тактовая 310 МГЦ , то полоса полезного сигнала не более 155 Мгц и если её поместить посерёдке вышеуказаной АЧХ то сигнал завернётся сам в себя , хотя микруха-то КОМПЛЕКСНАЯ может в этом фишка?

[_Anatoliy]

И ещё имхо, могу конечно ошибаться, но вроде когда пишут IF ресивер , то это значит приём на какой-то отличной от нуля промежуточной частоте.

Да, похоже я упустил этот момент. Это объясняет наличие разделительных конденсаторов. Спасибо!

..на картинке я вижу сквозную аналоговую АЧХ , чудес не бывает если тактовая 310 МГЦ , то полоса полезного сигнала не более 155 Мгц и если её поместить посерёдке вышеуказаной АЧХ то сигнал завернётся сам в себя

Вот и я о том же...

хотя микруха-то КОМПЛЕКСНАЯ может в этом фишка?

Что Вы имеете ввиду?

[Lmx2315]

Что Вы имеете ввиду?

..то что идёт обработка полосы сигнала в комплексном виде.
Если спектр комплексный то он может располагаться где угодно, даже на границе перехода зон.
Логика такая если я могу сместить комплексный сигнал на нулевую частоту (где он частью уедет в зону отрицательных частот ) и он не испортится, то я так же могу сместить его на любую кратную частоте найквиста , лишь бы сам сигнал по ширине был меньше чем зона найквиста.
(это моё ИМХО)

[_Anatoliy]

..то что идёт обработка полосы сигнала в комплексном виде.
Если спектр комплексный то он может располагаться где угодно внутри зоны найквиста равной половине от частоты сэмплирования, даже на границе перехода зон.
Логика такая если я могу сместить комплексный сигнал на нулевую частоту (где он частью уедет в зону отрицательных частот ) и он не испортится, то я так же могу сместить его на любую кратную частоте найквиста , лишь бы сам сигнал по ширине был меньше чем зона найквиста.
(это моё ИМХО)

Подождите, но ведь первая зона найквиста для комплексного сигнала -Fs/2 ... +Fs/2. Тогда если на входе будет присутствовать сигнал с частотой +Fs/2 + 1МГЦ(вторая зона) то на частоте -Fs/2 + 1МГц (первая зона) возникнет образ сигнала. И нельзя будет узнать какую на самом деле частоту имеет входной сигнал.

[Lmx2315]

..тогда не знаю.

[quato_a]

Подождите, но ведь первая зона найквиста для комплексного сигнала -Fs/2 ... +Fs/2. Тогда если на входе будет присутствовать сигнал с частотой +Fs/2 + 1МГЦ(вторая зона) то на частоте -Fs/2 + 1МГц (первая зона) возникнет образ сигнала. И нельзя будет узнать какую на самом деле частоту имеет входной сигнал.

Если сигнал комплексный, то он будет находиться только на -Fs/2 + 1МГц. Разве нет?

[_Anatoliy]

Если сигнал комплексный, то он будет находиться только на -Fs/2 + 1МГц. Разве нет?

Дискретный спектр является периодическим независимо от того комплексный сигнал или реальный.

[quato_a]

Дискретный спектр является периодическим независимо от того комплексный сигнал или реальный.

Но ведь если сигнал имеет только вещественную составляющую, то его образ будет и на -Fs/2 + 1МГц, и на +Fs/2 - 1МГц.

[_Anatoliy]

Но ведь если сигнал имеет только вещественную составляющую, то его образ будет и на -Fs/2 + 1МГц, и на +Fs/2 - 1МГц.

Ну да. И на Fs/2+1 и т.д.

[ViKo]

Непонятен выбор частоты среза ФНЧ - примерно Fs, всегда считал что частота среза должна быть Fs/2.

На частоте среза сигнал ослабляется на 3 дБ. Разработчики пожелали предоставить пользователю более плоскую АЧХ в диапазоне до Fs/2.

[_Anatoliy]

На частоте среза сигнал ослабляется на 3 дБ. Разработчики пожелали предоставить пользователю более плоскую АЧХ в диапазоне до Fs/2.

Ценой появления образов???

[ViKo]

Ценой появления образов???

На подавление того, что надо, даны выводы для внешнего фильтра.

[_Anatoliy]

На подавление того, что надо, даны выводы для внешнего фильтра.

Посмотрите картинку в посте №3, там в качестве рабочего примера стоит ФВЧ и что будет в этом конкретном случае?

[Lmx2315]

http://www.cs.tut.fi/kurssit/TLT-5806/IQ.pdf
во что нашёл.
Там сказано (15 лист) что полоса занимаемая аналитическим сигналом находится от 0 до fсемпл, а реального сигнала от 0 до fсемпл/2.

[_Anatoliy]

http://www.cs.tut.fi/kurssit/TLT-5806/IQ.pdf
во что нашёл.
Там сказано (15 лист) что полоса занимаемая аналитическим сигналом находится от 0 до fсемпл, а реального сигнала от 0 до fсемпл/2.

Тут какая-то путаница в определениях. Как же тогда быть с этим?
спектр
Никто не сказал что это не так.
Подождём ответа гуру.

[Tausinov]

Как-то все тут поусложняли. Первая зона Найквиста независимо от вида сигнала - полоса от 0 до Fs/2, последующие идут через Fs/2. В случае вещественного сигнала в первой з. Найквиста мы получим перевернутый спектр из "нулевой", в случае комплексного сигнала спектр в этих областях будет различным. Т.к. спектр дискретного сигнала является периодическим и повторяется через Fs, то нетрудно заметить, что первая зона Найквиста есть не что иное, как сдвинутая на Fs область "отрицательных" частот. На выходе ЦАП эффект периодичности возникает как раз во всей красе, поэтому полученный сигнал требуется пропустить через фильтр, выделив нужную область. И тут уже есть варианты, из какой выделять этот самый сигнал. Обычно, вроде, выбирают из первых 4-х, дальше сигнал может быть загублен характеристикой ЦАП в виде син(х)\х.
Этим же эффектом можно воспользоваться и на АЦП, используя его вместо смесителя.

Сообщение отредактировал Tausinov - Feb 21 2017, 13:38

[_Anatoliy]

Тогда в документе выше на 15 листе ошибка?
Ну, вообще-то нулевой зоны тоже не бывает, а так всё верно. Но речь то не об этом,а о конкретной реализации фильтра в микросхеме перед АЦП. Перечитайте,пожалуйста, внимательно ещё раз вопросы.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Tausinov]

Тогда в документе выше на 15 листе ошибка?
Ну, вообще-то нулевой зоны тоже не бывает, а так всё верно. Но речь то не об этом,а о конкретной реализации фильтра в микросхеме перед АЦП. Перечитайте,пожалуйста, внимательно ещё раз вопросы.

Ну это я касательно путаницы в определениях. "Нулевую" забыл в кавычки взять, поправил.
Касательно документа, там просто продемонстрировано, что сигнал с той же самой полосой в комплексном виде можно хранить с частотой дискретизации в 2 раза меньше.
По поводу фильтра - возможно, это какой-то компенсирующий АЧХ аналоговых цепей на входе фильтр? Но это так, в порядке бреда. Тоже не совсем понимаю такой выбор Fstop.

[_Anatoliy]

Тоже не совсем понимаю такой выбор Fstop.

Ясно,спасибо.
Честно говоря не верится что это какой-то прокол разработчиков, наверняка объяснение должно быть.
И гуру не видно, молчит наука(с).

[Tausinov]

Хотя, есть одна идея. Если мы хотим работать во второй зоне Найквиста, то нам надо фильтр делать от Fs/2 до Fs, а при наличии такого, как на картинке можно от Fs/2 до какой удобно, чтобы простой фильтр получился. А полосовые фильтры, если мне не изменяет память, как раз сложнее, чем ФНЧ для первой зоны.

Сообщение отредактировал Tausinov - Feb 21 2017, 15:50

[andyp]

Ясно,спасибо.
Честно говоря не верится что это какой-то прокол разработчиков, наверняка объяснение должно быть.
И гуру не видно, молчит наука(с).

Я не гуру, но все же. В доке написано скупо:

ADC Input Network
The passive network between the amplifier output and
the ADC input stages provides a 0.1dB ripple, 4th order
Chebyshev lowpass filter response.

Собственно все. Думаю, что назначение этой цепи - согласование выхода усилителя с входом ADC. Даже ripple специфицируют, чтобы успокоить пользователя. Обеспечить нужную полосу на входе ADC в ее задачи не входит, это задача того, кто микросхему использует.

[_Anatoliy]

Хотя, есть одна идея. Если мы хотим работать во второй зоне Найквиста, то нам надо фильтр делать от Fs/2 до Fs, а при наличии такого, как на картинке можно от Fs/2 до какой удобно, чтобы простой фильтр получился. А полосовые фильтры, если мне не изменяет память, как раз сложнее, чем ФНЧ для первой зоны.

Да, думаю это сработает. Но как частный случай.

Обеспечить нужную полосу на входе ADC в ее задачи не входит, это задача того, кто микросхему использует.

Но тогда получается что применение внешнего фильтра с параметрами из указанных примеров вообще лишено всякого смысла.

[andyp]

Но тогда получается что применение внешнего фильтра с параметрами из указанных примеров вообще лишено всякого смысла.

Если только Ваше приложение не измеряет некие гармоники и Вам все равно, что они завернулись в первую зону из второй при оцифровке. Вот и в списке приложений микросхемы перечислено Digital Predistortion Receivers...

[_Anatoliy]

Если только Ваше приложение не измеряет некие гармоники и Вам все равно, что они завернулись в первую зону из второй при оцифровке. Вот и в списке приложений микросхемы перечислено Digital Predistortion Receivers...

Спасибо! Приятно осознать что в теории ничего фундаментального не изменилось, а то мне тут шеф начал теоретически обосновывать такое решение, взялась под сомнение даже теорема Найквиста

Я не гуру, но все же.

Кстати, это спорный вопрос.

[KalashKS]

Есть такой вариант. Если сигнал весь лежит в полосе 0...Fs, то после дискретизации верхняя половина спектра уйдет в область отрицательных частот. Но раз уж спектр циклический, то оцифрованный сигнал можно умножить на последовательность +-1 и открутить его на нулевую частоту.

[_Anatoliy]

Есть такой вариант. Если сигнал весь лежит в полосе 0...Fs, то после дискретизации верхняя половина спектра уйдет в область отрицательных частот. Но раз уж спектр циклический, то оцифрованный сигнал можно умножить на последовательность +-1 и открутить его на нулевую частоту.

А гетеродин настраивать так чтобы центр сигнала попадал на частоту найквиста?
Хм, очень красивое решение. Спасибо!
Очень похоже что у них была проблема с постоянной составляющей, введение разделительных конденсаторов и применение после оцифровки сноса в ноль эффективно решило эту проблему.

[KalashKS]

У квадратурников опорный сигнал пролезает на вход, замешивается сам с собой и дает ощутимый постоянный уровень на выходе. Видимо, с этим борются.

[_Anatoliy]

У квадратурников опорный сигнал пролезает на вход, замешивается сам с собой и дает ощутимый постоянный уровень на выходе. Видимо, с этим борются.

Очень на то похоже. Теперь по теме вопросов не осталось.
p.s. Я говорил что гуру скажут своё слово...

[Tausinov]

Есть такой вариант. Если сигнал весь лежит в полосе 0...Fs, то после дискретизации верхняя половина спектра уйдет в область отрицательных частот.

На входе вещественный сигнал от 0 до Fs. Соответственно при дискретизации будем иметь следующую картину:
Область от Fs/2 до Fs благополучно перенесется на [-Fs/2; 0], ее зеркальная компонента на [0; Fs/2], и получим наложение верхней половинки на нижнюю. После чего уже никакой цифровой смеситель ничего не даст. Разве не так?

Сообщение отредактировал Tausinov - Feb 22 2017, 13:14

[ViKo]

Разве не так?

Не так.
Fs/2...Fs перенесется на Fs/2...0, Fs...3Fs/2, и т.д. И в минусе то же самое. В-общем, наложится на те же области с участками 0...Fs/2. Остальное правильно.

[Tausinov]

Не так.
Fs/2...Fs перенесется на Fs/2...0, Fs...3Fs/2, и т.д. И в минусе то же самое. В-общем, наложится на те же области с участками 0...Fs/2. Остальное правильно.

Перенос же идет через k*Fs.
Соответственно в Fs/2...0 могут попасть только -Fs ... Fs/2 или Fs ... 3Fs/2. По той же схеме получаем частоты для отрицательной области.
Т.е. мало того, что в -Fs/2 ... Fs мы получим наложение верхней половинки, так ее спектр еще и проинвертирован будет.

[KalashKS]

Посмотрите на это проще, не рубите спектр на половины. Есть комплексный сигнал 0..Fs, частот ниже нуля нет. После дискретизации спектр зациклится. В цифре с этим зацикленным спектром можно делать все, что угодно.

[Tausinov]

Посмотрите на это проще, не рубите спектр на половины. Есть комплексный сигнал 0..Fs, частот ниже нуля нет. После дискретизации спектр зациклится. В цифре с этим зацикленным спектром можно делать все, что угодно.

Комплексных сигналов в реальном мире не бывает. I и Q передаваемые в эфире квадратурные компоненты - вещественны. И только их совместная обработка позволяет получить комплексный сигнал с несимметричным спектром.

[KalashKS]

Да, квадратуры вещественны. Плюс передаются одновременно в одной полосе. Квадратурный демодулятор и обеспечивает их разделение с некоторой погрешностью и возможность дальнейшей совместной обработки. Вообще квадратуры и после АЦП обе являются вещественными сигналами. Комплексным сигнал является только в голове разработчика.
Это я к чему. Железо в виде квадратурника, АЦП и схемы ЦОС полностью соответствует математике обработки комплексного сигнала, не надо усложнять ситуацию и разбивать его на два вещественных.

[Tausinov]

Да, квадратуры вещественны. Плюс передаются одновременно в одной полосе. Квадратурный демодулятор и обеспечивает их разделение с некоторой погрешностью и возможность дальнейшей совместной обработки. Вообще квадратуры и после АЦП обе являются вещественными сигналами. Комплексным сигнал является только в голове разработчика.

С этим всем я безусловно согласен.
Я согласен и с тем, что квадратурная обработка позволяет на двух АЦП обработать полосу шириной Fs. Но для этого середина такой полосы должна быть смещена в ноль, а зеркалка вырезана фильтром. Как мы получим тоже самое с несмещенным сигналом с точностью до зацикливания "половинок" для меня все равно пока загадка, хотя сомнения уже зародились.

[_Anatoliy]

хотя сомнения уже зародились.

Вот-вот, развивайте Ваши сомнения, это всегда полезно.

[Tausinov]

Все, размышления на тему привели меня к понимаю, что все так и получится. Наложения в вещественных сигналах само собой никуда не денутся, но "компенсируются" при рассмотрении сигнала в качестве комплексного. Единственный вопрос, который остался - а не приведут ли такие наложения к перегрузке АЦП?

[_Anatoliy]

Наложения в вещественных сигналах само собой никуда не денутся, но "компенсируются" при рассмотрении сигнала в качестве комплексного.

Да, Вы время зря не теряли. Действительно происходит взаимная компенсация образов.

Единственный вопрос, который остался - а не приведут ли такие наложения к перегрузке АЦП?

Вы видимо неверно выразились. Чтобы не было перегрузки на входе АЦП достаточно поставить нужный аттенюатор.
Имхо, наличие образов может привести к небольшому увеличению пик-фактора входного сигнала АЦП и это нужно учитывать.

[Tausinov]

Вы видимо неверно выразились. Чтобы не было перегрузки на входе АЦП достаточно поставить нужный аттенюатор.
Имхо, наличие образов может привести к небольшому увеличению пик-фактора входного сигнала АЦП и это нужно учитывать.

Ну да, это, если продолжать рассуждения, имелось в виду относительно такого же сигнала без наложения и уровня соответствующего ему. Я бы скорее это не пик-фактор назвал, а отношение сигнал\шум, где в качестве шумов фигурируют внутренние шумы АЦП и аналоговой обвязки.

[_Anatoliy]

Таки похоже я поторопился с выводом. Ведь сам сигнал и его образ передаются одними и теми же отсчётами. Похоже всё будет нормально, пусть гуру нас рассудят.
Как мне видится : сигнал и его образы на самом деле это один и тот же сигнал, просто таково свойство дискретного времени.

[Lmx2315]

..уже бы кто-нибудь в симулинке модельку бы накидал.

[KalashKS]

Таки похоже я поторопился с выводом. Ведь сам сигнал и его образ передаются одними и теми же отсчётами. Похоже всё будет нормально, пусть гуру нас рассудят.
Как мне видится : сигнал и его образы на самом деле это один и тот же сигнал, просто таково свойство дискретного времени.

Так и есть. От сдвига по частоте амплитуда сигнала не меняется. Если не было перегрузок при оцифровке в первой зоне то от сдвига по частоте они не появятся.

[_Anatoliy]

Так и есть. От сдвига по частоте амплитуда сигнала не меняется. Если не было перегрузок при оцифровке в первой зоне то от сдвига по частоте они не появятся.

Спасибо!

..уже бы кто-нибудь в симулинке модельку бы накидал.

Никакая "моделька" не поможет если в голове не будет ясной картины происходящего.

[Lmx2315]

Никакая "моделька" не поможет если в голове не будет ясной картины происходящего.

..нe знаю, а мне помогает.

[_Anatoliy]

Есть такой вариант. Если сигнал весь лежит в полосе 0...Fs, то после дискретизации верхняя половина спектра уйдет в область отрицательных частот. Но раз уж спектр циклический, то оцифрованный сигнал можно умножить на последовательность +-1 и открутить его на нулевую частоту.

Кстати, по Вашему варианту,имхо, не всё гладко. Умножение на последовательность +-1 означает что снос в ноль будет выполнен с помощью реального гетеродина (а не комплексного,как обычно). В этом случае исходный сигнал будет необратимо искажён. Как Вы думаете?

[KalashKS]

Кстати, по Вашему варианту,имхо, не всё гладко. Умножение на последовательность +-1 означает что снос в ноль будет выполнен с помощью реального гетеродина (а не комплексного,как обычно). В этом случае исходный сигнал будет необратимо искажён. Как Вы думаете?

Если очень хочется комплексный, то можно умножать на 1+1i,-1-1i и т.д. . А так лишь бы фаза гетеродина крутилась на пи от отсчета к отсчету, +-1 - частный случай.

Сообщение отредактировал KalashKS - Mar 1 2017, 09:28

[_Anatoliy]

Если очень хочется комплексный, то можно умножать на 1+1i,-1-1i и т.д. . А так лишь бы фаза гетеродина крутилась на пи от отсчета к отсчету, +-1 - частный случай.

Ясно,спасибо! Это я упустил

[_Anatoliy]

Дабы не плодить темы решил продолжить здесь. Вопрос всё по тому же DDC, только уже не в LTM9013 а полностью реализованном в FPGA. Схема классическая : АЦП-комплексный конвертер-ФНЧ. Всё работает замечательно за исключением одной непонятки. Во входном диапазоне частот есть одна "поражённая" область,при наличии сигнала в этой области наблюдается отклик на выходе фильтров. Исходные данные :
Fs = 1100МГц - тактовая частота
Fget = 100МГц - частота NCO
При таких параметрах отклик на нулевой частоте видно при входной частоте 333МГц, он задавлен относительно входного сигнала децибел на 50 но всё же есть. Эмпирически нашёл формулу для вычисления поражённой частоты : Fpor = (Fs - Fget)/3. Никак не соображу что это за эффект, т.е. откуда ноги растут. Коллеги,может будут какие-то мысли? Да, спуры NCO при этой частоте на уровне -100dBc.

[Swup]

Может третья гармоника от генератора?
~1000 МГц при децимации попадает в 100 МГц, а потом в 0 переноситься на детекторе.

[_Anatoliy]

Может третья гармоника от генератора?
~1000 МГц при децимации попадает в 100 МГц, а потом в 0 переноситься на детекторе.

Да, такая ситуация вполне может быть, это Вы верно заметили,спасибо! Пойду городить входной фильтр для проверки.

[KalashKS]

В принципе так себя проявить могут шумы квантования. Чтобы точно говорить данных мало, неплохо бы знать, сколько разрядов размах сигнала.

[_Anatoliy]

В принципе так себя проявить могут шумы квантования. Чтобы точно говорить данных мало, неплохо бы знать, сколько разрядов размах сигнала.

Для контроля я сделал следующую цепочку после выхода ФНЧ : вычисление модуля-логарифм-цап-осциллограф. Гуляя частотой сигнала в окрестности поражённой частоты видно явно выраженный пик на частоте 333МГц. При отходе вниз или вверх по частоте(примерно +-5МГц) отлик прячется в шумах. ФНЧ при такой отстройке от нуля имеет спад всего 1дБ. Вот это меня и поставило в ступор.

Сорри! Писал по памяти - ошибся : не +-5МГц, а +-1,5МГц. При этом отклик затухает на 10дБ. Такой селективности вроде и взяться неоткуда

[KalashKS]

А что за ФНЧ стоит?

[_Anatoliy]

А что за ФНЧ стоит?

MAF, 20 секций по 4 тапа .
Одно могу сказать что очень похоже на 3-ю гармонику сигнала. Фильтр будет только завтра, проверим. Но как объяснить такую избирательность...

Эскизы прикрепленных изображений

 

[KalashKS]

Посмотрим на результат. Пока мыслей нет. Для 3-й гармоники уровень -50 дБ, мне кажется, великоват. На квантование с таким фильтром тоже не похоже.
Интересно было бы посмотреть на сам сигнал после АЦП. Плисина позвоялет небольшие реализации сравнительно быстро вытащить.