Скоростная коммутация малых сигналов, Как избавиться от коммутационных помех? Опции

[Mirabella]

Уважаемые коллеги!
Встретились с неожиданной неприятностью:

Необходимо обеспечить быструю (за единицы-десятки наносекунд) коммутацию (переключение) малых сигналов переменного тока. Уровень сигнала: единицы-десятки микровольт на нагрузке 50 Ом.
Частота сигнала - меняется, но не выше сотни Мгц.
Собственно коммутатор (переключатель на SW-239) работает, как и ему положено: коммутирует с требуемым быстродействием, при этом обеспечивается необходимая изоляция между каналами.
Но в момент коммутации (замыкании и размыкании), даже без подачи сигнала на выходе коммутатора наблюдается помеховый сигнал уровня, значительно превышающего полезный сигнал.
Этот сигнал далее усиливается, преобразуется по частоте и т.п. и т.д.

Ранее нам не приходилось так быстро коммутировать столь малые сигналы и с подобными явлениями мы не сталкивались.

Интуиция подсказывает, что это явление имеет принципиальный характер и простыми средствами от него не избавиться.

Может кто встречался (и боролся) с подобным эффектом?
Подскажите, пожалуйста.

[Kaligooola]

бороться, ИМХО, можно стробированием, не забирать во время переключения сигнал на обработку, хочешь не хочешь, а прийдется.

[Omen_13]

Столкнулся с подобным когда впервые применил КР590КН13.
От инжекции заряда при переключении не избавиться, пришлось усложнить алгоритм обработки для устранения ошибки

[Владимир]

Уважаемые коллеги!
Встретились с неожиданной неприятностью:

Необходимо обеспечить быструю (за единицы-десятки наносекунд) коммутацию (переключение) малых сигналов переменного тока. Уровень сигнала: единицы-десятки микровольт на нагрузке 50 Ом.
Частота сигнала - меняется, но не выше сотни Мгц.
Собственно коммутатор (переключатель на SW-239) работает, как и ему положено: коммутирует с требуемым быстродействием, при этом обеспечивается необходимая изоляция между каналами.
Но в момент коммутации (замыкании и размыкании), даже без подачи сигнала на выходе коммутатора наблюдается помеховый сигнал уровня, значительно превышающего полезный сигнал.
Этот сигнал далее усиливается, преобразуется по частоте и т.п. и т.д.

Ранее нам не приходилось так быстро коммутировать столь малые сигналы и с подобными явлениями мы не сталкивались.

Интуиция подсказывает, что это явление имеет принципиальный характер и простыми средствами от него не избавиться.

Может кто встречался (и боролся) с подобным эффектом?
Подскажите, пожалуйста.

десятки микросекунд, 400 Ом, 1-2 Мгц( коммутация малых миливольты) в присутсвии больших в соседнем временном отрезке (сотня-две вольт) - просто песня, но побороли. Но у Вас еще круче

[Okorok]

Уважаемые коллеги!
Встретились с неожиданной неприятностью:

Необходимо обеспечить быструю (за единицы-десятки наносекунд) коммутацию (переключение) малых сигналов переменного тока. Уровень сигнала: единицы-десятки микровольт на нагрузке 50 Ом.
Частота сигнала - меняется, но не выше сотни Мгц.
Собственно коммутатор (переключатель на SW-239) работает, как и ему положено: коммутирует с требуемым быстродействием, при этом обеспечивается необходимая изоляция между каналами.
Но в момент коммутации (замыкании и размыкании), даже без подачи сигнала на выходе коммутатора наблюдается помеховый сигнал уровня, значительно превышающего полезный сигнал.
Этот сигнал далее усиливается, преобразуется по частоте и т.п. и т.д.

Ранее нам не приходилось так быстро коммутировать столь малые сигналы и с подобными явлениями мы не сталкивались.

Интуиция подсказывает, что это явление имеет принципиальный характер и простыми средствами от него не избавиться.

Может кто встречался (и боролся) с подобным эффектом?
Подскажите, пожалуйста.

Если есть возможность, жутко слабые сигналы лучше сначала усилить (каждый по отдельности), и лишь потом коммутировать.

[Designer56]

.....Интуиция подсказывает, что это явление имеет принципиальный характер и простыми средствами от него не избавиться.

Может кто встречался (и боролся) с подобным эффектом?
Подскажите, пожалуйста.

Можно попробовать схему на согласованной паре транзисторов- так делают при коммутации сигналов видеодиапазона. Инжекцию заряда на таком уровне, боюсь, убрать не удасться.

[muravei]

Может кто встречался (и боролся) с подобным эффектом?
Подскажите, пожалуйста.

Сделать второй канал с инвертированым сигналом , а потом сложить ОУ .

[DS]

Решение "внутри" коммутатора - всякие компенсации инжекции и т.п. будет заведомо капризным и трудоемким. Надо искать обходные пути типа усиления сигнала до коммутатора, отключения на некоторое время схем после коммутатора и прочее.

[Stanislav]

Вдобавок к написанному, можно ещё предложить уменьшить энергию коммутационной помехи путём её поглощения в нелинейном элементе. Для полезного сигнала такой поглотитель должен иметь высокий импеданс, а отпираться только в момент прихода импульса.
Такой подход не устранит помеху полностью, но значительно уменьшит время переходного процесса, а также ослабит её влияние на тракт приёма (при должном уровне исполнения, конечно).
Кстати, каковы параметры импульса помехи?

ЗЫ. Отключение тракта, скорее всего, не годится - налетим на те же грабли. Возможно, его запирание будет несколько лучшим решением. Можно попробовать реализовать на p-i-n диоде/ах.
ЗЗЫ. Есть ещё такой способ борьбы с коммутационной помехой - подача контрпомехи из цепи управления коммутатора в сигнальную.

[Mirabella]

Вдобавок к написанному, можно ещё предложить попробовать уменьшить энергию коммутационной помехи путём её поглощения на нелинейном элементе. Для полезного сигнала такой поглотитель должен иметь высокий импеданс, а отпираться только в момент прихода импульса.

Такой подход не устранит помеху полностью, но значительно уменьшит время переходного процесса, а также ослабит её влияние на тракт приёма (при должном уровне исполнения, конечно).

Нельзя ли какую-либо ссылку по поводу поглощения на нелинейном элементе?

Кстати, каковы параметры коммутационного импульса?

Как и положено для SW-239 - пара противофазных импульсов отрицательной полярности амплитудой не выше 5 в, формируется ПЛИС с примочкой. Длительность : от нсек до десятков нсек.

[Stanislav]

Нельзя ли какую-либо ссылку по поводу поглощения на нелинейном элементе?

В данный момент, это всего лишь рассуждение. Однако, сдаётся, элемент с необходимыми характеристиками можно попробовать сделать на "россыпи".

...Как и положено для SW-239 - пара противофазных импульсов отрицательной полярности амплитудой не выше 5 в, формируется ПЛИС с примочкой. Длительность : от нсек до десятков нсек.

Я имел в виду параметры именно импульса помехи в тракте. Кстати, какие его параметры после подавления можно считать удовлетворительными?

ЗЫ. Ещё вариант: использовать на входе тракта быстродействующий clamping по входу ОУ. Можно посмотреть у Analog Devices. Пороги отключения тракта у подобных ОУ задаются внешними напряжениями. Как у них с внутренними коммутационными помехами - не исследовал, врать не буду.

[nicom]

поддерживаю muravei...иногда (если есть возможность) помогает сделать тракт дифференциальным вместо однополюсного...
но все равно, судя по уровням управления (единицы вольт) у SW239 и уровню сигнала - микровольты - проблемы Вам обеспечены, хотя бы по по наводкам от дорожек ( проводов)... а что нибудь взять типа старой AD8182, думаю, что что то "поновей" присутствует...

[SasaTheProgramme...]

Уважаемые коллеги!
Встретились с неожиданной неприятностью:

Необходимо обеспечить быструю (за единицы-десятки наносекунд) коммутацию (переключение) малых сигналов переменного тока. Уровень сигнала: единицы-десятки микровольт на нагрузке 50 Ом.
Частота сигнала - меняется, но не выше сотни Мгц.
Собственно коммутатор (переключатель на SW-239) работает, как и ему положено: коммутирует с требуемым быстродействием, при этом обеспечивается необходимая изоляция между каналами.
Но в момент коммутации (замыкании и размыкании), даже без подачи сигнала на выходе коммутатора наблюдается помеховый сигнал уровня, значительно превышающего полезный сигнал.
Этот сигнал далее усиливается, преобразуется по частоте и т.п. и т.д.

Ранее нам не приходилось так быстро коммутировать столь малые сигналы и с подобными явлениями мы не сталкивались.

Интуиция подсказывает, что это явление имеет принципиальный характер и простыми средствами от него не избавиться.

Может кто встречался (и боролся) с подобным эффектом?
Подскажите, пожалуйста.

Тут уже высказали немало советов, рискну добавить ещё один. Если коммктатор допускает и есть хоть небольшрй запас по быстродействию, то можно попробовать снизить крутизну фронтов сигнала управления. И/или хорошо "обездобротить" эти цепи.

[Alex643]

можно попробовать снизить крутизну фронтов сигнала управления. И/или хорошо "обездобротить" эти цепи.

Согласен с предложением, надо подавать сигналы управления с фронтами согласованными по длительности с временем переключения, иначе переключатель будет отзываться звоном. Как всё равно переходную характеристику снимаете.
Нам удавалось таким способом значительно снизить помехи от переключения. Например при увеличении длительности фронтов сигналов управления с 0,5 нс до 1,5 нс для ключа Hittite HMC427 (время переключения 2 нс) помеха в канале переключения уменьшалась на 6 дБ.

[EvgenyNik]

Исключать момент коммутации из последующей обработки - наиболее логичное решение.
Если оно не применимо, то можно попытаться:
1) если дальше цифра, то вычитать "типовую помеху переключения".
2) можно рядом поставить ещё один коммутатор, входы которого посадить на ноль и переключать по тому же алгоритму, что и имеющийся. Помеха коммутации в идеале(!) будет совпадать и её можно будет вычесть на ОУ.

[asdf]

В похожей ситуации я отказался от ключей и использую AD8351 в качестве аналогового мультиплексора. Правда меня устраивает период переключения несколько десятков нсек.

[Зина]

Интуиция подсказывает, что это явление имеет принципиальный характер и простыми средствами от него не избавиться.

Может кто встречался (и боролся) с подобным эффектом?
Подскажите, пожалуйста.

Вообще-то это обычная проблема. Посмотрите на ключевые смесители, там проблема называется подавление сигнала гетеродина. И много готовых решений. Практически все меры, перечисленные здесь в них используется, особенно балансные (в т.ч.трвнсформаторные) структуры.
Нужна высочайшая симметрия схемы и управляющих сигналов, включая равенство крутизны. Только ключи другие нужны.
Подавить на 60дБ в полосе 1-50 МГц - очень трудно, но реально. Выше - нет опыта.

[muravei]

Выход на коммутатор должен быть изовсехсил генератором напряжения.

[Mirabella]

Вообще-то это обычная проблема. Посмотрите на ключевые смесители, там проблема называется подавление сигнала гетеродина. И много готовых решений. Практически все меры, перечисленные здесь в них используется, особенно балансные (в т.ч.трвнсформаторные) структуры.
Нужна высочайшая симметрия схемы и управляющих сигналов, включая равенство крутизны. Только ключи другие нужны.
Подавить на 60дБ в полосе 1-50 МГц - очень трудно, но реально. Выше - нет опыта.

Уважаемая Зина!

Как мне показалось, Вы немножко не правильно понимаете задачу.
Смесители (и не только ключевые) здесь не при чем.
Подавление сигнала гетеродина (и не только, точно так-же иногда надо давить и преобразуемый сигнал и преобразованный на других полюсах смесителя) это отдельная задача, но как мне кажется, более простая. По крайней мере для её решения есть методы частотной фильтрации и различные фазовые способы.
Здесь-же необходимо максимально снизить абсолютный уровень коммутационной помехи, т.к. последующий тракт не отличает её от полезного сигнала и преобразует-усиливает.
Если сигнал гетеродина -это периодический сигнал с известными характеристиками, то коммутационная помеха -в общем случае сигнал неизвестной (на фоне полезного сигнала) формы и амплитуды, существенно превышающей полезный сигнал.

Поэтому интересуюсь у уважаемых коллег, может быть есть схемы построения коммутаторов, минимизирующие эти помехи.

Выход на коммутатор должен быть изовсехсил генератором напряжения.

Это как?

В похожей ситуации я отказался от ключей и использую AD8351 в качестве аналогового мультиплексора. Правда меня устраивает период переключения несколько десятков нсек.

Большое спасибо, уважаемый asdf, это весьма интересное предложение.

[Omen_13]

Выход на коммутатор должен быть изовсехсил генератором напряжения

Это как?

Источник сигнала должен имень выходное сопротивление стремящееся к нулю

[Stanislav]

..Похоже, ДиЭС и Калигула дело говорят..

Глубокая мысль... Может, стоит конкретизировать?

2 Mirabella
Обратите внмание на кламперы AD8036 и AD8037. По-моему, то, что Вам нужно. Точность установки напряжений ограничения составляет всего 3 мВ. На отключаемом усилителе такой уровень "пролезания" помехи вряд ли удастся обеспечить.
Для того, чтобы сократить время выхода из состояния ограничения до единиц наносекунд, перед клампером целесообразно включить пресловутый поглощающий элемент, выполненный, например, на двух диодах:

Здесь R1 - сопротивление нагрузки тракта, +Uсм и -Uсм - напряжения смещения, подаваемые на диоды (могут быть равны 0). Диоды нужно выбирать с малой барьерной ёмкостью и, по возможности, с резко нарастающей прямой ветвью ВАХ.
ЗЫ. А параметры помехи Вы так и не привели...

Выход на коммутатор должен быть изовсехсил генератором напряжения.

Источник сигнала должен имень выходное сопротивление стремящееся к нулю

Это в согласованном-то тракте?

[Okorok]

Большое спасибо, уважаемый asdf, это весьма интересное предложение.

Если есть возможность поставить мультиплексор вместо ключа, то есть еще варианты:
AD8180
MAX4158

[Stanislav]

Вот ещё ключи хорошие. Если верить даташыту, уровень помехи составит порядка милливольта при длительности порядка 10 наносекунд.

[anton]

У автора сигнал десятки микровольт, не поможет.

Вариант только усилением.
Даже диф вариант может не обеспечить поскольку требуется подавление децибел на 30, а идентичность ключей скорее всего хуже.

[Зина]

Уважаемая Зина!

Как мне показалось, Вы немножко не правильно понимаете задачу.
Смесители (и не только ключевые) здесь не при чем.
Подавление сигнала гетеродина (и не только, точно так-же иногда надо давить и преобразуемый сигнал и преобразованный на других полюсах смесителя) это отдельная задача, но как мне кажется, более простая. По крайней мере для её решения есть методы частотной фильтрации и различные фазовые способы.
Здесь-же необходимо максимально снизить абсолютный уровень коммутационной помехи, т.к. последующий тракт не отличает её от полезного сигнала и преобразует-усиливает.
Если сигнал гетеродина -это периодический сигнал с известными характеристиками, то коммутационная помеха -в общем случае сигнал неизвестной (на фоне полезного сигнала) формы и амплитуды, существенно превышающей полезный сигнал.

Уважаемая Мирабелла, я предлагаю использовать не смеситель, а балансные решения, используемые в смесителях. А подавление сигнала гетеродина приведено в качестве примера работающего принципа.
Частотная селекция абсолютно ни при чем. Обычный ключевой балансный смеситель коммутирует слабый входной сигнал, меняя его фазу. При этом сигнал управления (гетеродина) очень существенно подавляется самим смесителем.

[Kaligooola]

Если все таки решитесь усиливать сигнал перед коммутацией, то по поводу нелинейного усиления, можно взять логарифмический усилитель, с низким с низким уровнем вносимых шумов. У Analog Devices есть такие. Плюсы малые сигналы усиливаются сильнее, чем большие, сжимается требованния к динамичскому диапазону АЦП, меньше "вреда" от шумов коммутации.
К тому же есть варианты с изменяемым коеффициентом нелинейности. Диф. выходом и прочее. Места немного занимают.

[Mirabella]

Спасибо всем уважаемым коллегам за участие и полезные советы.
Однако мы признали свое принципиальное поражение в борьбе с указанным явлением: уж слишком высока начальная амплитуду помехи: около 300 мВ. И даже её уменьшение до 1 мВ не решает задачи.
Решение найдено простое: использование паралельно нескольких приёмных каналов, без какой-либо коммутации вообще.