оцифровка ВЧ сигнала, системный вопрос по теме Опции

[vikrus]

Задача оцифровать сигнал с рабочей частотой 430 МГц.
Сигнал приходит от усилителя, амплитуда до единиц вольта.
Желательная разрядность 16-24 бита, да и минимальный уровень вносимых искажений.
Вопрос, как правильно этол делается?
В лоб ставить скоростные АЦП + маштабирующие усилители ?
а потом что делать с таким потоком данных?
а частоту дискретизации выбрать какую, в 2 раза выше или еще больше?
Или если есть возможность понижаться до огибающей ?

[blackfin]

См.: Undersampling

[BIK14]

Задача оцифровать сигнал с рабочей частотой 430 МГц.
Сигнал приходит от усилителя, амплитуда до единиц вольта.
Желательная разрядность 16-24 бита, да и минимальный уровень вносимых искажений.
Вопрос, как правильно этол делается?
В лоб ставить скоростные АЦП + маштабирующие усилители ?
а потом что делать с таким потоком данных?
а частоту дискретизации выбрать какую, в 2 раза выше или еще больше?
Или если есть возможность понижаться до огибающей ?

Что все таки за сигнал, какая модуляция?
И собственно для чего?
Обычно ставят смеситель, DDS, полосовой фильтр, квадратурный демодулятор, а потом АЦП.

[RobFPGA]

Приветствую!

Кроме средней частоты необходимо знать и полосу рабочего сигнала. Частота оцифровки должна быть в 2 раза больше полосы сигналов на входе. Если полоса большая (>1MHz) то более 16 бит АЦП не найдете.

"..И собственно для чего?
..Обычно ставят смеситель, DDS, полосовой фильтр, квадратурный демодулятор, а потом АЦП. .."

не всегда - можно и наоборот - АЦП а затем DDS+смеситель, полосовой фильтр ..."

усиливаете сигнал до необходимого уровня а затем через фильтр на АЦП

На вопрос "а потом что делать с таким потоком данных?" - либо - в FPGA делать все что захочиш, либо использовать специальные чипы DDC. в которых апаратно реализовано DDS, смеситель, полосовой фильтр, дециматор, а затем уже в DSP декодировать.

Успехов! Rob.

[lks]

Задача оцифровать сигнал с рабочей частотой 430 МГц.
Сигнал приходит от усилителя, амплитуда до единиц вольта.
Желательная разрядность 16-24 бита, да и минимальный уровень вносимых искажений.
Вопрос, как правильно этол делается?
В лоб ставить скоростные АЦП + маштабирующие усилители ?
а потом что делать с таким потоком данных?
а частоту дискретизации выбрать какую, в 2 раза выше или еще больше?
Или если есть возможность понижаться до огибающей ?

В лоб не получится.
Если вы будете использовать два отсчета дискретизации на период, вряд ли вам понадобится точность выше 6-7 бита по амплитуде.
Даже если вы после смесителя вытащите сигнал с полосой менее 1 МГц - это ровным счетом ничего не значит. Чтобы отрисовать огибающую нужно не менее 20-40 отсчетов на период - и это уже после обработки сигнала. Вначале нужно убрать помехи и шумы.
Если у вас уровень сигнала 1 В, а уровень шумов 20 мВ, то это отношение - 1/50.
Можете гарантированно забыть про 16 разрядов.
Ну 7, ну 8...

Сообщение отредактировал lks - Sep 17 2008, 06:08

[WEST128]

Согласно теореме Найквиста, для восстановления сигнала достаточно 2 отсчетов на период. Однако большее количество отсчетов улучшает восстановление зашумленного сигнала. Вот только я не вижу смысла оцифровывать сигнал на столь высокой частоте хотя бы по чисто экономической причине - даже если сделать подобное устройство, то его цена без учета разработки будет измеряться в килобаксах. Узкополосный сигнал следует скидывать вниз по частоте.

[lks]

Согласно теореме Найквиста, для восстановления сигнала достаточно 2 отсчетов на период.

Я не очень силен в английском, сорри.
Но краем уха слышал, что та теорема провозглашает, что для однозначного восстановления информации необходимо, чтобы частота дискретизации должна быть как минимум в 2 раза выше, максимальной частоты полосы спектра сигнала.
Видимо речь шла о дискретных сигналах на фоне шумов.
С моей точки зрения - это умозрительное заключение, в общих чертах отражающее реальное положение вещей.
Теперь отнесите это к предельной на сегодняшний день дискретизации сигнала в 16 разрядов - имеющего сколь нибудь малую модуляцию сигнала - а хоть в десяток герц.
Ну кое-кто, для постоянного сигнала, в лабораторных условиях, умудряется получить разрешение 22 разряда - но это немодулированный сигнал, с фантастически малым уровнем шумов - соизмеримым с тепловым шумом полупроводников.

Нет, ну если сигнал с 430 МГц стащить вниз, отфильтровать и подавить все помехи в полосе до 1 МГц - то конечно можно все это пустить на АЦП 16 разрядов. Но вопрос в том каково реальное отношение сигнал/шум.
Опять же, повторяю, если соотношение 1/50, то вряд ли можно улучшить его качество, если он (сигнал) заранее не известен и не передается с избыточностью кода.
Получится, опять же, - ну 7, ну 8....

[Stanislav]

Что все таки за сигнал, какая модуляция?
И собственно для чего?
Обычно ставят смеситель, DDS, полосовой фильтр, квадратурный демодулятор, а потом АЦП.

Присоединяюсь к вопросу.
Вероятно, и к ответу.

не всегда - можно и наоборот - АЦП а затем DDS+смеситель, полосовой фильтр ...

Вряд ли пройдёт в данном случае.
Життер замучает. Шумы полезут.

Кроме средней частоты необходимо знать и полосу рабочего сигнала. Частота оцифровки должна быть в 2 раза больше полосы сигналов на входе. Если полоса большая (>1MHz) то более 16 бит АЦП не найдете.

Вообще-то есть АЦП на более 16 (до 24) бит для таких сигналов. У AD, например.

[lks]

Вообще-то есть АЦП на более 16 (до 24) бит для таких сигналов. У AD, например.

Марочку АЦП не вспомните?

[blackfin]

Марочку АЦП не вспомните?

AD7641: 18-Bit, 2 MSPS SAR ADC

[alexkok]

Марочку АЦП не вспомните?

AD7760 2.5 MSPS, 24-Bit, 100 dB Sigma-Delta ADC with On-Chip Buffer

Сообщение отредактировал alexkok - Sep 18 2008, 06:30

[khach]

Полоса сигнала какая? Если достаточно узкая, то можно свободно цифровать в овер-Найквист режиме, используя входные цепи АЦП в качестве смесителя. Ну и конечно перед АЦП нужен полосовой фильтр, чтобы в спектре небыло компонент ни с более высокой, ни с более низкой частотой.
АЦП удобно применять от linear LTC 2207 и подобные http://www.linear.com/ad/highspeedADC.jsp - они немного менее привередливы к разводке платы, чем продукция АД и ТИ с подобными параметрами.
В принципе, если полоса узкая (менее мегагерца) то можно цифровать используя 18 битные АЦП от АД типа AD7641 с внешней схемой выборки-хранения, стробируемой синхронной с частотой выборки, но со сдвигом фазы. Используя в качестве УВХ HMC660 получались неплохие приемники гигагерцового диапазона. Конечно динамики в 18 бит там нет, но бит 15-16 вытянуть можно.

[lks]

AD7760 2.5 MSPS, 24-Bit, 100 dB Sigma-Delta ADC with On-Chip Buffer

Почему на графике поазана область в 1 МГц?

Figure 57. Default Filter Frequency Response (2.5 MHz ODR)

24 разряда небывает - младшие разряды называются "пляшущими".
Но 16 разрядов до 1 МГц вполне реально смотрится.

[alexkok]

Почему на графике поазана область в 1 МГц?

Частота Найквиста (1,25МГц) минус спад фильтра.
А сколько по Вашему должно быть?

24 разряда небывает - младшие разряды называются "пляшущими".
Но 16 разрядов до 1 МГц вполне реально смотрится.

А никто и не утверждает что там 24 "значащих" разряда, реально только 17 в полной полосе, но если интересует узкая область, то можно получить больше.

[lks]

А сколько по Вашему должно быть?

AD верю - они, как правило, не врут по мелочам.
Если написано полоса 1 МГц - значит так и есть.

На постоянном сигнале оно конечно покажет 16 разрядов - ибо это несложно.
А чем тестировать ВЧ измерения?
Синтезаторы частоты с точностью синусоиды в 16 разрядов разве существуют?

[blackfin]

Синтезаторы частоты с точностью синусоиды в 16 разрядов разве существуют?

А как же:

В статье предлагается метод измерения очень слабых THD-компонент сигнала (до -130 dBc)
в широком диапазоне частот (1-100МГц), а также описана рабочая установка и её параметры.
Система состоит из пассивного полосно-пропускающего фильтра (band pass filter - BPF)
и пассивного полосно-заграждающего фильтра (band elimination filter - BEF).
Пассивный BPF используется для получения чистого гармонического сигнала,
который подается на вход измеряемого прибора (device under test - DUT).
Пассивный BEF используется для удаления основного гармонического сигнала на выходе DUT с тем,
чтобы последующий спектро-анализатор мог измерить спектр гармоник с большой точностью.
Для достижения большой линейности и низкого уровня шумов оба фильтра выполнены на основе
точно подобранных пассивных R,L,C элементов.

[lks]

А как же:

И из чего следует высокая точность синусоиды, с постоянной точностью не хуже чем 1/65536 вольт?

[blackfin]

И из чего следует высокая точность синусоиды, с постоянной точностью не хуже чем 1/65536 вольт?

Наверное, из этого:

В статье предлагается метод измерения очень слабых THD-компонент сигнала (до -130 dBc) ..

См. Figure 2.25, page 26: ENOB (Effective Number of Bits) = (130dB-1.76dB)/6.02 = 21.3 Bits.

[lks]

Наверное, из этого:
(130dB-1.76dB)/6.02 = 21.3 Bits.

АЦП измеряет (в основном) напряжение.
Допустим у вас вход от 0 до 1 В.
Если точность 16 разрядов, то это 1/65536 как минимум.
Рисуете на бумаге ось времени затем (два периода, допустим) синуса, затем накладываете еще лист бумаги ( можно на стекло с подсветкой) и с шагом равным полупериоду (две частоты Найквиста) дорисовываете произвольные точки значение амплитуды.
Потом внимательно смотрите на то что получилось на втором листе и пытаетесь представить все возможные варианты которые могут быть туда "вписаны". Ход мысли понятен?

Что бы обеспечить точность приемлимую для линеаризации сигнала, желательно стремится к точности по дискретизации, к такой же как и квантование. А для этого 1 МГц умножаем на 65535 = 65.5 ГГц.
Я нигде не ошибся?

[blackfin]

Я нигде не ошибся?

Ошиблись??? Я пока что вижу, что Вы вообще не понимаете теоремы отсчётов Уиттакера - Найквиста - Котельникова - Шеннона.

PS. Если Вас интересует очередная волна флейма, зайдите сначала сюда.

[GetSmart]

PS. Если Вас интересует очередная волна флейма, зайдите сначала сюда.

Дадада. Там кроме флейма ничего полезного нет

[WEST128]

Если соблюдаются условия теоремы Найквиста, то форму сигнала можно узнать в любой промежуточной точке между отсчетами, применив аппроксимацию с функцией Найквиста (вида sinx/x). Так вот, при условии соблюдения теоремы такая аппроксимация является точной до сколь угодно большого числа знаков (конечно, в идеале, когда нет шума и полоса спектр сигнала ограничен).

[lks]

Если соблюдаются условия теоремы Найквиста, то форму сигнала можно узнать в любой промежуточной точке между отсчетами, применив аппроксимацию с функцией Найквиста (вида sinx/x). Так вот, при условии соблюдения теоремы такая аппроксимация является точной до сколь угодно большого числа знаков (конечно, в идеале, когда нет шума и полоса спектр сигнала ограничен).

А если частота дискретизации будет ровно в ДВА раза выше частоты эталонного синуса и если вы случайно попадете в точку перехода через ноль (ну бывает...) то все измерения у вас будут равны нулю?

Дык в чем же дело, всеж по Найквисту будет...

PS. Если Вас интересует очередная волна флейма, зайдите сначала

Если вы слышали звон, но не знаете где он - лучше иногда жевать, чем говорить...

[blackfin]

Если вы слышали звон, но не знаете где он ..

Ну почему не знаю? Знаю.. Про "звон" имени Котельникова "слышал" двадцать с лишним лет назад в институте на лекциях по курсу "Радиотехнические цепи и сигналы"..

.. лучше иногда жевать, чем говорить...

Ну, Вам виднее, что лучше.. Не смею Вам мешать..

[khach]

Раз тут спецы по оцифровке ВЧ собрались, то спрошу.
А кто что знает о КВАДРАТУРНОМ овернайквисте/ундерсамплиге? Как подобрать сдвиг фаз опорного сигнала на УВХ чтобы получить после оцифровки квадратуры?

По поводу Котельникова- он конечно прав, но если мы цифруем не всю полосу от постоянки до fmax, и точно знаем, что спект сигнала достаточно узкий и соответствующие "отражения" спектра сигнала от частоты выборки не будут накладываться друг на друга и одно из них окажется достаточно низкочастотным для прямой оцифровки АЦП то это и будет решение искомой задачи. Обратите внимание, что у современных АЦП кроме максимальной скорости оцифровки определен еще и параметр full bandwidth - быстродействие встроенного в АЦП УВХ. И при макисальных 120 мегасемплах full bandwidth может достигать 750 МГц. Т е такой АЦП может спокойно оцифровывать сигнал с частотой 650 мгц с полосой 50 мгц если мы гарантируем, что никаких других частот на входе АЦП нет.

[blackfin]

А кто что знает о КВАДРАТУРНОМ овернайквисте/ундерсамплиге? Как подобрать сдвиг фаз опорного сигнала на УВХ чтобы получить после оцифровки квадратуры?

А это смотрели - Generalizations of the sampling theorem: Seven decades after Nyquist?

По поводу Котельникова- он конечно прав, но если мы цифруем не всю полосу..

Так мы с самого начала на это намекали:

См.: Undersampling

[lks]

Раз тут спецы по оцифровке ВЧ собрались, то спрошу.

Ну я то конечно не претендую на звание спеца, но хотелось бы уточнить - если сигнал звуковой, то даже после оцифровки с частотой меньше чем в 2 раза (верхнего диапазона) будет иметь удовлетворительную разборчивость. Но если вы хотите сигнал фильтровать или обработать каким другим алгоритмом - может потребоваться два порядка выше чем сама полоса сигнала. В то же время для качественной передачи речи требуются все гармоники сигнала расположенные далеко за пределами которые слышит человек.
Смысл в том, что частоты в 2 раза выше сигнала - банально, не достаточно для дальнейшей обработки - в одном случае и с избытком в другом.
Теорема Найквиста не имеет практического (прикладного) значения.

[BIK14]

Ну я то конечно не претендую на звание спеца, но хотелось бы уточнить - если сигнал звуковой, то даже после оцифровки с частотой меньше чем в 2 раза (верхнего диапазона) будет иметь удовлетворительную разборчивость. Но если вы хотите сигнал фильтровать или обработать каким другим алгоритмом - может потребоваться два порядка выше чем сама полоса сигнала. В то же время для качественной передачи речи требуются все гармоники сигнала расположенные далеко за пределами которые слышит человек.
Смысл в том, что частоты в 2 раза выше сигнала - банально, не достаточно для дальнейшей обработки - в одном случае и с избытком в другом.
Теорема Найквиста не имеет практического (прикладного) значения.

Как это не имеет прикладного значения
Вам выше по моему внятно объяснили - в отсутствии шумов и искажений!

[lks]

Как это не имеет прикладного значения
Вам выше по моему внятно объяснили - в отсутствии шумов и искажений!

Ну если только в их отсутствии...

[alexkok]

Раз тут спецы по оцифровке ВЧ собрались, то спрошу.
А кто что знает о КВАДРАТУРНОМ овернайквисте/ундерсамплиге? Как подобрать сдвиг фаз опорного сигнала на УВХ чтобы получить после оцифровки квадратуры?

Как я понял, Вы собираетесь ставить на каждую квадратуру отдельный канал АЦП, правильно?
Если так, то приличных параметров вы не получите, потому что сделать прецизионный фазовращатель на высокой частоте ИМХО не реальная задача. А если ещё и перестраиваемый...

Есть другой простой и дешевый способ получить квадратуры без использования обычного цифрового преобразования частоты.
Если частота несущей кратна 1/4 опорной и не кратна 1/2 опорной, то коэффициенты цифрового гетеродина вырождаются в +1 и -1.
На практике это значит что вся математика сводится к сортировке сэмплов на четные и нечетные (две квадратуры) и затем в каждой квадратуре каждый второй сэмпл надо проинвертировать.

[Stanislav]

Дадада. Там кроме флейма ничего полезного нет

Ну, не считая удовольствия, навроде похода в зоопарк.

Раз тут спецы по оцифровке ВЧ собрались, то спрошу...

Зачем?
Создайте соответствующую тему, там и спрашивайте. Или попросите модераторов перенести. Автору данного топика Ваш вопрос вряд ли интересен...

...А кто что знает о КВАДРАТУРНОМ овернайквисте/ундерсамплиге? Как подобрать сдвиг фаз опорного сигнала на УВХ чтобы получить после оцифровки квадратуры?

Знаем - всё.

Ну я то конечно не претендую на звание спеца...

И не надо.

.................
Теорема Найквиста не имеет практического (прикладного) значения.

Это уж точно.

Как я понял, Вы собираетесь ставить на каждую квадратуру отдельный канал АЦП, правильно?
.........................

Братцы, предлагаю не превращать тему в очередной обезьянник, а дождаться ответа её автора.

См.: Undersampling

С ундерсэмплингом нужно обращаться аккуратно.
Нелинейность даже самых современных АЦП для входных сигналов с такой частотой составляет весьма значительную величину. Нелинейность на уровне единиц МЗР АЦП в 16 бит достичь при таком входном сигнале в настоящее время невозможно.
Поэтому, неплохо бы выяснить, что есть сигнал вообще, и для чего нужны, скажем, 16 разрядов.
Я к тому, что в большинстве случаев выгоднее частоту сигнала сначала "спустить", а потом уже его дискретизировать.
Кроме того, повторюсь, существенным фактором при крутом унтерсэмплинге является дрожание фазы сигнала опорного генератора и апертурная неопределённость АЦП (джыттеры), которыми, собссно, и будет определяться уровень собственных шумов подобного дивайса.

[khach]

Создайте соответствующую тему, там и спрашивайте. Или попросите модераторов перенести. Автору данного топика Ваш вопрос вряд ли интересен...

С ундерсэмплингом нужно обращаться аккуратно.
Нелинейность даже самых современных АЦП для входных сигналов с такой частотой составляет весьма значительную величину. Нелинейность на уровне единиц МЗР АЦП в 16 бит достичь при таком входном сигнале в настоящее время невозможно.
Поэтому, неплохо бы выяснить, что есть сигнал вообще, и для чего нужны, скажем, 16 разрядов.
Я к тому, что в большинстве случаев выгоднее частоту сигнала сначала "спустить", а потом уже его дискретизировать.
Кроме того, повторюсь, существенным фактором при крутом унтерсэмплинге является дрожание фазы сигнала опорного генератора и апертурная неопределённость АЦП (джыттеры), которыми, собссно, и будет определяться уровень собственных шумов подобного дивайса.

Да, вы правы, непосмотрел на название раздела. Сорри, поехали сюда http://electronix.ru/forum/index.php?showtopic=52908
Про грабли с джиттером, фазовыми шумами источников опороных частот для АЦП и самплера знаю конечно и отдаю себе отчет что хожу по краю технической возможности реализации такой системы.

[anton]

C 430мгц лучше сначала спустится пониже но делать аналоговый фазовый детектор не стоит получить хорошие хорактеристики по гармоникам и интермодам невозможно (но ортогональность квадратур не столь критична её несложно скомпенсировать).

Насчет теорема дискретизации где сказано что необходима удвоеная частота там строго больше плюс на сколько больше определяется длиной фильтра для востановления чем он короче тем запас нужен больше. (в WIKI приведено упрошение)

[729]

Есть другой простой и дешевый способ получить квадратуры без использования обычного цифрового преобразования частоты.
Если частота несущей кратна 1/4 опорной и не кратна 1/2 опорной, то коэффициенты цифрового гетеродина вырождаются в +1 и -1.
На практике это значит что вся математика сводится к сортировке сэмплов на четные и нечетные (две квадратуры) и затем в каждой квадратуре каждый второй сэмпл надо проинвертировать.

И всё?
И что такое квадратуры вообще?

[alexkok]

И всё?

И всё.

И что такое квадратуры вообще?

Синусная и косинусная составляющие сигнала после переноса спектра сигнала в ноль оси частот.

[729]

Синусная и косинусная составляющие сигнала после переноса спектра сигнала в ноль оси частот.

А какой спектр должен быть у комплексного сигнала, полученного из квадратур?

[alexkok]

А какой спектр должен быть у комплексного сигнала, полученного из квадратур?

Тот что подан на вход АЦП очевидно.
Тот алгоритм, что я описАл, это цифровое преобразование частоты для частного случая, когда частота гетеродина равна половине частоты Найквиста. Спектр на входе АЦП всего навсего сдвигается в ноль без каких либо изменений.

Сообщение отредактировал alexkok - Sep 23 2008, 17:13

[729]

Тот что подан на вход АЦП очевидно.
Тот алгоритм, что я описАл, это цифровое преобразование частоты для частного случая, когда частота гетеродина равна половине частоты Найквиста. Спектр на входе АЦП всего навсего сдвигается в ноль без каких либо изменений.

Не совсем так - в ноль сдвигается только прямой спектр. В этом случае квадратуры не получаются, нужно сдвинутый инверсный спектр фильтровать. То есть, для получения квадратур всегда нужна фильтрация.

[alexkok]

Не совсем так - в ноль сдвигается только прямой спектр. В этом случае квадратуры не получаются, нужно сдвинутый инверсный спектр фильтровать. То есть, для получения квадратур всегда нужна фильтрация.

Какая связь между преобразованием частоты и фильтрацией?

[alexkok]

Не совсем так - в ноль сдвигается только прямой спектр. В этом случае квадратуры не получаются, нужно сдвинутый инверсный спектр фильтровать. То есть, для получения квадратур всегда нужна фильтрация.

На самом деле в этот алгоритм фильтрация уже включена.
Производится перемножение с последовательностями
1,0,-1,0...
0,1,0,-1...
затем нулевые отсчеты выкидываются и частота отсчетов соответственно понижается в два раза.

Какая связь между преобразованием частоты и фильтрацией? 05.gif

Ошибочка, см. выше

[729]

На самом деле в этот алгоритм фильтрация уже включена.
Производится перемножение с последовательностями
1,0,-1,0...
0,1,0,-1...
затем нулевые отсчеты выкидываются и частота отсчетов соответственно понижается в два раза.

И в какой полосе работает этот метод?

[alexkok]

И в какой полосе работает этот метод?

Этот метод сдвигает всю полосу Найквиста на Fs/4.
Если не нужно фильтровать (при хорошем аналоговом фильтре) и прореживать, то можно сразу подавать на демодулятор.

[729]

Есть предложение уйти в приват, согласны?