Fragen zu AD831 IQ-Mischer

    Hallo Praktiker!


    Laut Datenblatt Rev. C von 2003 des AD831 ist die DC Input Resistance (Differential oder Common Mode) 1.3 kOhm; die Capitance ist mit typ. 2 pF angegeben (Seite 2).
    Auf Seite 6 des Datenblattes in Figur TPC 15 ist die frequenzabhängige Input-Impedance dargestellt. http://www.analog.com/static/i…les/data_sheets/AD831.pdf


    Zin = R//C
    Für 150 MHz ist R etwa 700 Ohm und C etwa 3.1 pF.
    Daraus würde sich für 150 MHz ein Wert von etwa 230 Ohm ergeben (falls ich mich nicht geirrt habe).


    Die Recherche der im Internet und in Fachzeitschriften verfügbaren AD831 Schaltungen ergab eine Vielfalt von mehr oder minder guten Anpassungen des RF Einganges. Vielfach wird eine R-Zwangsanpassung vorgenommen.


    Wozu benötige ich diese Überlegungen:


    IQ Mischer mit 2x AD831
    RF Bereich 150 MHz mit einer Bandbreite von etwa 20 MHz (Minimum) bis 40 MHz (Maximum, wäre toll wenn möglich)
    Symmetrische Spannungsversorgung des AD831 mit +/- 5V
    Der RF Eingang sollte unsymmetrisch genutzt (ein Pin auf Masse) und möglichst gut angepasst werden.
    Davor sitzt ein 0°Splitter (Wilkinson-Teiler ?) zur Aufteilung der RF auf die beiden AD831.


    Fragen:
    Welcher Eingangswiderstand (gegen Masse; unsym.)ist bei 150 MHz Mittenfrequenz zu erwarten?
    Anpassung an den Zin des AD831?
    Welche Aufteilung der RF (Splitter etc.) auf die beiden AD831 ist im Hinblick auf Phasenfehler, Verluste und Anpassung an AD831 bevorzugt einzusetzen?


    Bitte um Eure Meinungen dazu. Falls noch Unklarheiten bezüglich meiner Beschreibung bestehen, kann ich gerne noch weitere Angaben anführen.


    .

    73 de Chris, OE3HBW

    Einmal editiert, zuletzt von chirt ()

    Hallo Christian,


    Zitat von chirt


    Welcher Eingangswiderstand (gegen Masse; unsym.)ist bei 150 MHz Mittenfrequenz zu erwarten?
    Anpassung an den Zin des AD831?


    Bei DC:
    Symmetrisch (zwischen RFP + RFN): 1,3kOhm || typ. 2pF (laut Datenblatt)
    Unsymmetrisch (von RFP bzw. RFN nach GND): 650Ohm || typ. 4pF


    Bei 150MHz:
    Symmetrisch: 700Ohm || ~3,1pF
    Unsymmetrisch: 350Ohm || ~6,2pF



    Zitat von chirt

    Welche Aufteilung der RF (Splitter etc.) auf die beiden AD831 ist im Hinblick auf Phasenfehler, Verluste und Anpassung an AD831 bevorzugt einzusetzen?


    Einfachste Lösung: Kein RF-Splitter, Eingänge zusammenschalten (350Ohm || 350Ohm) und mit einem passenden Querwiderstand auf 50Ohm zwangsanpassen. Die Eingangskapazität (nun 2 x ~6,2pF @ 150MHz) z.B. mit einer Querinduktivität (~90...100nH) kompensieren. Die Rückflussdämpfung bei der geforderten Mittenfrequenz und max. Bandbreite wäre >= 20dB.

    vy 72/73, Reinhold.

    Hallo Reinhold!


    Vielen Dank für Deine Rückmeldung!


    Ich denke meine Frage 1 - der Eingangswiderstand ist nun klar.


    Noch unsicher bin ich wegen der Zusammenschaltung der zwei AD831 Eingänge. Wenn ich Deine einfache Lösung richtig verstanden habe, dann müsste ich die Eingänge verbinden und eine Induktivität mit 91 nH (Streukapazitäten mal vernachlässigt) nach Masse schalten, ebenso einen R mit 70 Ohm.
    Dies würde wohl die beste Schaltung für geringen Phasenfehler darstellen. Ich habe aber so meine Bedenken hinsichtlich Verluste und vor allem Rauschen (der AD831 ist da ja sowieso eher problematisch).


    Laut der ADI Unterlage


    High Speed Design Techniques
    http://www.analog.com/en/train…esources/index.html#last5
    SECTION 3 RF/IF SUBSYSTEMS
    Walt Kester et al
    http://www.analog.com/static/i…6227499115437192sect3.pdf
    The AD831, 500MHz, Low Distortion Active Mixer [Seite 45 - 51]
    "The difference between the noise figure of a matched active mixer and an unmatched active mixer can be several dB due to the “voltage gain” of the impedance-matching network, which acts as a “noiseless” preamplifier (Figure 3.49). In the case of the AD831, the noise figure for the matched circuit is 10 dB (at 70MHz) and the unmatched circuit with its input terminated with a 50 Ω resistor is 16 dB. The noise figure is 11.7dB at 220 MHz using the external matching network shown in Figure 3.49. The values shown are for 220 MHz and provide 10 dB of voltage
    gain."[Seite 47 - 48]


    ist mit der eher komplexen Anpassung nach Fig. 3.49 bei 70 MHZ mit einer NF = 10 dB und bei 220 MHz mit 11.7 dB zu rechnen. Bei einer Terminierung mit einem 50 Ohm R aber mit 16 dB bei 70 MHz!


    Zusätzlich ist hier das Problem der Signalaufteilung mit 2x0° oder 0+180°(?) auf die beiden AD831 zu lösen!


    Natürlich ist das Ganze eine Bastelarbeit und kein Profistück, aber bevor ich praktisch loslege möchte ich einfach alle Möglichkeiten zumindest durchdacht und verstanden haben...:rolleyes:


    .

    73 de Chris, OE3HBW

    Zitat von chirt

    Noch unsicher bin ich wegen der Zusammenschaltung der zwei AD831 Eingänge. Wenn ich Deine einfache Lösung richtig verstanden habe, dann müsste ich die Eingänge verbinden und eine Induktivität mit 91 nH (Streukapazitäten mal vernachlässigt) nach Masse schalten, ebenso einen R mit 70 Ohm.


    Richtig. Die Induktivität kompensiert die Eingangskazitäten (Parallelschwingkreis) und macht aus dem komplexen Eingangswiderstand (175Ohm || 12,4pF) einen reellen von 175Ohm. Zusätzliche 70Ohm nach Masse veringern diesen auf 50Ohm. Die erzielbare Bandbreite ist maximal.


    Zitat von chirt

    Laut der ADI Unterlage ist mit der eher komplexen Anpassung nach Fig. 3.49 bei 70 MHZ mit einer NF = 10 dB und bei 220 MHz mit 11.7 dB zu rechnen. Bei einer Terminierung mit einem 50 Ohm R aber mit 16 dB bei 70 MHz!


    Eine Zwangsanpassung verschlechtert leider immer die Rauschzahl. Die (unbekannte) NF des AD831 liegt, für einen Quellwiderstand von 50Ohm, irgendwo zwischen den 10dB und 16dB @ 70MHz. Mit Zwangsanpassung erhöht sich diese NF auf die angegebenen 16dB, bei rauschfreier Anpassung sinkt sie auf 10dB. Man muß zwei kleine Probleme bei der rauschfreien Anpassung in Kauf nehmen: Geringe Bandbreite und den Rückgang des IIP3 da Spannungsverstärkung im Anpassglied stattfindet.


    Zitat von chirt

    Zusätzlich ist hier das Problem der Signalaufteilung mit 2x0° oder 0+180°(?) auf die beiden AD831 zu lösen!


    Selbstverständlich läßt sich auch relativ einfach, mit z.B. 3 Bauteilen, rauschfrei anpassen und gleichzeitig splitten. Von Nachteil ist die nun geringere Bandbreite im Vergleich zur Methode mit der Zwangsanpassung. Die Rückflussdämpfung ist >= 16dB +/-10MHz von der Frequenzmitte. Bauteiltoleranzen untereinander führen bei dieser Lösung allerdings zu mehr oder minder großen Phasenfehler.



    Es handelt sich um zwei gleiche CLC PI-Anpassglieder die von 100Ohm auf 350Ohm transformieren. Zusammenschalten am Eingang ergibt 50Ohm. Auf der hochohmigen Seite wird die Eingangskapazität des AD831 Teil des Anpassgliedes gemacht.


    Zweite Lösung: Eingänge der AD831 zusammenschalten, eine Induktivität (~92nH) parallel zum Eingang vorsehen und über einer Anzapfung auf 50Ohm transformieren. Die Bandbreite ist identisch mit der PI-Glied Lösung. Es entstehen keine Phasenfehler beim splitten.


    Dritte Lösung: Eingänge der AD831 zusammenschalten und nun, ähnlich wie in der 1. Lösung, mit einem einzigen PI-Glied von 50Ohm auf 175Ohm transformieren. Die Eingangskapazität der zwei Mischer Teil des Anpassgliedes auf der hochohmigen Seite machen, wodurch insgesamt nur 2 Bauteile benötigt werden. Es entstehen keine Phasenfehler beim splitten.

    vy 72/73, Reinhold.

    Hallo Selbstbauer!


    Falls sich jemand wundert warum ich Fragen zum betagten AD831 stelle: Der AD831 ist ein Anwärter für meine IQ-VHF Versuche (RX für etwa 130 - 170 Mhz). Vorteile sind die einfache LO Versorgung und die einfache Lötbarkeit (sogar Sockelung wäre möglich), zudem habe ich einige Exemplare in der Bastelkiste. Mit dem LT5517 experimentiere ich ebenfalls; da ist die Lötbarkeit schon etwas schwierig (siehe Bild 1), hi. Ein Wunsch-Kandidat wäre der LTC5584; dieser ist allerdings für mich nicht mehr lötbar.


    Speziell möchte ich derzeit beim AD831 wissen wie der Eingang für die 150 MHz Mittenfrequenz optimal angepasst werden könnte. Dabei sind zu berücksichtigen: Phasenfehler (IQ-RX!), Rauschzahl, IP3, Empfindlichkeit (Verluste) und Bandbreite (40 MHz).


    Reinhold
    Vielen Dank für Deine Unterstützung!


    Die Methode 1 und 3 habe ich mir näher angesehen (siehe Bilder).
    Bei Methode 3 ist die Bandbreite anscheinend zu gering.


    Die 175 Ohm // 12.4 pF der AD831 sind jedoch nicht über die Frequenz konstant (TPC15 Seite 6 Datasheet)!


    Wie sehen die Möglichkeiten mit einer Trafo-Lösung aus? Beim IQ-Mischer von DL7IY (http://www.box73.de/download/bausaetze/BX-174.pdf ) wird ein T622-X65 eingesetzt und ein 100 Ohm - R gegen Masse geschalten.


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    Zitat von chirt


    Die 175 Ohm // 12.4 pF der AD831 sind jedoch nicht über die Frequenz konstant (TPC15 Seite 6 Datasheet)!


    Die Eingangskapazität verändert sich nur um wenige Zehntel pF. Der Realteil sieht auf den ersten Blick problematisch aus, skaliert auf 50Ohm sind das aber trotzdem nur wenige Ohm.
    Bsp. Eckpunkt 130Mhz: Reeller Eingangswiderstand symmetrisch ca. 780Ohm, unsymmetrisch 390Ohm. 2 x AD831 parallel ergeben 195Ohm. Mit dem festen Anpassungswiderstand von 70Ohm am Eingang erhält man ca. 52Ohm, eine vernachlässigbare Abweichung zu den 50Ohm @ 150MHz.


    Zitat von chirt

    Wie sehen die Möglichkeiten mit einer Trafo-Lösung aus? Beim IQ-Mischer von DL7IY (http://www.box73.de/download/bausaetze/BX-174.pdf ) wird ein T622-X65 eingesetzt und ein 100 Ohm - R gegen Masse geschalten.


    Es handelt sich um einen 1:1:1 Trafo mit 3 getrennten Wicklungen. Zwei der Wicklungen speisen die zwei Mischereingänge, wodurch diese, aus HF-technischer Sicht, parallelgeschaltet sind. Mit jeweils 100Ohm parallel zu den Eingängen der Mischer bekäme man dann wieder 50Ohm an der 3. Wicklung, die gleichzeitig der HF-Eingang ist. Die Lösung mit einem Trafo wurde nur gewählt weil gleichzeitig auch ein IQ-Modulator realisiert werden soll. Die IQ-Audiosignale werden über die 2 Trafowicklungen eingespeist die gleichzeitig die Mischer beim Empfang mit HF versorgen.
    In der Bauteileliste sind für R1 und R8, die Eingangswiderstände die die Zwangsanpassung der zwei Mischer realisieren, anstatt 100Ohm, 1kOhm angegeben. Wahrscheinlich handelt es sich nur um einen Druckfehler.

    vy 72/73, Reinhold.

    Hallo Reinhold!


    Vielen Dank für Deine Erläuterungen! Diese sind sehr wertvoll für mich :thumbup:
    Ich werde nun mal ein AD831 IQ-Mischer-Modul praktisch aufbauen.


    Der AD831 muss schon ziemlich ausser Mode sein - derzeit nahezu 900 Zugriffe auf den Thread und keinerlei Meinungen dazu (außer einem sehr hilfreichen Privat-Mail und dem geschätzten "KubiK" natürlich)...
    Bin wohl ein Retro-Radiobastler 8)


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    73 de Chris, OE3HBW

    Zitat von chirt

    Der AD831 muss schon ziemlich ausser Mode sein - derzeit nahezu 900 Zugriffe auf den Thread und keinerlei Meinungen dazu


    Hallo Chris,
    Ich denke mal, der AD831 war nie groß in Mode. Sein "Außenwiderstand" in Höhe von 16 Euro war sicher einer der Gründe, das nicht bastlerfreundliche PLCC Gehäuse bestimmt auch. Die Feld-Wald und Wiesen Gilbert-Zellen sind daher in Bastlerkreisen viel verbreiteter. Du bist also kein Retro Radio-Bastler, sondern du schreitest hier mutig vorneweg und wir beobachten interessiert aus sicherer Entfernung.


    73, Günter

    "For every complex problem there is an answer that is clear, simple, and wrong" (H.L. Mencken)